电子发烧友网 > 模拟技术 > 正文

浅谈模拟电路之钳位电路设计

2020年08月11日 15:46 次阅读

钳位器(clamper)可以将输入波形整体上移或下移,“clamper”在 英语中的原意是“夹具”的意思,很形象地说明了它可以把波形任意钳夹在某个电平处。如下图所示:

钳位器

图 2-5.01

钳位电路的核心器件是二极管电容,下面我们具体分析实现各种钳位的电路图。同样的,为方便分析,我们假设下面的二极管为理想二极管,即导通时理想二极管上的压降为0。

以下分析的输入电压vi皆设为正弦电压,表达式为:

钳位器

1. 下钳位电路

(1) 标准下钳位电路

我们先介绍下钳位电路的标准型,其电路和输出波形如下图所示:

钳位器

图 2-5.02

这个电路的关键点在于,电容C和负载电阻R的值要取的比较大,这样当电容通过R进行放电时,时间常数 τ=RC会比较大,放电过程会非常缓慢。下面我们一步步分析其工作原理:

(1) 当输入电压vi从0开始增大时,会给电容C充电,此时二极管正向导通。在C的右边,二极管和电容并联,但由于电阻R值比较大,所以充电电流回路主要从二极管上走。又由于二极管的电阻非常小(理想导通情况下近似短路),所以充电速度极快,我们可以近似认为,电容上的电压几乎就是等于输入电压。充电电流回路如下图所示:

钳位器

图 2-5.03

(2) 当输入电压vi到达峰值Vm时,电容上的电压也几乎等于这个峰值Vm。之后,当输入电压经过峰值开始下降时,电容上的电压此时超过了输入电压vi,理论上讲,电容此时应该对输入电源进行放电。但是,如果要放电,则在电容右侧的必须也要形成放电回路,但由于二极管只能单向导通,此路不通,所以放电电流只能从R走,此时二极管截止,相当于断路状态。放电回路如下图所示:

钳位器

图 2-5.04

(3) 前面说过,由于电阻R和电容C的值都取得很大,所以放电速度非常缓慢。当输入电压经过正峰值Vm,再走到负半周,再变正,再回到正峰值Vm前,电容虽然一直在向输入电源放电,但放电速度极其缓慢。所以当输入电压再次达到正峰值Vm时,电容上存储的电压只下降了很小一点点,甚至可以近似认为电容上存储的电压几乎没怎么变化,仍为Vm。而输入电压vi最大也就到Vm,已经没什么资格给电容充电了。所以可以近似认为,电容上存储的电压,从此一直保持为Vm不变。

(4) 接着结论就是顺理成章的事情啦,从电路图上可以得出,输出电压vo的表达式为:vo=vi-vC,根据上面的分析,电容电压vC一直保持为Vm不变,则输出电压最终可表达为:vo=vi-Vm,相当于将输入电压向下平移了Vm。如下图所示:

图 2-5.05

(5) 最后再考虑一下非理想二极管的情况。对于非理想二极管,当正向导通时,其上有0.7V的压降。根据上面“图2-5.03”的充电回路可以看出,电容上可充到的电压为:Vm-0.7V,则最终输出电压的表达式为:vo=vi-(Vm-0.7V)= vi-Vm+0.7V

(2) 偏置下钳位电路

从上面的分析可看到,标准下钳位电路只能将输入波形向下平移Vm,那如果我们要向下平移任意电平怎么办?很简单,在二极管上再加个偏置电压,如下图所示:

钳位器

图 2-5.06

只要理解了前面的标准下钳位电路,这个偏置分析就很简单啦,在“下钳位偏置上移电路”中,电容C充电后的维持的电压为:vc=Vm-V1,则最终输出电压为:vo=vi-vc=vi-Vm+V1。

在“下钳位偏置下移电路”中,电容C充电后的维持的电压为:

2. 上钳位电路

(1) 标准上钳位电路

上钳位电路的标准型,如下图所示:

钳位器

图 2-5.07

分析也是类似的,这里就简略描述了:一开始当输入电压vi处于正半周时,二极管截止,vi通过电阻R形成回路给电容充电,但是由于R非常大,所以充电速度非常缓慢。

当输入电压进入负半周时,电容上被充的电压几乎为0。此时vi小于0时,二极管导通,充电电流通过二极管回路开始对电容C快速充电,电容电压最大可充到Vm(注意图中电容电压的正负方向),从此电容电压Vm保持不变。输出电压为:v,相当于将输入电压上移了Vm。

(2) 偏置上钳位电路

上钳位电路也可以加偏置电压,达到上移任意电平的效果,如下图所示:

钳位器

图 2-5.08

在“上钳位偏置上移电路”中,电容C充电后的维持的电压为:

在“上钳位偏置下移电路”中,电容C充电后的维持的电压为:

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

运放第2部:《运放电路设计基础课程》

相关课程推荐:8部全系列运放应用电路教程,带你吃透运放设计点击链接了解课程:http://t.elecfans.com/
发烧友学院发表于 2017-01-19 00:00 32613次阅读
运放第2部:《运放电路设计基础课程》

红外接收二极管怎么判断好坏

 将万用表的挡位放在DC5OμA或0.1mA位置上,让红表笔接红外接收二极管的正极,黑表笔接负极,然....
发表于 2020-08-11 15:44 21次阅读
红外接收二极管怎么判断好坏

基于LXI的I-V测试软件工具TSP Expre...

