二極管可以設計出好玩的電路

利用二極管的單向導電性可以設計出好玩、實用的電路。

本文分析限幅電路和鉗位電路，是如何用二極管來實現的。

限幅電路

如下圖所示，當在正半周期，并且VIN大于等于0.7V，二極管正向導通。此時，

VOUT會被鉗位在0.7V上。

而當VIN小于0.7V時二極管是截止狀態，在負半周期時相當于電流反向，二極管也是截至狀態，此時VOUT=VIN，VOUT波形跟隨VIN變化。

限輻電路示意圖

根據上面限輻電路的原理，可以設計如下雙向限輻電路。

雙向限輻電路示意圖

然而有時候0.7V電壓不能滿足要求，那么，怎么產生不同大小的限幅電壓？

在電路中加入偏置電壓VBIAS，只有當VIN大于等于VBIAS時二極管才能導通。此時VOUT被鉗位，其值是0.7V+VBIAS，如下圖所示。

偏壓限幅電路示意圖

鉗位電路

下面是二極管結合電容實現的鉗位電路。分析中不考慮二極管的導通壓降，假設RC時間常數足夠大，從而使輸出波形不會失真。

鉗位電路原理

當輸入Vin在負半周期為負時，電流如下圖中紅色箭頭所示。二極管導通，電容逐漸充電至V，在此過程中Vout=0。

當輸入Vin在正半周為正時，電流如藍色箭頭所示。二極管截止，Vout等于電容上電壓加上正半周電壓V，此時Vout=2V。

鉗位電路原理

偏壓鉗位電路

跟限幅電路類似的，為了獲得所需要的鉗位值，要在電路中加入偏置電壓，如下圖所示。

偏壓鉗位電路

當所加的偏壓與二極管導通方向一致，鉗位值會提高V1，Vout=2V+V1。

雙向二極管鉗位電路應用舉例

在某些電路中會利用兩個二極管的鉗位作用進行保護，如下圖所示，假設0.7V為D1和D2的導通電壓。

• Vin大于等于Vmax，D1導通，Vout會被鉗位在Vmax

• Vin小于等于Vmin時，Vout被鉗位在Vmin

二極管鉗位保護電路