钳位电路
1、什么是钳位?
答: 钳位是指将某点的电位限制在规定电位的措施。
2、钳位电路有哪些?
答:钳位电路按照平移电压分为正钳位电路、负钳位电路;按照电路结构可分为简单钳位和带偏差的钳位电路。

3、钳位电路的工作原理是什么?(为简化分析,以下均假设二极管为理想的,时间常数RC远大于信号周期)
正钳位电路
简单的正钳位电路
电路:

工作原理:
以输入正弦信号为例进行分析。

(1)0~T/2,uI>0,
假设t=0时刻电容未充电,则此时 UD-= uI >0,又UD+= 0V,即 UD= - uI <0,D截止,
电容充电,充电回路如图所示,但由于时间常数RC很大,uC变化不大,可以认为uO= uI 。


(2)T/2~t1,uI<0,因为UD+= 0V,UD-≈uI <0, 即 UD= - uI >0,D导通,uO= 0。
电容充电,电容回路如下图所示,与正半周情况不同,此时二极管视为短路,电容充电回路的时间常数很小,uC可迅速充至峰值UM。


(3)t1时刻uC已充至峰值UM,t1~T,uI<0,且|uI|< UM,UD+= 0V,UD-≈uI+ UM >0, 即UD= - uI - UM <0,D截止,uO= uI+UM,即与输入信号相比,输出信号有了大小为UM的直流偏移量。


(4)T~ 3T/2,uI>0,UD+= 0V,UD-≈uI+ UM >0,即UD= - uI - UM <0,D截止,uO= uI+UM,与输入信号相比,输出信号具有大小为UM的直流偏移量。


(5)3T/2~ 2T,uI<0,且|uI|< UM ,UD+= 0V,UD-≈uI+ UM >0,即UD= - uI - UM <0,D截止,uO= uI+UM,与输入信号相比,输出信号具有大小为UM的直流偏移量。


因此,在稳定状态下,uO= uI+UM,与输入信号相比,输出信号具有大小为UM的直流偏移量。

具有偏置的正钳位电路
电路:

工作原理:
以输入正弦信号为例进行分析,假设UM >E。

(1)0~T/2,uI>0,
假设t=0时刻电容未充电,此时,UD-=0 , 又UD+= E,则UD= E >0,D导通,二极管视为短路,电容迅速充电至E, UC = E ,充电回路如下图所示。

接下来,UD+= E,UD-=uI +E,即UD= - uI<0,D截止,uO= uI+ E。


(2)T/2~ t1 ,uI<0,UD+= E,UD-=uI +E,即UD= - uI>0,D导通,uO= E。
此时,电容C迅速充电至E+UM, UC = E+UM 。


(3) t1 ~T,uI<0,UD+= E,UD-=uI + E+UM >E ,即UD=-uI-UM<0,D截止, uO= uI+UM+E 。
与输入信号相比,输出信号具有大小为UM +E的直流偏移量。


(4)T~3T/2,uI>0,UD+= E,UD-=uI+E+UM >0,即UD=-uI-UM <0,D截止,uO= uI+UM+E。与输入信号相比,输出信号具有大小为UM +E的直流偏移量。


(5)3T/2~ 2T,uI<0,且|uI|< UM ,UD+= E,UD-= uI + E+UM ,即UD= - uI - UM <0,D截止,uO= uI+UM+E 。与输入信号相比,输出信号具有大小为UM +E的直流偏移量。


因此,在稳定状态下,uO= uI+UM+E,与输入信号相比,输出信号具有大小为UM +E的直流偏移量。

负钳位电路
简单的负钳位电路
电路:

工作原理:以输入方波信号为例进行分析。

(1)0~T/2,uI=UM>0,假设t=0时刻电容未充电,则 UD+= uI >0 ,又UD-= 0V,即 UD= -uI >0,D导通, uO= 0,在此区间,二极管视为短路,电容充电,且充电时间常数很小,充电回路如下图所示,UC很快充至UM 。







(4)在第二个负半周内,uI=﹣UM,UD-= 0V,UD+=﹣2UM <0,即UD =﹣2UM <0,D截止, uO=-2UM。


因此,uO= uI-UM,与输入信号相比,输出具有大小为-UM的直流偏移量。

具有偏置的负钳位电路
电路:

工作原理:
(1)0~T/2,uI=UM >0,UD+=UM, 又UD-=E,则UD=UM-E>0,D导通,UO=E。
二极管视为短路,电容迅速充电至UM -E, UC = UM -E ,充电回路如下图所示。


(2)T/2~ T ,uI=-UM <0,UD+=E-2UM , UD-= E,则UD=-2UM<0,D截止,UO= E-2UM。


(3)在第二个正半周内,由于第一个负半周T/2~T时间段内 ,电容C通过R放电(即使时间常数很大),使得UC略小于UM-E ,UD-=E,UD+=UM-UC>0,即UD=UM-UC-E>0,D导通,电容C再次充电至UM-E,uO= E。


(4)第二个负半周内, uI=﹣UM,UD-= E,UD-= 0V,UD+=﹣2UM + E <0,即UD =﹣2UM <0,D截止, uO=﹣E2UM+ E。


因此,uO= uI-UM+E ,与输入信号相比,输出信号具有大小为-UM +E的直流偏移量。


总结
正钳位电路




负钳位电路





,与输入信号相比,输出信号具有大小为-UM +E的直流偏移量。

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