2657A专门做了这些优化:二极管、FETs和IGBTs等功率半导体器件的高压测试应用以及氮化镓(G....
发表于 2020-08-09 00:08 36次阅读
基于LXI的I-V测试软件工具TSP Expre...

基于ESD的BAV99元件设计

当正的静电发生时, D2 工作但D1不工作,因此这个钳位电压(clamping voltage)是5....
发表于 2020-08-08 15:03 407次阅读
基于ESD的BAV99元件设计

关于200-480 VAC驱动器的三相逆变器测试...

有目的地插入负死区时间可让您检查联锁电路对来自MCU的故障PWM信号的响应。若两个MCU输出均为高电....
发表于 2020-08-06 16:58 57次阅读
关于200-480 VAC驱动器的三相逆变器测试...

你真的会用肖特基二极管吗?肖特基二极管的关键参数

肖特基二极管广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路中。在不同的应用中,需要考虑不同的因素,而且,不....
发表于 2020-08-05 17:10 172次阅读
你真的会用肖特基二极管吗?肖特基二极管的关键参数

图中二极管4148的作用是什么?

请分析以图中放大器电路 图中二极管4148的作用是什么? ...
发表于 2020-08-05 08:02 8次阅读
图中二极管4148的作用是什么?

如何通过选择拓扑提高工业AC/DC电源的可靠性

  同样,虽然热应力是额定功率的函数,但电源效率也起着重要作用。因此,在追求可靠性的过程中,探索提供高效率的拓...
发表于 2020-08-05 07:19 0次阅读
如何通过选择拓扑提高工业AC/DC电源的可靠性

TVS瞬态电压抑制二极管原理应用特性

TVS允许的正向浪涌电流在TA=250C,T=10ms条件下,可达50~200A。双向TVS可在正反....
发表于 2020-08-04 17:24 216次阅读
TVS瞬态电压抑制二极管原理应用特性

详解单片机PMW控制基本原理

那为何它能对模拟电路进行控制呢?大家想一想,我们数字电路里,只有 0 和 1 两种状态,比如我们第 ....
发表于 2020-08-04 17:17 181次阅读
详解单片机PMW控制基本原理

二极管的原理与选型

晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。....
发表于 2020-08-04 10:59 199次阅读
二极管的原理与选型

续流二极管的作用是什么?

最后能以图文并茂的形式帮我解释,谢谢!(续流二极管的作用么?原理)...
发表于 2020-08-04 03:01 0次阅读
续流二极管的作用是什么?

一款无需放大器也能实现更高调谐电压的频率合成器

VCO包含可调的调谐元件,例如电容随输入电压改变的变容二极管。因此,PLL电路可以算一种VCO反馈控....
发表于 2020-08-03 14:35 157次阅读
一款无需放大器也能实现更高调谐电压的频率合成器

如何学习单片机,学习单片机的步骤是怎样的

学习单片机的步骤 学习使用单片机就是理解单片机硬件结构,以及内部资源的应用,在汇编或C语言中学会各种....
发表于 2020-08-03 09:59 76次阅读
如何学习单片机,学习单片机的步骤是怎样的

二极管反向恢复特性的的测量设备和过程实现

测试二极管的反向恢复特性一般都需要复杂的测试设备。必须能够建立正向导通条件、正向闭锁状态、及两者间的....
发表于 2020-08-03 08:49 292次阅读
二极管反向恢复特性的的测量设备和过程实现

混合信号设计架构。

混合信号设计结合了模拟与数字电路的强大功能和优点。常用的混合信号架构是其中每个模块通过数字逻辑电路来控制。这...
发表于 2020-08-02 11:30 204次阅读
混合信号设计架构。

稳压管和二极管如何区分

 稳压二极管也有普通二极管的单向导电性。稳压二极管一般是由硅半导体材料组合而成。
发表于 2020-08-02 10:13 203次阅读
稳压管和二极管如何区分

厦门柔性电子研究院联合厦门大学共同成立联合研发中...

厦门大学校长张荣,中国科学院院士田中群,中国科学院院士、西北工业大学常务副校长黄维,厦门市委常委、统....
发表于 2020-08-02 09:55 471次阅读
厦门柔性电子研究院联合厦门大学共同成立联合研发中...

