模拟电子系统设计指南-从半导体、分立元件到ADI集成电路的分析与实现【1.8】

4.3 二极管钳位电路

        钳位电路将输出电压移动到一个不同的直流电平。 因此， 也称为“ 电平移位器” 。 输入和输出电压的波形相同， 仅仅是对直流电平移位。 对于二极管钳位电路， 输入电压可以是任意波形。 在本节分析过程中， 输入电压信号为正弦波。

        二极管钳位SPICE仿真电路如图4.24所示。 在该电路中两个元件产生钳位效应， 即电容C1 和二极管D1 （ 二极管D1 和负载为并联关系） 。

        注： 读者可以定位到本书提供资料的\multisim_simulation\diode1路径下， 用NI Multisim 14.0 打开analysis_10.ms14 设计文件， 该文件保存着二极管钳位电路SPICE瞬态仿真电路。

        对该电路的节点1和节点4 执行SPICE瞬态分析的结果如图4.25所 示。 很明显， 输入信号波形和输出信号波形完全一样， 只是两者的直流 电平不同而已。 图中左侧纵坐标轴为节点1和节点4的电压范围， 右侧纵 坐标轴为流经二极管的电流I（ D1） 的范围。 下面对该电路进行分析， 假设信号源V1 为正弦信号V1（ t） ， 表示 为： V1（ t） =Vpsin（ ω t） 。 在输入信号1/4周期内， 电压逐渐上升， 二极管D1 处于导通状态， 电容C1 几乎瞬间充电到输入电压的峰值Vp ， 如图4.25所示。 但是， 节点4的输出电压几乎降到0 （ 实际需要考虑二 极管的正向偏置电压） 。 电路最后会进入稳定状态， 电容上的电压为 V p。 因此， 在第一个1/4周期后， 电容C1 两端电压Vc=Vp ， 节点4的输出 电压V4 （ t） 将为：

        当该电路外接负载电阻R1 时， 要保证时间常数τ =R1 C1足够大。 这 样， 在二极管的非导通间隔内， 电容不会充分放电。 如果将二极管D1 的方向发生翻转， 则在输入电压的第一个正1/4周 期内， 二极管将被反向偏置， 输出电压将会等于输入电压V1。 在输入电 压的第一个负的半周期， 二极管D1 将会导通， 电容C1 几乎被充电到输 入电压的负幅值-Vp ， 输出电压几乎为0。 这个过程在第一个周期内完 成， 电路最后进入稳定状态， 电容C1 上的电压为-Vp。 在第一个周期 后， 电容电压保持在常量-V p。 节点4的输出电压V4 （ t） 将为：

        因此， 更改二极管的方向使输出反相， 出现相移π 。

4.4 二极管斩波器

        本节介绍二极管斩波器的原理和应用。 4.4.1 二极管斩波器原理 二极管斩波器电路可以用于限制信号的电压摆幅， 理想二极管斩波 器的输入-输出传输函数， 如图4.26所示。 当输入电压VIN ＜VL+且VIN ＞VL-时ÿ