初級模擬電路：2-5 鉗位器

回到目錄

      鉗位器（clamper）能夠將輸入波形總體上移或下移，「clamper」在 英語中的原意是「夾具」的意思，很形象地說明了它能夠把波形任意鉗夾在某個電平處。以下圖所示：

圖 2-5.01 

      鉗位電路的核心器件是二極管和電容，下面咱們具體分析實現各類鉗位的電路圖。一樣的，爲方便分析，咱們假設下面的二極管爲理想二極管，即導通時理想二極管上的壓降爲0。

      如下分析的輸入電壓v_i皆設爲正弦電壓，表達式爲：

 

1.   下鉗位電路

（1） 標準下鉗位電路

      咱們先介紹下鉗位電路的標準型，其電路和輸出波形以下圖所示：

圖 2-5.02 

      這個電路的關鍵點在於，電容C和負載電阻R的值要取的比較大，這樣當電容經過R進行放電時，時間常數 τ=RC會比較大，放電過程會很是緩慢。下面咱們一步步分析其工做原理：

      （1） 當輸入電壓v_i從0開始增大時，會給電容C充電，此時二極管正向導通。在C的右邊，二極管和電容並聯，但因爲電阻R值比較大，因此充電電流回路主要從二極管上走。又因爲二極管的電阻很是小（理想導通狀況下近似短路），因此充電速度極快，咱們能夠近似認爲，電容上的電壓幾乎就是等於輸入電壓。充電電流回路以下圖所示：

圖 2-5.03 

      （2） 當輸入電壓v_i到達峯值V_m時，電容上的電壓也幾乎等於這個峯值V_m。以後，當輸入電壓通過峯值開始降低時，電容上的電壓此時超過了輸入電壓v_i，理論上講，電容此時應該對輸入電源進行放電。可是，若是要放電，則在電容右側的必須也要造成放電迴路，但因爲二極管只能單向導通，此路不通，因此放電電流只能從R走，此時二極管截止，至關於斷路狀態。放電迴路以下圖所示：

圖 2-5.04 

      （3） 前面說過，因爲電阻R和電容C的值都取得很大，因此放電速度很是緩慢。當輸入電壓通過正峯值V_m，再走到負半周，再變正，再回到正峯值V_m前，電容雖然一直在向輸入電源放電，但放電速度極其緩慢。因此當輸入電壓再次達到正峯值V_m時，電容上存儲的電壓只降低了很小一點點，甚至能夠近似認爲電容上存儲的電壓幾乎沒怎麼變化，仍爲V_m。而輸入電壓v_i最大也就到V_m，已經沒什麼資格給電容充電了。因此能夠近似認爲，電容上存儲的電壓，今後一直保持爲V_m不變。

      （4） 接着結論就是瓜熟蒂落的事情啦，從電路圖上能夠得出，輸出電壓v_o的表達式爲：v_o=v_i-v_C，根據上面的分析，電容電壓v_C一直保持爲V_m不變，則輸出電壓最終可表達爲：v_o=v_i-V_m，至關於將輸入電壓向下平移了V_m。以下圖所示：

圖 2-5.05 

      （5） 最後再考慮一下非理想二極管的狀況。對於非理想二極管，當正向導通時，其上有0.7V的壓降。根據上面「圖2-5.03」的充電迴路能夠看出，電容上可充到的電壓爲：V_m-0.7V，則最終輸出電壓的表達式爲：v_o=v_i-(V_m-0.7V)= v_i-V_m+0.7V

 

（2） 偏置下鉗位電路

      從上面的分析可看到，標準下鉗位電路只能將輸入波形向下平移V_m，那若是咱們要向下平移任意電平怎麼辦？很簡單，在二極管上再加個偏置電壓，以下圖所示：

圖 2-5.06 

      只要理解了前面的標準下鉗位電路，這個偏置分析就很簡單啦，在「下鉗位偏置上移電路」中，電容C充電後的維持的電壓爲：v_c=V_m-V₁，則最終輸出電壓爲：v_o=v_i-v_c=v_i-V_m+V₁。

      在「下鉗位偏置下移電路」中，電容C充電後的維持的電壓爲：v_c=V_m+V₁，則最終輸出電壓爲：v_o=v_i-v_c=v_i-V_m-V₁。

 

2.   上鉗位電路

（1） 標準上鉗位電路

      上鉗位電路的標準型，以下圖所示：

圖 2-5.07 

      分析也是相似的，這裏就簡略描述了：一開始當輸入電壓v_i處於正半周時，二極管截止，v_i經過電阻R造成迴路給電容充電，可是因爲R很是大，因此充電速度很是緩慢。

      當輸入電壓進入負半周時，電容上被充的電壓幾乎爲0。此時v_i小於0時，二極管導通，充電電流經過二極管迴路開始對電容C快速充電，電容電壓最大可充到V_m（注意圖中電容電壓的正負方向），今後電容電壓V_m保持不變。輸出電壓爲：v_o=v_i+v_c=v_i+V_m，至關於將輸入電壓上移了V_m。

 

（2） 偏置上鉗位電路

      上鉗位電路也能夠加偏置電壓，達到上移任意電平的效果，以下圖所示：

圖 2-5.08 

      在「上鉗位偏置上移電路」中，電容C充電後的維持的電壓爲： v_c=V_m+V₁，則最終輸出電壓爲：v_o=v_i+v_c=v_i+V_m+V₁。

      在「上鉗位偏置下移電路」中，電容C充電後的維持的電壓爲： v_c=V_m-V₁，則最終輸出電壓爲：v_o=v_i+v_c=v_i+ V_m -V₁。

     

回到目錄

 

 

（ end of 2-5 ）