B2 · 二极管
钳幅与钳位:用二极管塑造波形
用一个单向阀门改变信号的形状。先亲手调节削去波峰的钳幅,再随同一只二极管进入移动基线的钳位。
降低门限,削去波峰
浅色曲线是输入,粗线是输出。降低二极管的门限,超过门限的部分被削去,波峰变平。
钳幅门限 VclipVclip = 0.95
输出波峰
Vout = Vin
门限高于波峰。二极管始终不导通,输出与输入相同。
不削减
并联二极管按住波峰
把二极管与信号并联,另一端接到参考电压。一旦输入超过该参考加上二极管门限的值,二极管导通、流过大电流,把输出电压按在那个值上。再往上,无论输入升多高,输出都跟不上而被削去。这就是钳幅。
加上串联电容便是钳位
这次把二极管与信号串联,并配上电容。第一个波峰处二极管导通,电容充到该波峰的高度;二极管截止后便锁住这份电荷,给信号叠加一个恒定直流电压。于是波形形状不变,整体却上移或下移。不削减、只改基线,就是钳位。
浅色曲线是输入,粗线是钳位后的输出。形状相同,只是基线上移了。
同一阀门,两种用法
钳幅与钳位归根到底都是二极管在门限处按住电压的同一动作。与信号并联,便切去上方、设定上限;与串联电容相配,便把曾按住的电压作为直流叠加、移动基线。削去或移动什么,由参考电压与二极管方向决定。
观察Vout = min(Vin, Vclip)
理想钳幅器在门限处切断输出。
选择Vclip = Vref + ?
实际门限是参考电压加二极管压降。
填空Vout = Vin + ?
钳位给输入叠加一个恒定直流。
自己来Vdc ≈ ?
叠加的直流是电容所充到的波峰值。
回到第一屏
门限设得越低,波峰被削得越多,输出上方越平。那条平线,正是二极管导通、把输出按在某个值上的痕迹。加上串联电容,同样的按住便不再切割波形,而是把它整体抬起。归根到底,钳幅与钳位是同一事实的两面:二极管在门限处固定电压。B1 的单向阀门由此成为塑造信号的工具。
钳幅用与信号并联的二极管削去超过门限的部分、设定上限(Vout = min(Vin, Vclip))。钳位用二极管加串联电容,在保持波形的同时叠加恒定直流、移动基线(Vout = Vin + Vdc)。两者都是同一原理的两种用法:单向阀门在门限处固定电压。
接下来的脉络
至今二极管都在正向工作。下一单元会故意把它深推入反向,遇见齐纳二极管——在某个电压处骤然击穿、流过电流并牢牢守住该电压。钳位移动的是基线,而齐纳固定的是输出电压本身,是稳压的工具。