电子电路 - 钳位电路

钳位电路是一种将直流电平添加到交流信号的电路。实际上，可以使用钳位电路将信号的正峰值和负峰值置于所需电平。由于直流电平发生变化，钳位电路被称为电平转换器。

钳位电路由电容器等储能元件组成。一个简单的钳位电路由一个电容器、一个二极管、一个电阻和一个直流电池（如果需要）组成。

钳位电路

钳位电路可以定义为由一个二极管、一个电阻和一个电容器组成的电路，该电路将波形转换为所需的直流电平，而不会改变所施加信号的实际外观。

为了保持波形的时间周期，tau 必须大于时间周期的一半（电容器的放电时间应该很慢。）

$$ au = Rc$$

其中

• R 是所用电阻的电阻
• C 是所用电容器的电容

电容器的充电和放电时间常数决定了钳位电路的输出。

• 在钳位电路中，输出波形相对于输入信号发生向上或向下的垂直偏移。

• 负载电阻和电容会影响波形。因此，电容的放电时间应该足够长。

当使用电容耦合网络时，输入中存在的直流分量会被拒绝（因为电容会阻断直流）。因此，当需要恢复 直流时，就会使用钳位电路。

钳位器的类型

钳位电路有几种类型，例如

• 正钳位器
• 带正 $V_r$ 的正钳位器
• 带负 $V_r$ 的正钳位器
• 负钳位器
• 带正 $V_{r}$ 的负钳位器
• 带负 $V_{r}$ 的负钳位器

让我们详细了解一下。

正钳位电路

钳位电路可恢复直流电平。当信号的负峰值上升到零电平以上时，则称该信号为正向箝位。

正向箝位电路由二极管、电阻器和电容器组成，可将输出信号移至输入信号的正部分。下图说明了正向箝位电路的构造。

最初，当输入给定时，电容器尚未充电，二极管反向偏置。此时不考虑输出。在负半周期的峰值期间，电容器在一个板上充电，一个板上充电为负，另一个板上充电为正。电容器现在充电至其峰值 $V_{m}$。二极管正向偏置，导电性强。

在下一个正半周期内，电容器充电至正 Vm，而二极管反向偏置并开路。此时电路的输出将是

$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$

因此，信号正向箝位，如上图所示。输出信号根据输入的变化而变化，但根据电容器上的电荷改变电平，因为它增加了输入电压。

带正 V_r

如果正钳位器电路偏置有某个正参考电压，则该电压将添加到输出以提高钳位电平。利用这一点，具有正参考电压的正钳位器电路构造如下。

在正半周期，参考电压通过二极管施加在输出端，随着输入电压的增加，二极管的阴极电压相对于阳极电压增加，因此它停止导通。在负半周期，二极管正向偏置并开始导通。电容器两端的电压和参考电压共同维持输出电压水平。

带负 $V_{r}$ 的正箝位器

如果正箝位器电路偏置有某个负参考电压，则该电压将添加到输出以提高箝位水平。利用这一点，具有正参考电压的正箝位器的电路构造如下。

在正半周期，电容器两端的电压和参考电压共同维持输出电压水平。在负半周期，当阴极电压低于阳极电压时，二极管导通。这些变化使得输出电压如上图所示。

负箝位器

负箝位器电路由二极管、电阻器和电容器组成，可将输出信号移至输入信号的负部分。下图说明了负箝位器电路的构造。

在正半周期，电容器充电至其峰值 $v_{m}$。二极管正向偏置并导通。在负半周期，二极管反向偏置并开路。此时电路的输出将是

$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$

因此，信号被负箝位，如上图所示。输出信号根据输入的变化而变化，但根据电容器上的电荷改变电平，因为它增加了输入电压。

带正 V_r

如果用某个正参考电压偏置负箝位器电路，则该电压将添加到输出以提高箝位电平。利用这一点，具有正参考电压的负箝位器的电路构造如下。

虽然输出电压被负箝位，但由于施加的参考电压为正，因此输出波形的一部分被提升到正电平。在正半周期期间，二极管导通，但输出等于施加的正参考电压。在负半周期，二极管充当开路，电容器两端的电压形成输出。

负箝位器，带负 V_r

如果负箝位器电路偏置有某个负参考电压，则该电压将添加到输出以提高箝位电平。利用这一点，具有负参考电压的负箝位器的电路构造如下。

二极管的阴极与负参考电压相连，该电压小于零和阳极电压。因此，二极管在正半周期开始导通，在零电压电平之前。在负半周期，电容器两端的电压出现在输出端。因此波形被钳制在负部分。

应用

限幅器和钳位器都有许多应用，例如

限幅器

• 用于波形的生成和整形
• 用于保护电路免受尖峰影响
• 用于振幅恢复器
• 用作电压限制器
• 用于电视电路
• 用于 FM 发射器

钳位器

• 用作直流恢复器
• 用于消除失真
• 用作电压倍增器
• 用于保护放大器
• 用作测试设备
• 用作基线稳定器