在电子电路设计领域,保障信号处于一定的安全范围至关重要。二极管限幅电路作为一种关键的保护电路,凭借二极管的单向导电特性,能够有效限制信号的电压幅度,避免电压超出预设的上限或下限,从而保护电路中的敏感元件。
首先,我们来深入了解一下二极管限幅电路的基本原理。二极管是一种半导体器件,具备阳极(正极)和阴极(负极)。当二极管阳极的电位高于阴极时,电流能够顺利通过二极管,此时二极管处于“导通”状态;反之,若阳极电位低于阴极,电流则无法通过,二极管处于“截止”状态。正是利用这一特性,二极管可用于限制电路中的电压波动。
正向二极管限幅电路
在正向限幅电路中,二极管的阳极接地,阴极连接输入信号。这种配置使得二极管在输入信号高于地电平时能够导通。当输入信号的正半周超过二极管的开启电压(通常为0.6至0.7伏特)时,二极管导通,输出电压被限制在二极管开启电压附近。而在输入信号的负半周,二极管截止,输出电压跟随输入信号下降。因此,正向二极管限幅电路主要用于限制电路中的正电压峰值。
在输入交流信号中连接一个二极管,当输入信号的正极部分经过二极管时,它处于正向偏置状态。在正半周期内,直到输入电压达到0.7V左右,二极管才会导通。一旦二极管开始导通,无论输入电压大小如何,二极管上只会出现一个正向压降。输出波形的正半周期清晰地描绘了这一点。在负半周期间,二极管保持反向偏置(开路),整个输入信号出现在二极管两端。这样的电路仅在正周期期间截断输入信号,即任何高于+0.7V的电压都将被截断。正向二极管削波电路只削波输入正弦信号的正半周期。
图片:二极管正向限幅电路波形图
负向二极管限幅电路
负向限幅电路中,二极管的阳极连接输入信号,阴极接电源正极。这种配置允许二极管在输入信号低于电源电压时导通。当输入信号的负半周低于二极管开启电压时,二极管导通,输出电压被限制在二极管开启电压附近。在输入信号的正半周,二极管截止,输出电压跟随输入信号上升。因此,负向二极管限幅电路主要用于限制电路中的负电压峰值。
当改变二极管的方向,就会与正向二极管限幅电路相反,该限幅电路仅在负周期期间限制电压。其工作原理与正向二极管限幅电路类似,只是二极管偏置相反。负限幅电路将负电压限制为-0.7V,任何小于此值的值都将被剪掉。
总结来说,二极管限幅电路是一种简单而高效的电路保护技术,在电源供应、信号处理和通信系统等众多领域都有广泛应用。通过合理设计正向或负向二极管限幅电路,可以有效地保护敏感元件免受过高或过低的电压影响。随着电子技术的持续进步,二极管限幅电路的设计和应用也在不断发展,以适应更多样化和复杂化的市场需求。例如,在一些高精度的电子设备中,对二极管限幅电路的精度和稳定性提出了更高的要求,工程师们需要不断优化电路设计,采用性能更优良的二极管元件,以确保电路能够在各种复杂的环境下稳定工作。同时,随着集成电路技术的发展,二极管限幅电路也逐渐向小型化、集成化方向发展,进一步提高了电路的可靠性和适用性。
此外,在当今Wi-Fi技术不断发展的背景下,随着Wi-Fi6E产品的成熟和Wi-Fi7产品在市场的出现,为确保Wi-Fi设备成功进入市场,这些设备必须在商业发布前通过强制的法规测试。而二极管限幅电路在Wi-Fi设备的信号处理和电源管理等方面也发挥着重要作用,能够保障设备在复杂的电磁环境下稳定运行。在其他领域,如村田的GNSS方案中,为了实现万物互联,高精准度、超小型化、超低功耗的GNSS方案也离不开
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