第6节 Clipper 电路 (修订中)
[TOC]
去除波形峰值的电路称为_限幅器_。负限幅器如下图所示。
# 1. 克拉珀电路操作分析
此原理图是使用 Xcircuit 原理图捕获程序生成的。Xcircuit 生成了下图的 SPICE 网表，除了第二行，也就是最后一行，它是用文本编辑器插入的。
| *SPICE 03437.eps * AK ModelName D1 0 2 二极管 R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 5 1k) .model 二极管 d .tran .05m 3m .end |
Clipper：在 -0.7 V 处剪裁负峰值。
# 2. 正半周期
在 5 V 峰值输入的正半周期期间，二极管反向偏置。二极管不导通。就好像二极管不存在一样。下图中输出 V(2) 处的正半周期不变。由于输出正峰值实际上覆盖了输入正弦波 V(1)，因此为了清楚起见，图中的输入已向上移动。在 SPICE 显示模块 Nutmeg 中，命令“plot v(1)+1)”完成此操作。
V(1)+1 实际上是 V(1)，一个 10 Vptp 正弦波，偏移 1 V 以显示清晰。V(2) 输出被二极管 D1 限制在 -0.7 V。
# 3. 负半周期
上图正弦波输入负半周期间，二极管正偏，即导通。正弦波的负半周被短路。对于理想二极管 (opens new window)，V(2) 的负半周期将被限制在 0 V。由于硅二极管的正向压降，波形被限制在 -0.7 V。除非模型语句中的参数另有说明，否则 spice 模型默认为 0.7 V。锗或肖特基二极管在较低电压下削波。
仔细检查负削波峰值（上图）可以发现，当正弦波向 -0.7 V 移动时，它会跟随输入一小段时间。削波动作仅在输入正弦波超过 -0.7 V 后才有效。但是，在大部分时间里，二极管在整个半周期内都没有导通。
# 4. 对称限幅电路
在上图中的现有二极管上添加一个反并联二极管会产生下图中的对称限幅器。
|
| *SPICE 03438.eps D1 0 2 二极管 D2 2 0 二极管 R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 5 1k) .model 二极管 d .tran 0.05m 3m .end |
对称限幅器：反并联二极管同时剪裁正负峰值，留下 ± 0.7 V 输出。
二极管 D1 像以前一样在 -0.7 V 处夹住负峰值。额外的二极管 D2 在正弦波超过 0.7 V（正向二极管压降）时导通正弦波的正半周期。串联电阻上剩余的电压下降。因此，输入正弦波的两个峰值都在下图中被削波。网表如上图
二极管 D1 在负峰值期间导通时在 -0.7 V 处削波。D2 为正峰值导通，在 0.7V 处削波
# 5. 二极管限幅器的一般形式
二极管限幅器最一般的形式如下图所示。对于理想二极管，限幅发生在限幅电压 (opens new window)V1 和 V2 的水平上。但是，电压源已经过调整，以考虑实际硅二极管的 0.7 V 正向压降。当二极管开始导通时，D1 钳位在 1.3V +0.7V=2.0V。当 D2 导通时，D2 夹在 -2.3V -0.7V=-3.0V。
| *SPICE 03439.eps V1 3 0 1.3 V2 4 0 -2.3 D1 2 3 二极管 D2 4 2 二极管 R1 2 1 1.0k V3 1 0 SIN(0 5 1k) .model 二极管 d .tran 0.05m 3m .end |
D1 将输入正弦波削波为 2V。D2 夹在 -3V。
上图中的裁剪器不必裁剪两个级别。要使用一个二极管和一个电压源在一个电平上进行削波，请移除另一个二极管和电压源。
网表如上图。下图中的波形显示了输出 v(2) 处 v(1) 的削波。
D1 将正弦波剪辑为 2V。D2 夹在 -3V。
# 6. 齐纳二极管限幅器
“齐纳二极管”部分还有一个齐纳二极管限幅 (opens new window)电路。齐纳二极管代替了二极管和直流电压源。
# 7. 限幅电路的实际应用
限幅器的一个实际应用是防止放大的语音信号过度驱动无线电发射器 (opens new window)，如下图所示。过度驱动发射器会产生杂散无线电信号，从而干扰其他电台。剪刀是一种保护措施。
Clipper 可防止通过语音峰值过度驱动无线电发射器。
正弦波可以通过过度驱动限幅器来调整。另一个限幅器应用是保护集成电路的暴露输入。IC 的输入连接到一对二极管，如上图的节点“2”。电压源由 IC 的电源轨代替。例如，CMOS IC 使用 0V 和 +5V。模拟放大器可能对 V1 和 V2 源使用 ±12V。
- 审查
- 由交流电压源驱动的电阻器和二极管对二极管上观察到的信号进行削波。
- 一对反并联 Si 二极管对称地夹在 ±0.7V
- 限幅二极管的接地端可以断开连接并连接到直流电压，以任意电平进行限幅。
- 限幅器可用作保护措施，防止信号超出限幅限制。
相关练习：
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