关于模拟电子电路那些事儿(耦合、放大、振荡、调幅和检波)

在电子电路中,电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路,因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。 1. 反...
发表于 2020-08-02 07:00 458次阅读
关于模拟电子电路那些事儿(耦合、放大、振荡、调幅和检波)

基于8031单片机和转换系统实现智能化浪涌电流测...

根据国家标准GB/4023-1997提出的浪涌电流的测试标准,参照美国国家半导体公司的测试标准及日本....
发表于 2020-07-31 14:35 83次阅读
基于8031单片机和转换系统实现智能化浪涌电流测...

电源设计中那些不可忽视的主要组件

本电源技术购买指南以易于理解的术语介绍了一些重要类型组件的主要属性和功能。该指南专门针对采购专业人员,涵盖了从...
发表于 2020-07-30 07:30 436次阅读
电源设计中那些不可忽视的主要组件

低功耗SiC二极管实现最高功率密度解析

相较于硅,碳化硅(SiC)肖特基二极管采用全新的技术,提供更出色的开关性能和更高的可靠性。SiC无反向恢复电流,...
发表于 2020-07-30 07:14 0次阅读
低功耗SiC二极管实现最高功率密度解析

高带宽运算放大器的过压保护设计,有哪些解决方案

对于要求过压保护和低失真,低噪声,高带宽的放大器应用,必须特别注意过压保护(OVP)的设计。导致过压....
发表于 2020-07-29 14:42 162次阅读
高带宽运算放大器的过压保护设计,有哪些解决方案

新型光耦合集成隔离放大器的工作原理和应用分析

与以往的隔离放大器相比,3650和3652的优点在于其尺寸小、价格低、具有较宽的带宽且性能可靠。由于....
发表于 2020-07-29 14:35 106次阅读
新型光耦合集成隔离放大器的工作原理和应用分析

二极管箝位五电平级联H桥拓扑在永磁直驱风电系统中...

为满足风力发电对高压、大功率和高品质变流器的需求,多电平变流器拓扑得到了广泛关注。变流器采用多电平方....
发表于 2020-07-29 14:25 95次阅读
二极管箝位五电平级联H桥拓扑在永磁直驱风电系统中...

对高阻抗缓冲放大器实现ESD保护的应用电路设计

在某些测量应用中,如pH值(酸度)和生物电势需要高阻抗缓冲放大器。虽然有几个半导体制造商提供具有低偏....
发表于 2020-07-28 11:43 71次阅读
对高阻抗缓冲放大器实现ESD保护的应用电路设计

隧道二极管的特点及在高速脉冲发生技术中的应用

在高速脉冲中,上升、下降时间直接决定了脉冲的质量,随着快速沿脉冲在示波器的瞬态响应、时域反射技术、元....
发表于 2020-07-27 15:38 67次阅读
隧道二极管的特点及在高速脉冲发生技术中的应用

ICT测试治具是什么,它都具备着哪些功能

ICT测试治具即InCircuiTest测试治具的缩写,就是在线检测、测试治具。是对在线元器件的电性....
发表于 2020-07-27 10:49 127次阅读
ICT测试治具是什么,它都具备着哪些功能

Si整流器与SiC二极管的性能特点及应用比较

肖特基二极管比PN结器件的行为特性更像一个理想的开关。肖特基二极管最重要的两个性能指标就是它的低反向....
发表于 2020-07-26 11:51 119次阅读
Si整流器与SiC二极管的性能特点及应用比较

采集器模拟电路自检测方案和应用电路设计

实践表明,采用机内测试BIT(Build-In-Test)技术能较大程度提高设备的可靠性和可维修性,....
发表于 2020-07-26 11:22 68次阅读
采集器模拟电路自检测方案和应用电路设计

双极型二极管的ESD保护与应用电路设计

静电放电强度以电压形式表示,该电压由电容的储能电荷产生,最终传递到IC。作用到IC的电压和电流强度与....
发表于 2020-07-26 11:06 124次阅读
双极型二极管的ESD保护与应用电路设计

如何实现电子密码锁的设计

根据设定好的密码,采用二个按键实现密码的输入功能,当密码输入正确之后,锁就打开,如果输入的三次的密码....
发表于 2020-07-26 10:35 424次阅读
如何实现电子密码锁的设计

如何实现雷达回波模拟电路的设计

雷达是无线电测向和测距,测距是其主要的功能之一,雷达是通过测试发射脉冲和目标回波之间的时间差来测量目....
发表于 2020-07-24 09:32 162次阅读
如何实现雷达回波模拟电路的设计

FD05型AGC中频放大器模块的电路工作原理和实...

根据模块的功能要求及环境要求,设计时首先初步确定了电路模式,并绘制出电路原理图,然后进一步分析原理框....
发表于 2020-07-23 11:29 88次阅读
FD05型AGC中频放大器模块的电路工作原理和实...

