从倍压整流到二极管钳位与限幅

何为倍压整流？这里直接引用“百度百科”解释，如下述。

在一些需用高电压、小电流的地方，常常使用倍压整流电路。倍压整流，可以把较低的交流电压，用耐压较高的整流二极管和电容器，“整”出一个较高的直流电压。

倍压整流电路一般按输出电压是输入电压的多少倍，分为二倍压、三倍压与多倍压整流电路。

下图是一个典型的二倍压整流电路。

那么它们是如何组合在一起工作的呢？

1、二极管钳位电路

摘录“百度百科”的解释：

二极管钳位电路是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小(有时可近似为零)的特点，来限制电路中某点的电位，将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平之上。

众所周知：没有在Y轴两个方向变化的电流称之为直流，它的图形可能在Y轴正方向，也可能在Y轴反方向。

所以二极管钳位电路又分为：反向钳位电路(Negative Clamper)与正向钳位电路(Positive Clamper)两种，有的资料上称之为直流恢复器。

1）二极管反向钳位仿真

二极管反向钳位电路如下图1.1所示，根据KVL可得：Vi-Vc-Vd = 0。由于Vo = Vd，那么输出Vo = Vi-Vc。

电路处于稳态时，电容C充满电，其两端电压降为10V，有如下的计算：

当Vi = 0V时，Vo = -10V；当Vi = 10V时，Vo = 0V。

注：​10Vrms即10V均方根值，峰值 = 10Vrms*1.414 = 14.14V。

图1.1 反向钳位仿真

2）二极管正向钳位仿真

图1.2 正向钳位仿真

加入正向偏置电压后的仿真结果：

图1.3 偏压型正向钳位仿真

3）二倍压整流仿真

电源Vi经电容C与二极管D正向钳位后，抬升至Y轴正方向。Vo节点的输出波形如下图所示，其峰值电压在28V左右。

再经二极管D1整流，C1滤波，PR1节点在28V左右。

图1.4 正向钳位+整流仿真

4）端口电压保护

另外钳位电路还在端口保护中广泛使用，如下图1.5所示，它是STM32103系列MCU的ADC输入端口的保护。

图1.5 ADC端口保护

2、二极管限幅电路

摘录“百度百科”的解释：

二极管限幅电路用来让信号在预置的电平范围内有选择地传输一部分信号。限幅电路按功能分为上限限幅电路、下限限幅电路和双向限幅电路三种。

在上限限幅电路中，当输入信号电压低于某一事先设计好的上限电压时，输出电压将随输入电压而增减；但当输入电压达到或超过上限电压时，输出电压将保持为一个固定值，不再随输入电压而变，这样，信号幅度即在输出端受到限制。同样，下限限幅电路在输入电压低于某一下限电平时产生限幅作用。

上限限幅电路仿真如下图2.1所示。

图2.1 二极管的限幅

二极管钳位电路与限幅电路的区别如下表：

二极管钳位电路	二极管限幅电路
整体移动波形，波形不变	波形改变，被削顶

仿真原文件下载请移步：二极管钳位与限幅。

---

如若喜欢这篇文章，不妨留下您宝贵的点赞，这将是对我莫大的鼓励。