今天，让我们一起学习二极管限制（Clipper）电路。
大多数电子电路（如放大器、调制器和许多其他电路）都需要在特定的电压范围内输入信号。任何超过规定电压范围的信号都会在输出过程中扭曲，严重损坏电路设备。
为了使输入信号在处理电路的电压要求范围内，通常需要切割波形（clipping）。切割波形可以限幅输入信号的一部分，但不会影响剩余部分。
限幅电路根据电路中二极管的位置分为两种：
- 串联限幅电路（Series Clippers）
- 并联限幅电路（Parallel Clippers or Shunt Clippers）
二极管与负载串联，二极管与负载并联。
下图为串联并联限幅电路：
限幅电路串联并联
串联负极限幅电路
下图显示了串联负极限幅电路（Series Negative Clipper），也叫半波整流电路（half-wave rectifier）：
串联负极限幅电路
现在让我们看看为什么这个电路被称为串联负向限幅电路，我们使用正弦信号进行分析：
使用正弦信号分析串联负极限幅电路
在输入信号的前半周，二极管正偏置并处于导通状态。因此，输入信号的前半周出现在输出中。对于理想的二极管，二极管两端的压降为 0V，当它正向偏置时，二极管可以等效为导线。在此期间，输出与输入完全相同，因此输出电压正好等于输入信号的前半周：
正半周二的极管导通相当于短路
在输入信号的负半周期间，二极管反向偏置。因此，二极管处于关闭状态，导致开路。因此，在此期间没有输出。电路切断输入信号的负半周。这就是为什么该电路被称为串联负极限幅电路。等效电路如下：
半周二极管截止相当于开路
以上是对理想电路的分析，实际的二极管是压降，我们假设压降是 Vf：
- 输出电压在半周内 Vout = Vin - Vf
- 输出电压在负半周期间 Vout = 0V
我们用以下电路测试串联负极限幅电路：
串联负极限幅电路
焊接在铜板上的电路如下：
铜板上的串联负极限幅电路
波形截图如下：
串联负极限幅电路波形图
如果你仔细正弦波的整流波形，会发现波形顶部少了一块。那是因为完美的二极管不存在。所有的二极管都有所谓的正压降(Voltage drop or Vf)。这意味着当电流正向流过二极管时，电压通常会降低 0.7 伏左右。
串联正极限幅电路
我们只需要把二极管掉下来，就可以得到串联正极限幅电路（Series Positive Clipper）：
串联正极限幅电路
在输入信号的前半周，二极管反向偏置。因此，二极管断开，相当于在这里开路。因此，在此期间没有输出。电路切断了输入信号的前半周。等效电路如下：
半周二极管截止相当于开路
在输入信号的负半周，二极管正偏置并处于导通状态。因此，输入信号的负半周出现在输出中。在理想的分析中，二极管两端的压降为 0V，当它正向偏置时，二极管可以等效为导线。在此期间，输出与输入完全相同。等效电路如下：
负半周二的极管导通相当于短路
假设压降为实际电路中二极管两端的压降 Vf, 实际情况如下：
- 输出电压为半周 Vout =0V
- 负半周期：输出电压 Vout = Vin Vf
注意，负半周 Vin 为负。Vf 是二极管的正压降。
我们用以下电路测试串联正极限幅电路：
串联正极限幅电路
覆铜板上焊接完的电路如下：
铜板上的串联正极限幅电路
左边是之前焊接的串联负极限幅电路，右边是串联正极限幅电路
波形截图如下：
串联正极限幅电路波形图
并联正极限幅电路
以下是并联正极限幅电路（Shunt Positive Clipper）：
并联正极限幅电路
在输入信号的前半周，二极管正偏置并处于导通状态。因此，对于理想的二极管，此时的二极管可以等效成一条导线。这将导致电阻右侧短路。因此，输出也是短路的，因此在此期间没有输出。等效电路如下：
正半周二的极管导通相当于导通
二极管反向偏置，在输入信号的负半周处于截止状态。这导致电路中电阻与地面的连接断开。然后输出与输入并联。因此，输入信号会出现在输出中。观察最终输出波形，输入信号的前半周被切断（clipped off）”了, 因此，该电路称为并联正极限幅电路（positive parallel clipper)。等效电路如下：
半周二极管截止相当于开路
假设压降为实际电路中二极管两端的压降 Vf, 实际情况如下：
- 输出电压为半周 Vout =Vf
- 负半周期：输出电压 Vout = Vin
