为什么选择二极管钳位电路？二极管钳位电路有哪些类型？

一、钳位电路应用
夹具有什么用途？钳位电路通常用于各种显示设备，例如测试设备、放大器保护、声纳和雷达系统。例如，在示波器和雷达中，使用钳位电路来恢复扫描信号的直流分量，以解决扫描速度不同引起的图像在屏幕上的位置移动问题。在电视系统中，采用钳位电路将全电视信号的同步脉冲顶部保持在固定电压，以克服直流分量损耗或干扰引起的电平波动，从而实现同步信号的分离。一个简单的钳位电路由电容器、二极管、电阻器等组成。在这里，我们将介绍二极管钳位电路类型并进行比较。
二、二极管钳位电路
2.1 为什么选择二极管钳位电路？
众所周知，二极管限幅电路会切断波形的幅度。在某些应用中，原始波形不会损坏。有必要在基础上向上或向下移动，以将信号峰值设置在所需的水平。在这种情况下，需要使用二极管箝位电路。
简单的二极管箝位电路由二极管、电容器和负载电阻组成。利用二极管相对稳定的正向压降和小值（有时可以近似为零）特性来限制电路中某一点的电位，并将周期性变化波形的顶部或底部保持在一定的直流电平。
此外，双二极管钳位器保护电路由两个反向并联的二极管组成。一次只能导通一个二极管，另一个处于关断状态，则正反压降在二极管正向箝位低于0.5-0.7，以保护电路。
2.2 二极管钳位电路类型
二极管钳位电路主要分为正箝位电路和负钳位电路两大类，包括简单型和偏置型。
二极管正钳位器
当输入波形处于正半周期时，二极管被切断，相当于开路，电容充电至Vi。在输入波形的负半周期中，二极管导通，相当于短路，Vo输出为0。根据基尔霍夫电压定律，可以根据正负循环条件计算出相应的输出波形。
（1） 简单型

图1.
当Vi处于半负周期时，D→ON，C充电至V值（左负，右正），Vo=0V。
当Vi为半正周期时，D→OFF，Vo=VC+Vi = 2V。
（2） 偏置型

图2.
判断输出波形的简单方法：
1）输出波形在坐标轴上的参考点由参考电压V1确定。
2） 二极管 D 的方向决定了原始波形的移动方向。如果二极管的方向是，则波形必须向上移动;如果二极管的方向是，则波形必须向下移动。
3）确定参考点和方向后，以参考点为基准，在输出坐标轴上绘制原始波形，这就是我们想要的。
二极管正箝位电路比较：

负极钳位电路
（1） 简易型

图3.
当Vi处于正半周期D→ON时，C充电至V值，其中Vo=0V。
当Vi处于负半周期时，D→OFF，Vo=-2V。
（2） 偏置型

图4.
当Vi处于正半周期时，二极管D→ON和C充电至V值（左正，右负），Vo=+V1或-V1。
当Vi为负半周期时，二极管D→OFF，RC时间常数足够大，Vo=VC+Vi（负半周期）=2V。
↪️二极管负钳位器电路比较：


1）二极管的方向决定了波的运动方向。
2）偏置电压决定了波形的基本参考点。
3）电容与负载电容的乘积RC应足够大，一般大于5T（T为输入波形变化周期）。
三、实验：钳位电路问题检测
就钳位二极管的应用而言，这里给出一个示例实验。在高通MSM8909平台上工作时，我经常遇到GPIO引脚的静电击穿，也就是EOS。为什么这里提到GPIO？因为在GPIO的内部电路结构中有一个二极管钳位电路，如下图所示。

图5.MSM8909 集成电路应用电路
我们来分析一下。
GPIO的基准电源VDD由钳位二极管D1的阴极拉起，箝位二极管D2的阳极连接到GND。
当输出电压大于VDD时，D1导通，D2关断，引脚电压VDD（忽略二极管的导通压降）。
当输入电压小于GND时，D1关断，D2导通，引脚电压为GND（忽略二极管的导通压降）。
因此，输入电压范围可以控制在［GND，VDD］之间，以保护引脚免受损坏。如何确定 GPIO 是否损坏？方法如下：
首先，将万用表调整到二极管位置，将红色引线连接到主板的GND，将黑色引线连接到GPIO引脚。此时，是测量二极管D2是否损坏。测试值是二极管的传导值，一般范围为0.4-0.6V，超过该值就是二极管击穿。
其次，将红色引线连接到测试 GPIO 引脚，将黑色引线连接到 GND。此时，是测量二极管D1是否损坏。