初级模拟电路:2-4 限幅器

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      限幅器(clipper)可以改变波形的形状。“clipper”在英语中的原意是“修剪用的大剪刀”,这个词很形象地说明了它可以用来修剪波形。限幅器可以把输入的正弦波波形修剪成以下各个样子:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第1张图片

图 2-4.01 

      下面我们逐个分析实现以上各种修剪波形的电路图。为方便分析,我们假设下面的二极管都为理想二极管(即:导通时理想二极管上的压降为0)。当完全掌握了以下分析方法后,我们随时可以再将忽略掉的0.7V的二极管压降再补上去。

      以下分析的输入电压vi皆设为正弦电压,表达式为:

 

1.   限幅峰部波形

      ● 以下电路产生波形1:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第2张图片

图 2-4.02 

      当vi大于偏置电压V时,二极管导通,此时理想二极管上的压降为零,所以输出电压vo等于偏置电压V;

      当vi小于V时,二极管截止,由于此时没有电流通路,故输出电压等于输入电压vi

      当偏置电压V为0时,可以得到完整的负半周波形。

 

      ● 以下电路产生波形2:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第3张图片

图 2-4.03 

      当vi小于-V时,二极管导通,此时理想二极管上的压降为零,所以输出电压vo等于偏置电压-V;

      当vi大于-V时,二极管截止,由于此时没有电流通路,故输出电压等于输入电压vi

      当偏置电压V为0时,可以得到完整的正半周波形。

 

2.   限幅底座波形

      ● 以下电路产生波形3:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第4张图片

图 2-4.04 

      分析:在上图电路中,二极管阳极的电压表达式为:vi-V;

      当vi小于V时,二极管阳极的电压小于0,二极管截止,此时输出电压vo为0;

      当vi大于V时,二极管阳极的电压大于0,二极管导通,理想二级管上的压降为0,故输出电压vo为vi-V;

      当偏置电压V为0时,上面的电路3相当于半波整流电路,可以得到完整的正半周波形。

 

      ● 以下电路产生波形4:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第5张图片

图 2-4.05 

      分析:在上图电路中,二极管阴极的电压表达式为:vi+V;

      当vi的值大于-V时,二极管阴极的电压大于0,二级管截止,此时输出电压vo为0;

      当vi的值小于-V时,二极管阴极的电压小于0,二极管导通,此时理想二级上的压降为0,故输出电压为:vi+V;

      当偏置电压V为0时,上面的电路4相当于半波整流电路,可以得到完整的负半周波形。

 

3.   限幅峰部波形并平移电位

      ● 以下电路产生波形5:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第6张图片

图 2-4.06 

      分析:在上图电路中,二极管阴极的电压表达式为:vi-V;

      当vi小于V时,二极管阳极的电压小于0,二极管导通,此时输出电压vo为vi-V,相当于将输入电压vi向下平移了V;

      当vi大于V时,二极管阳极的电压大于0,二极管截止,输出电压vo为0;

 

      ● 以下电路产生波形6:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第7张图片

图 2-4.07 

      分析:在上图电路中,二极管阳极的电压表达式为:vi+V;

      当vi大于-V时,二极管阳极的电压大于0,二极管导通,此时输出电压vo为vi+V,相当于将vi电压向上平移了V

      当vi小于-V时,二极管阳极的电压小于0,二级管截止,输出电压vo为0

 

4.   限幅底座波形并平移电位

      ● 以下电路产生波形7:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第8张图片

图 2-4.08 

      分析:二极管阳极的电压:恒为V,二极管阴极电压:在二级管截止时等于vi,在二级管导通时等于阳极电压;

      当vi小于V时,二级管导通,输出电压vo等于V;

      当vi 大于V时,二极管截止,输出电压vo等于vi

 

      ● 以下电路产生波形8:

初级模拟电路:2-4 限幅器_第9张图片

图 2-4.09 

      分析:二极管阴极电压:恒为-V,二极管阳极电压:在二极管截止时等于vi,在二级管导通时等于阴极电压。

      当vi大于-V时,二级管导通,输出电压vo等于-V;

      当vi小于-V时,二极管截止,输出电压vo等于vi

 

5.   限幅双向峰部波形

初级模拟电路:2-4 限幅器_第10张图片

图 2-4.10 

      当vi 大于V1时,二极管D1导通,D2截止,此时输出vo等于V1

      当vi小于-V2时,二极管D2导通,D1截止,此时输出vo等于-V2

      当-V2 < vi < V1时,二极管D1和D2都截止,此时输出vo等于vi

     

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