二極管箝位電路的分析思路

王浩

[摘 要] 由二極管和電容構成的基本箝位電路是華科版模擬電子技術課程中的基本電路，教科書中分析較為簡單。從二極管恒壓降模型和指數函數模型出發結合電容伏安關系，詳細完整的分析該箝位電路，所用方法有助于增強學生對于二極管伏安特性、電容伏安特性和高等數學中導數基本概念的理解。

[關鍵詞] 箝位電路;二極管;電容;導數

一、引言

箝位電路[1]經常用于各種顯示設備中。在示波器和雷達顯示器中用箝位電路使掃描信號的直流分量得到恢復，以解決掃描速度改變時所引起的屏幕圖像位置移動問題。由二極管和電容構成的基本箝位電路是華科版模擬電子技術課程中的基本電路，教科書中分析較為簡單，僅有穩定狀態下的簡要分析。本論文首先從二極管的恒壓降模型和電容的伏安關系[2]以及電容電壓不會發生跳變的基本電路理論知識出發，對于該電路進行了理論分析和仿真，并總結出分析該電路的基本要點。然后從二極管的數學模型和電容的伏安關系以及電容電壓不會發生跳變的基本電路理論知識出發，對該電路進行了理論分析。兩種分析方法有助于增強學生對于二極管和電容的伏安關系以及高等數學中導數基本概念的理解。

二、分析思路（二極管恒壓降模型）

1.順時針參考方向下的電流i的值只有可能為正，所以電容只能從右到左進行充電，而且電容只能進行充電，沒有放電通道（上山容易，下山難）。所以，在任何時刻我們都會有u（t）≥0，即A點的電位不會比B點的電位低，而且是單調不減。

2.只有二極管導通的時候，才有可能對電容進行充電。二極管若采用0.7v恒壓降模型，導通時其上電阻值可以認為等于零，對電容進行充電我們認為是瞬間完成的。

3.電容電壓充電結束后，輸出端電位始終比輸入端電位高出一個固定值，即電容電壓值。

4.正弦信號：在電路最開始的狀態信號比較小，二極管處在截至狀態，無充電途徑，電容上的壓降始終為零，所以在電路的最開始狀態，輸出端電壓始終跟蹤信號電壓。

5.正弦信號：在輸入端信號到達-0.7v時候，二極管開始導通，開始對電容進行充電一直到達信號的負向最大值。

6.正弦信號：此后，二極管不再導通，否則電容上的電壓將會減小（與結論A矛盾）。這時，電容壓降已經達到V-0.7。在此以后的時間內，只有當信號電壓處在負向最大值時候，二極管才會瞬間導通。所以，此后的時間內，電容不會再充電，其電壓一直穩定在V-0.7。

7.周期矩形波：在電路最開始的狀態二極管處在截至狀態，電容無法充電，所以在電路的最開始狀態，輸出端電壓始終跟蹤輸入信號。

8.周期矩形波：在輸入信號負向值到達的時刻，二極管瞬間導通，電容瞬間充電至-0.7（充電穩定），此后，電容不可能再進行充電，二極管處在截至或者瞬間導通狀態。

根據以上理論分析，我們可以得出箝位電路在正弦輸入信號和周期矩形方波輸入信號下的理論輸出結果，如圖2和圖3所示。圖4和圖5顯示的是相應輸入信號下的LT spice仿真輸出結果。如圖所示，仿真結果和理論分析結果基本一致。

三、鉗位電路的重要特點（二極管恒壓降模型）

從圖6中可以看出，數值仿真計算結果亦與LT Spice電路仿真軟件計算結果一致。由于理想的周期矩形波函數不可導，所以我們無法根據公式（5）進而根據公式（8）采用數值迭代方法對于周期矩形波輸入信號作用下的電路輸出進行分析。

五、結論

論文對華科版模擬電子技術教科書中基本二極管箝位電路進行了較為詳細的理論分析，提出了兩種分析方法。兩種分析方法分別基于二極管恒壓降模型和指數函數模型以及電容伏安關系和電容電壓不會發生跳變的基本電路知識。該分析方法有助于增強學生對于二極管元件伏安關系特點和電容伏安關系特點以及高等數學中導數基本概念的理解。

參考文獻

[1]康華光，陳大欽，張林.電子技術基礎：模擬部分（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2]邱關源.電路分析（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.