我们用以下电路测试并联正极限幅电路：
并联正极限幅电路
铜板上的焊接电路如下：
铜板上并联的正极限幅电路
示波器波形截图如下：
并联正极限幅电路波形图
并联负极限幅电路
将上电路中的二极管掉下来， 电路将成为并联负极限幅电路（Shunt Negative Clipper）：
并联负极限幅电路
在输入信号的正间隔期间，二极管反向偏置，因此开路。 输出与输入信号直接平行于半周。 因此，输入信号会出现在输出中。 在输入信号的负半周，二极管正偏并短路。 在此期间，理想的输出电压等于 0 V。等效电路如下：
正半周相当于开路，负半周相当于短路
假设压降为实际电路中二极管两端的压降 Vf, 实际情况如下：
- 输出电压为半周 Vout = Vin
- 负半周期：输出电压 Vout = -Vf
我们用以下电路测试并联负极限幅电路：
并联负极限幅电路
铜板上的焊接电路如下：
铜板上并联负极限幅电路
前焊接的并联正极限幅电路在左侧。
示波器波形截图如下：
负极限幅电路波形图并联
双向限幅电路
如图所示，反向并联两个二极管将在正负半周内被削波（Clipping of Both Half Cycles），因为二极管 D1 两极管 D2 削波为负半周：
双向限幅电路
对于理想的二极管，上述输出波形为零。 然而，由于二极管上的正偏置电压降，实际的削波点分别出现在 0.7 伏和 –0.7 伏。
偏置限幅电路
上述限幅电路为零伏或更准确地说，二极管正向压降 Vf 限幅可以在任何需要的值上添加偏置电压。
偏置并联正极限幅电路
下图显示了正偏置并联正极限幅电路（Shunt Positive Clipper with Positive Bias Voltage）:
正偏置并联正向限幅电路
将偏置电压 Vbias 二极管限幅电路可与二极管串联产生任何电平。串联组合两端的电压须大于 Vbias +0.7V 二极管才能导通。例如，如果 Vbias 电平为 4.0V, 那么二极管正极的电压必须大于 4.0 + 0.7 = 4.7V 才能让二极管导通。任何高于此偏置电压的电平会被剪掉。
在输入信号的正半周，当输入信号从 0V 上升到 Vf+Vbias 时，二极管处于截止状态，输出信号等于输入信号。当输入信号大于 Vf+Vbias 时，二极管导通，此时，输出等于 Vf+Vbias:
- 当 Vin < Vf + Vbias, 输出 Vout = Vin
- 当Vin > Vf + Vbias, 输出 Vout = Vf + Vbias
在输入信号的负半周，二级管处于截止状态，输出信号等于输入信号：
- Vout = Vin
偏置并联负向限幅电路
下图是负偏置并联负向限幅电路（Shunt Negative Clipper with Negative Bias Voltage）:
负偏置偏置并联负向限幅电路
电路中，偏置电源的负极反向偏置二极管，只有当输入信号小于 -Vbias - 0.7V 时二极管才会导通。
在输入信号信号的正半周，二极管处于截止状态，输出信号等于输入信号：
- Vout = Vin
在输入信号的负半周，当输入信号大于 -Vbias - 0.7V 时，二极管截止，输出信号等于输入信号；当输入信号小于 -Vbias - 0.7V 时，二极管导通，输出信号等于 -Vibas - 07.V：
- 当 Vin > -Vbias - 0.7V, 输出 Vout = Vin
- 当 Vin < -Vbias - 0.7V, 输出 Vout = -Vbias - 0.7V
总结
串联限幅电路二极管导通时允许输入信号通过，并联限幅电路二极管截止时允许输入信号通过。
串联限幅电路通过的信号有 0.7V 左右的降幅，并联限幅电路通过的信号没有降幅，完整通过。
串联限幅电路可以在 0V 截止信号，并联限幅电路截止位置则在 ±0.7V 左右。
对于二极管限幅电路，我们在分析时可以先把二极管想象成理想二极管，然后通过将导通二极管在等效电路中替换成一段导线，将截止二极管在等效电路中替换成开路的形式来理解出输出波形应该是什么样子，在此基础上，再将理想二极管替换成带有正向压降（0.7V 左右）的实际二极管，这样，可以极大有利于我们理解这种电路。
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