钳位电路(Clamping Circuit)跟前面所说的限幅电路不同,它的作用不是限制信号的电压幅值,而是把整个信号幅值进行直流平移。最后的输出波形与输入波形的形状不变,只是在输入信号的基础上增加了直流分量。该直流分量的大小取决于电路本身的具体参数。

钳位电路的应用也很多,在我们家里的彩色电视机里有它的身影。在其中它起到恢复电视亮度信号的直流分量。稍微想一下,电视的信号肯定不是有规律的波形,那么钳位电路肯定不用知道确切的波形,就能把直流分量调出来。

那么二极管在会充当什么角色呢?还是先来看看下图的二极管钳位电路:

以正弦信号为例:输入为vi=Vmsin(ωt)来分析该电路是如何钳位的。为了简单起见,设电容的初始电压VC(0)=0,二极管D是理想的。则当时间t由0时刻增至T/4时,vi达到其峰值Vm,电容的电压也被充至峰值Vm。随之,vi下降,很显然,二极管处于反偏截至状态,电容的电压没有地方放电,只能保持Vm不变。因而可得输出电压vo=-vc+vi=-Vm+Vmsin(ωt)。由此可见,输出电压被钳住了,输出与输入的波形相同,不同的只是输出波形进行了-Vm的直流平移。

下图是上图仿真结果的波形图的比较:

正弦波形

三角波形

对上面的波形图说明一下:红色为输入波形,黑色为输出波形。大家可能有疑问了。根据上面的原理分析这不对啊!不是反了吗?对!是反了!不过不是我说反了,而是我把二极管接反了。这就对了!二极管的方向只是影响直流平移的方向而已。也就是正移和负移。看看二极管又是功不可没啊!

大家可以从上面波形图看到,输出的波形相对输入波形抬高了,即多加了一个直流分量,两者的波形形状没有发生变化。这也就完成了钳位功能。