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標(biāo)簽 > 鉗位
鉗位是指將某點(diǎn)的電位限制在規(guī)定電位的措施,是一種過(guò)壓保護(hù)技術(shù)。產(chǎn)生這個(gè)措施的那些電路叫做鉗位電路。鉗位電路的作用是將周期性變化的波形的頂部或底部保持在某一確定的直流電平上。
鉗位是指將某點(diǎn)的電位限制在規(guī)定電位的措施,是一種過(guò)壓保護(hù)技術(shù)。產(chǎn)生這個(gè)措施的那些電路叫做鉗位電路(clamping circuit)。鉗位電路的作用是將周期性變化的波形的頂部或底部保持在某一確定的直流電平上。從而提高整個(gè)電路的工作穩(wěn)定性。在鉗位電路中存在鉗位二極管(clamping diode),鉗位二極管,產(chǎn)生鉗位電壓(Clamping voltage)
鉗位是指將某點(diǎn)的電位限制在規(guī)定電位的措施,是一種過(guò)壓保護(hù)技術(shù)。產(chǎn)生這個(gè)措施的那些電路叫做鉗位電路(clamping circuit)。鉗位電路的作用是將周期性變化的波形的頂部或底部保持在某一確定的直流電平上。從而提高整個(gè)電路的工作穩(wěn)定性。在鉗位電路中存在鉗位二極管(clamping diode),鉗位二極管,產(chǎn)生鉗位電壓(Clamping voltage)
過(guò)壓保護(hù):
高精度運(yùn)算放大器可讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在調(diào)理信號(hào)(放大、濾波和緩沖)的同時(shí)保持原始信號(hào)的精度。當(dāng)信息包含在變動(dòng)極小的信號(hào)中時(shí),信號(hào)路徑上的運(yùn)算放大器在工作時(shí)具有極低的直流和交流誤差性能就顯得極為必要??傁到y(tǒng)精度取決于信號(hào)路徑的精度保持程度。在某些應(yīng)用中,可能出現(xiàn)電源電壓以外的電壓驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器輸入的情況——這種情況稱(chēng)為過(guò)壓情況。長(zhǎng)時(shí)間(甚至短時(shí)間內(nèi))的過(guò)量輸入電流——如果電流足夠高——便可能會(huì)損壞運(yùn)算放大器。面對(duì)這種可能性,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通常會(huì)在放大器輸入端添加一個(gè)過(guò)壓保護(hù)(OVP)電路。因此,難就難在引入OVP電路的同時(shí)不增加誤差(損失系統(tǒng)精度)。[1]
鉗位:一種經(jīng)典的過(guò)壓保護(hù)技術(shù)
圖1所示是一種OVP(過(guò)壓保護(hù))的常用方法。當(dāng)輸入信號(hào)(VIN)幅度超過(guò)電源電壓之一加上二極管正向電壓,則二極管(DOVPP或DVPN)將會(huì)正向偏置,電流將流至供電軌,過(guò)量電流可能會(huì)損壞運(yùn)算放大器。本應(yīng)用中,我們使用了ADA4077——一款精度極高的運(yùn)算放大器,最大電源范圍為30V(或±15V)。鉗位二極管是1N5177肖特基二極管,因?yàn)樗鼈兊恼驅(qū)妷旱扔诖蠹s0.4V,這比運(yùn)算放大器輸入靜電放電(ESD)保護(hù)二極管的正向?qū)妷旱?;因此,鉗位二極管將在ESD二極管之前開(kāi)始傳導(dǎo)電流。過(guò)壓保護(hù)電阻ROVP限制了流過(guò)鉗位二極管的正向電流,使其保持在最大電流額定值以下,防止受到過(guò)量電流的損害。使用反饋環(huán)路電阻RFB是因?yàn)?,同相輸入上的任何輸入偏置電流都?huì)流過(guò)ROVP而產(chǎn)生輸入電壓誤差——增加RFB值可消除誤差,因?yàn)樗鼤?huì)在反相輸入端產(chǎn)生一個(gè)相似的電壓。[1]
相關(guān)術(shù)語(yǔ)
鉗位電壓鉗位電壓是指限制電壓。這個(gè)限制的對(duì)象,可以是需要過(guò)壓保護(hù)的對(duì)象,譬如開(kāi)關(guān)電源中的MOS管,需要一個(gè)鉗位網(wǎng)絡(luò)來(lái)限制D、S極間電壓,保護(hù)MOS不被損壞。
鉗位電路鉗位電路(clampingcircuit)是將脈沖信號(hào)的某一部分固定在指定電壓值上,并保持原波形形狀不變的電路。鉗位電路經(jīng)常用于各種顯示設(shè)備中。在示波器和雷達(dá)顯示器中用鉗位電路使掃描信號(hào)的直流分量得到恢復(fù),以解決掃描速度改變時(shí)所引起的屏幕上圖像位置移動(dòng)問(wèn)題。在電視系統(tǒng)中用鉗位電路使全電視信號(hào)的同步脈沖頂端保持在固定的電壓上,以克服由于失去直流分量或干擾等原因造成的電平波動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)電視同步信號(hào)的分離。
二極管的鉗位作用
在分析鉗位二極管時(shí),必須先把一端是恒壓的,即假設(shè)該端的電壓不變,作參考電位。該參考電位視具體功能而定,可以是任意伏特。5V、0V、10V等。另一端的電壓是被鉗端,即電壓是會(huì)改變的,是你需要去鉗(就是說(shuō)要去限制)的電壓。被鉗端電壓會(huì)被強(qiáng)制拉向參考端電壓。到底二極管的N極還是P極接參考端呢?這個(gè)不好說(shuō)的,要按具體功能而定。反正就是按照二極管的導(dǎo)通原理來(lái)分析就行了。譬如P端接5V參考端,那被鉗端電壓就被鉗在了5V或以上;如果N端接5V參考端,那被鉗端電壓就被鉗在了5V或以下;再比如我用兩個(gè)二極管,一個(gè)P接5V參考端,一個(gè)N接5V參考端,各自的另一端接被鉗端,那被鉗端電壓就被鉗在了5V整了!以上分析均忽略二極管導(dǎo)通電壓。
怎樣理解二極管的鉗位電路和穩(wěn)壓電路
要弄懂這個(gè)問(wèn)題,必須理解二極管的伏安特性曲線(xiàn)。
先看第一象限的正向特性:
我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)正向電壓從零開(kāi)始上升,在0.4V之前,二極管的正向電流很小。但從0.7V開(kāi)始,電流迅速增加。
再看第二象限的反向特性:
我們發(fā)現(xiàn),我們發(fā)現(xiàn),反向電壓一直到達(dá)-40V時(shí),反向電流也即反向漏電流近乎為零。
這說(shuō)明,二極管的正向電壓大于0.7V后,其等效電阻很小,這叫做二極管的正向特性;二極管的反向特性是反向電阻很大。
我們來(lái)看下圖:
我們先來(lái)看圖1:
圖1中,二極管處于正向接法,它的管壓降是0.7V。因此,電阻R上的電壓為:
那么流過(guò)電阻R的電流呢?