基于IGBT技术实现反并联二极管的正确设计

二极管的反向恢复电荷Qrr与正向压降Vf的关系曲线可以表示出二极管的特性。这意味着,原则上该曲线上的....
发表于 2020-07-23 11:02 224次阅读
基于IGBT技术实现反并联二极管的正确设计

二极管修正推挽电路后的输出电压问题

像图中这样,VCC为15V,偏置电路的两电阻相等,晶体管由于负温度系数而导致VBE下降,从而使得VF>VBE,那么...
发表于 2020-07-21 22:22 200次阅读
二极管修正推挽电路后的输出电压问题

美国商务部工业安全局颁布了新修订的《出口管理条例...

据《联邦公报》报道,美国政府认为,中俄正在不断加强的经济与军事实力,已经威胁到美国的全球领导力,有必....
发表于 2020-07-20 16:47 943次阅读
美国商务部工业安全局颁布了新修订的《出口管理条例...

光电耦合器的作用是什么,它都有哪些分类

2020年5月12日,工业和信息化部组织制定的GB 18384-2020《电动汽车安全要求》、GB ....
发表于 2020-07-20 11:03 158次阅读
光电耦合器的作用是什么,它都有哪些分类

模数转换器ADS1216的工作原理及应用设计分析

ADS1216是Burr-Brown产品线中的一款新型、高精度、宽动态范围、Δ-∑型8通道24位AD....
发表于 2020-07-18 12:11 174次阅读
模数转换器ADS1216的工作原理及应用设计分析

详解TL431的内部构造和功能

  首先,需要对TL431的内部电路进行一下熟悉,这也是方便新手来快速理解其结构。图1是TL431的....
发表于 2020-07-18 10:05 796次阅读
详解TL431的内部构造和功能

京东方的高分辨率QLED实现了500ppi分辨率

  从京东方官方获悉,近日,京东方集团中央研究院关于高分辨率、全彩量子点发光二极管(QLED)的研究....
发表于 2020-07-17 17:55 125次阅读
京东方的高分辨率QLED实现了500ppi分辨率

三极管管脚的判断方法

快恢复二极管(简称FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管,主要应用于开关电源....
发表于 2020-07-17 16:56 921次阅读
三极管管脚的判断方法

Led光源芯片的优势及类型介绍

Led光源芯片作为一种发光二极管,它都发光效率是超级大的,而且较于其他照明使用的白炽灯,或者是其他类....
发表于 2020-07-17 16:45 577次阅读
Led光源芯片的优势及类型介绍

基本积分电路之原理解析

使用的研究方法不同。模拟电路中通过图解法、计算法、微变法等效电路法等方法对电路进行静态、动态的定量分....
发表于 2020-07-17 11:15 175次阅读
基本积分电路之原理解析

晶体二极管和普通二极管的辨别和检测方法

晶体二极管简称二极管,它和晶体三极管一样都是由半导体材料制成的。所谓半导体,是指导电性能介于导体和绝....
发表于 2020-07-16 15:01 214次阅读
晶体二极管和普通二极管的辨别和检测方法

双向触发二极管的结构、原理及应用分析

在电子镇流器、电子调光等电路中时常可以见到双向触发二极管元件。双向触发二极管是与双向晶闸管同时问世的....
发表于 2020-07-16 14:58 194次阅读
双向触发二极管的结构、原理及应用分析

肖克利二极管的特性、符号和特性曲线

肖克利二极管是因由肖克利(威廉布拉德福德肖克利,1910年- 1989年,美国物理学家)发明而命名的....
发表于 2020-07-16 14:52 120次阅读
肖克利二极管的特性、符号和特性曲线

MEMS振荡器追求更卓越的时序精度

MEMS振荡器可提供高度稳定的参考频率,可用于管理数据传输、定义无线电频率以及序列电子系统。它们对于....
发表于 2020-07-14 14:41 91次阅读
MEMS振荡器追求更卓越的时序精度

多电源供电电路的布局设计需要满足什么原则

做过电路设计的人都知道,当一个电路存在多组电源供电的时候,需要考虑的问题会很多,最基本的,每一个电源....
发表于 2020-07-12 11:38 140次阅读
多电源供电电路的布局设计需要满足什么原则

请问这个电路也是滤波电路吗,二极管的作用是什么?

请问一下这个电路的功能那个二极管的作用什么 ...
发表于 2020-07-09 13:08 1063次阅读
请问这个电路也是滤波电路吗,二极管的作用是什么?

电路分析说明

请问该电路中 1.反向并联的二极管如何进行限幅 2.二极管限制的对象是谁 感谢您的回复! ...
发表于 2020-07-07 19:57 322次阅读
电路分析说明