目录
[2.1 二极管正向钳位电路](#2.1 二极管正向钳位电路)
[2.1.1 二极管正向钳位电路图](#2.1.1 二极管正向钳位电路图)
[2.1.2 二极管正向钳位工作原理](#2.1.2 二极管正向钳位工作原理)
[2.2 二极管负向钳位电路](#2.2 二极管负向钳位电路)
[2.2.1 二极管负向钳位电路图](#2.2.1 二极管负向钳位电路图)
[2.2.2 二极管负向钳位工作原理](#2.2.2 二极管负向钳位工作原理)
[2.3 二极管顶部钳位电路](#2.3 二极管顶部钳位电路)
[2.3.1 实验要求](#2.3.1 实验要求)
[2.3.2 仿真实验](#2.3.2 仿真实验)
[2.4 二极管底部钳位电路](#2.4 二极管底部钳位电路)
[2.4.1 实验要求](#2.4.1 实验要求)
[2.4.2 仿真实验](#2.4.2 仿真实验)
二极管钳位电路
钳位电路概念：
钳位电路（clamping circuit）是一种将脉冲信号的某一部分固定在指定电压值上，并保持原波形形状不变的电路。它通过控制信号的幅值，将信号限制在特定范围内，从而确保输出信号的幅值不会超出设定的上下限。
工作原理
钳位电路的工作原理基于二极管的导通特性和电容的充放电过程。以常见的二极管钳位电路为例：
**正钳位电路：**当输入信号的负半周期到来时，二极管正向偏置导通，电容充电至输入信号的峰值减去二极管的正向导通电压（通常为0.7V）。在输入信号的正半周期，二极管反向偏置截止，电容通过负载电阻放电，从而使输出信号的顶部被钳制在某个固定电平。
**负钳位电路：**与正钳位电路相反，当输入信号的正半周期到来时，二极管正向偏置导通，电容充电。在输入信号的负半周期，二极管反向偏置截止，电容放电，从而使输出信号的底部被钳制在某个固定电平。
2.1 二极管正向钳位电路
二极管压降测试
如下图所示，仿真实验用二极管压降为0.7V
2.1.1 二极管正向钳位电路图
如下图所示
输入：幅值为5V脉冲电压，负半周期为5V，正半周期为-5V
输出：R1两端的电压
二极管：正周期导通，负周期截止
2.1.2 二极管正向钳位工作原理
V1 处于正半周期时：
D1导通，C1充电，R1被短路，R1分压得到几乎为0V的电压
V1 处于负半周期时：
D1截止，C1放电，R1得到V1和电容释放的电压，叠加电压几乎为10V
仿真结果如下图所示，仿真实验需考虑二极管压降电压(0.7V)
如下图所示，红色波形为输入信号，蓝色波形为输出信号
2.2 二极管负向钳位电路
2.2.1 二极管负向钳位电路图
如下图所示
输入：V2幅值为5V脉冲电压，负半周期为5V，正半周期为-5V
输出：R1两端的电压
二极管：正周期导通，负周期截止
2.2.2 二极管负向钳位工作原理
V2 处于正半周期时：
D2截止，C2放电，R2得到V2和电容释放的电压，叠加电压几乎为-10V
V2 处于负半周期时：
D2导通，C2充电，R2被短路，R2分压得到几乎为0V的电压
仿真结果如下图所示，仿真实验需考虑二极管压降电压(0.7V)
如下图所示，红色波形为输入信号，蓝色波形为输出信号
二极管正向反向钳位仿真电路实验结果
如下图所示，红色波形为输入信号，蓝色波形为输出信号
2.3 二极管顶部钳位电路
2.3.1 实验要求
将输入幅值为5V，频率为100HZ的矩形脉冲信号，通过正钳位电路将输出信号的顶部限制在10V左右。
2.3.2 仿真实验
RC电路不加二极管情况下，输出电阻R2两端电压波形
输入：红色，高电平(5V)，低电平(0V)，矩形方波信号
输出：蓝色
当输入电压V1为高电平(5V)时：C1充电，R2分压较小的正向电压
当输入电压V1为低电平(0V)时：C1放电，R2分压较小的反向电压
RC电路与正钳位电路对比图
正钳位电路相对于RC电路在电阻两端并联上串联的二极管和5V直流电源
正钳位电路波形图
输出波形向上平移5V左右
解释：
**叠加定理：**只保留一个电源作用，根据基尔霍夫电压定律（KVL）计算电路电压分布；电压源看作短路，电流源看作开路。
当电源V1 **单独工作时：**D1与R3并联
当输入电压V1为高电平(5V)时：C1充电，D1和R3分压较小的正向电压
当输入电压V1为低电平(0V)时：C1放电，D1和R3分压较小的反向电压
当电源V3 单独工作时：C1和R3并联，R3分压分5V
所以，输出电阻R3 两端的电压向上平移5V 左右
正钳位对比实验效果图
如下图所示，二极管正钳位电路将输出信号的顶部限制在10V左右。
2.4 二极管底部钳位电路
2.4.1 实验要求
将输入幅值为5V，频率为100HZ的矩形脉冲信号，通过负钳位电路将输出信号的底部限制在-5V左右。
2.4.2 仿真实验
RC电路不加二极管情况下，输出电阻R2两端电压波形
输入：红色，高电平(5V)，低电平(0V)，矩形方波信号
输出：蓝色
当输入电压V1为高电平(5V)时：C1充电，R2分压较小的正向电压
当输入电压V1为低电平(0V)时：C1放电，R2分压较小的反向电压
负钳位电路对比图
负钳位电路 在RC电路的基础上串联了一个正向偏置二级管
负钳位电路波形图
输出电阻R2两端电压波形向下平移5V左右
**依据：**二极管的单相导通性，电容的充放电
当输入电压V1为高电平(5V)时：C1充电，D1导通，D1和R1之间的电压几乎为0V
当输入电压V1为低电平(0V)时：C1放电，D1截止，D1和R1之间的电压几乎为-5V
负钳位对比实验效果图
如下图所示，二极管负钳位电路将输出信号的顶部限制在5V左右。
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