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在电子电路设计中,限幅电路是一种非常常见且重要的电路,用于限制信号的幅度,防止信号超过指定的电压范围,从而保护后续电路元件或者实现信号整形。
限幅电路的基本概念
限幅电路(Clipping Circuit或Limiter Circuit)是一种对输入信号的电压幅值进行限制的电路,当输入信号超过预设的限幅值时,电路将信号的峰值“削去”或“限幅”,使输出信号的峰值保持在限定范围内,而输入信号低于限幅值时,信号不受影响,正常输出。
限幅电路广泛应用于信号波形整形、数据通讯防止信号畸变、保护后级电路元件等领域。
常见的限幅电路分类
根据不同的元件,限幅电路主要分为:
二极管限幅电路
三极管限幅电路
其他器件(运放、场效应管等)限幅电路(此处不展开)
二极管限幅电路
1. 结构组成
二极管限幅电路主要利用二极管的单向导电特性,将信号中超过二极管导通电压的部分“钳位”在某电平。典型电路由输入信号源、二极管和电阻组成。
2. 工作原理
当输入电压小于二极管的“开启电压”(硅二极管约0.7V,锗二极管约0.3V)时,二极管截止,不导通,信号正常输出,不受限制。
当输入电压超过该开启电压,二极管导通,导电路径形成,限制输出信号电压不会进一步升高,从而实现限幅效果。
3. 特点
结构简单,成本低廉
限幅电压固定,主要受二极管的正向导通压降限制
响应速度快,适用于高频限幅
不能调节限幅电压(需外加电源或其他元件)
三极管限幅电路
1. 结构组成
三极管限幅电路利用三极管的放大与开关特性,将输入信号限制在某一电压区间内。通常由三极管、偏置电阻、电源等组成。
2. 工作原理
当输入信号超过三极管基极-发射极间的某一电压值时,三极管进入导通状态,控制输出不再随输入继续升高,实现限幅。
基极偏置电压或集电极电源电压调整,可以设定限幅电平,具有一定的调节能力。
3. 特点
可以通过调整偏置电压灵活设定限幅电平
限幅精度较高,波形失真较小
电路结构较二极管复杂,成本稍高
适合需要精确波形控制的场合
三极管限幅电路与二极管限幅电路的区别
| 比较点 | 二极管限幅电路 | 三极管限幅电路 |
| 元件结构 | 主要由二极管及电阻组成 | 由三极管及其偏置电路组成 |
| 限幅电压调节 | 固定,基本受二极管正向压降限制 | 可调,依赖偏置电压及供电电压 |
| 限幅精度 | 一般,波形畸变较大 | 较高,限幅较平缓,波形失真较小 |
| 响应速度 | 极快,适合高频信号 | 一般,但仍足够应对多数应用 |
| 电路复杂度 | 简单,易设计 | 较复杂,需要合理设计偏置与供电 |
| 成本 | 低 | 较高 |
| 主要应用 | 简单限幅保护或粗略波形整形 | 精确限幅、电平控制和信号整形 |
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