現(xiàn)在我們?cè)賮?lái)看圖2:
我們看到,兩只二極管的正極都接到12V,因此兩只二極管都屬于正向接法。于是,D1二極管的正極應(yīng)當(dāng)是6+0.7V=6.7V,D2二極管的正極應(yīng)當(dāng)是2+0.7=2.7V。那么電路的輸出端電壓Usr到底是多少呢?
假設(shè)Usc=6.7V,于是二極管D2將處于正向接法。又因?yàn)槎O管D2的壓降是0.7V,因此二極管D2的正極將會(huì)被強(qiáng)制性地拉到2.7V。如此一來(lái),二極管D1將處于反偏狀態(tài),即D1的負(fù)極電壓比正極電壓高。
注意:D2導(dǎo)通后,D1的正極變成2.7V,同時(shí)D1的負(fù)極是6V,因此D1被反向偏置而截止。
也就是說(shuō),輸出電壓Usc被強(qiáng)制性地鉗位在2.7V。哪個(gè)電壓低,電路的輸出電壓就是低電壓再加上0.7V。
我們來(lái)看一個(gè)實(shí)例:
此圖是一套用于控制晶閘管觸發(fā)的電路。按圖示我們能看到用正與門(mén)構(gòu)成的鉗位電路。三個(gè)輸入端分別是測(cè)控端電壓、PID控制和觸發(fā)脈沖電路。
測(cè)控端電壓電路正常輸出是脈動(dòng)直流,高電平的占空比較大;PID控制輸出也是高的電平,而觸發(fā)脈沖則輸出正負(fù)交替的高電平脈沖??梢?jiàn),在正常情況下,與門(mén)的輸出由觸發(fā)脈沖來(lái)決定,畢竟零電平也是脈沖的一部分。
可見(jiàn),鉗位電路的應(yīng)用還是很廣泛的。
再談?wù)劮€(wěn)壓二極管。
我們看上圖的測(cè)控端電壓電路:
設(shè)變壓器的初級(jí)電壓為380Vac,次級(jí)為24Vac,于是經(jīng)過(guò)橋式整流后,其平均電壓為0.9X24=21.6V,屬于脈動(dòng)直流。但實(shí)際計(jì)算時(shí)不能這樣算,必須用最大值來(lái)計(jì)算。
我們知道穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū),見(jiàn)第一幅圖的第三象限。它的曲線(xiàn)特點(diǎn)是:電流變化很大,但電壓變化很小,這就是它的穩(wěn)壓原理。不過(guò)要注意:此時(shí)二極管處于反向接法,即穩(wěn)壓二極管工作在反向電壓下。
設(shè),上圖中的穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓是12V,最大穩(wěn)定電流是25毫安。我們先把電阻R2開(kāi)路,來(lái)計(jì)算R1的值。
故R1取值為820歐,功率為0.51W,取標(biāo)稱(chēng)值1W。
此時(shí)穩(wěn)壓二極管兩端的波形是什么樣的?就是波形圖中下部的綠色部分。在這里,穩(wěn)壓二極管起到給半波直流波形削頭的作用。
現(xiàn)在,我們把R2接入,于是流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流變小了。但只要流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流仍然在它的穩(wěn)定電流范圍之內(nèi),則穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓作用就能維持。
設(shè)穩(wěn)壓二極管的最小穩(wěn)定電流為5毫安,則流過(guò)R2和R3的電流為25-5=20毫安。故R2+R3的取值為:
實(shí)際上,我們看到R2+R3的和只要不低于600歐即可,故R2+R3的實(shí)際值會(huì)大于計(jì)算值。具體取值與我們的解答無(wú)關(guān),此處忽略。
我們看到,晶體管T1的集電極也有一只穩(wěn)壓二極管D2,它的用途同樣也是削幅,使得輸出到后級(jí)的脈沖幅度最高值就等于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓。
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至此,二極管的鉗位電路和穩(wěn)壓二極管的用途都講完了。
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