二极管和电容组成的钳位电路 (二极管和电容组成的电路)
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在这里,电路由三个主要器件组成:电容器二极管负载电阻二极管和负载电阻并联,即二极管的负极(cathode)连接到电容,正极(anode)连接到地。在设计钳位电路时,必须选择合适的电容值和负载电阻值,以使得τ=RC(时间常数)足够大,以确保在二极管截止期间电容两端的电压不会明显放电。在本文中,我们假设时间常数τ≥5T(T表示输入信号的周期)。假设上电时,输入信号处于正半周,那么此时输出信号基本等于输入信号,因为此时电容正在通过阻值较大的负载电阻RL缓慢充电,电容两端的压降为0,整个电路的压降全部落在了RL上。一旦输入波形信号切换到负半周,则二极管正向偏置,相当于一段导线。结果,由于二极管导通电阻很小,电容迅速充电至输入信号电压,我们称其为Vc。在输入信号的负半周,二极管处于导通状态:此期间的输出为0V,因为二极管闭合相当于短路。此外,请注意,在此期间,电容器将快速充电至接近于输入信号“V”的值,因为由于二极管导通时的有效电阻很小,时间常数RC将非常小。请注意电容器充满电时的极性。一旦输入信号切换到正半周,二极管将被反相偏置。在此期间,二极管将处于截止状态,相当于开路:在正半周期间,充满电但放电很慢的电容相当于一块电池,输入信号也相当于一块电池,整个电路的电源部分相当于两块电池串联:因此,输出电压是施加的输入电压和存储在电容器中的电荷之和:Vout=Vin+VcVc是输入峰值电压。从上述等式可以明显地看到,上述电路为输入电压信号增加了一个正向直流偏置Vc。正半周期间当输入信号Vin到达其峰值时,Vin=Vc,则:Vout=Vin+Vc=2Vc我们使用下面的电路测试正向钳位电路:*好后的电路如下:输入输出波形如下:电影是输入波形,青色是输出波形。可以看到输出后的波形被整体抬升了,抬升幅度约为2V。输出波形的低电平约为0.6V,那是由于二极管1N对地压降造成的,抬升前平均电压为0V,抬升后平均电压为1.4V左右。偏置正向钳位电路可以给钳位电路加一个偏置电压,这会进一步抬升输出波形:此处给电路添加了直流偏置电源Vdc,它的负极连接到地,而它的正极连接到二极管的正极。跟前面不带偏置的电路一样,假设上电时,输入信号处于正半周,那么此期间输出信号基本等于输入信号。一旦输入信号切换到负半周,二极管导通,等效电路如下:在此期间,负载电阻与偏置电压Vdc直接并联,因此在此期间,输出电压等于Vdc。此外,在此期间,输入信号Vin和偏置电源Vdc相当于两块串联的电池给电容充电。请注意电容电荷的极性。使用基尔霍夫电压定律(KVL),我们可以确定电容中存储了多少电荷。我们从下面的地开始沿着顺时针方向分析,即绕行方向为顺时针。先遇到输入信号电压Vin,下面电压高上面电压低,即沿着绕行方向看降压,记为-Vin,。再遇到电容,左边负,右边正,沿着绕行方向升压,记为Vc。再遇到偏置电压Vdc,沿绕行方向降压,记为-Vdc。应用KVL可列等式:-Vin+Vc-Vdc=0移项可得:Vc=Vin+Vdc可见,负半周期间,电容电压将充电至Vin+Vdc。当输入信号切换到正半周,二极管将进入关断状态,因为它会被输入反向偏置。在此期间,二极管截止,使直流电源Vdc对电路没有影响:输出电压Vout=Vin+(Vin+Vdc)=2Vin+Vdc。我们使用下面的电路测试正向偏置电路:当偏置电压为1V时波形如下:*是输入波形,青色是输出波形。可以看到其最小值、平均值都比前面比前面没有偏置的电路增大了1V左右。当偏置电压为2V时波形如下:可以看到其可以看到其最小值、平均值都比前面比前面没有偏置的电路增大了2V左右。总结今天我们学习了二极管、电容组成的钳位电路。其基本原理是,先将电容充电至输入电压最大值,然后再将充满电的电容和输入电压串联,从而提高输出电压。本文家电维修技术