什么是削波电路及其工作原理

预计阅读时间 12 分钟

削波电路可帮助您控制信号的通过量。它通过切断高于或低于某一电压的信号部分来实现这一目的。这些电路通常使用二极管和基准电压。这种设置可保护敏感设备免受突然高压的影响。例如，限幅二极管可确保通信系统、雷达和无线设备中重要部件的安全。您还可以在以下设计中找到削波电路 PCB 打标 显示安全电压限值。工程师通常会查看 免费与付费电路原理图制作软件比较 在制作这些保护电路时。

• 削波电路可保护模数转换器免受可能导致错误或伤害的电压影响。

主要收获

• 削波电路可确保电子设备的安全。它们通过切断过高或过低的电压来实现这一目的。这有助于防止设备受损。
• 这些电路使用二极管和电阻器。它们能消除部分信号，但不储存能量。这使得它们使用起来既简单又便宜。
• 有不同类型的削波器。有串联、并联、偏置、双联和齐纳削波器。您可以选择信号的哪些部分被削波。您还可以设置发生削波的电压。
• 剪切电路有助于塑造信号。它们能压平信号的顶部。这样可以使信号更好，降低收音机、电视机和其他系统中的噪音。
• 使用 剪切电路 阻止电压尖峰。它们能保护敏感元件，保持信号畅通。因此，它们在许多电子产品中都非常重要。

削波电路基础知识

播放

定义

A 剪切电路 是一种简单的电子电路。它可以消除或 "剪切 "部分输入信号。您可以用它来切断过高或过低的电压。大部分 剪切电路 使用二极管和电阻器。这些电路 没有储能部件 就像电容器一样。人们也称它们为二极管限幅器。这是因为它们使用二极管来设置信号限幅。如果将 剪切电路 与钳工电路相比，你会发现有很大的不同：

特点	钳形电路	夹钳电路
运行	剪切或移除部分交流波形	移动波形的直流电平
组件	二极管和电阻器	二极管、电阻器和电容器
波形形状	改变波形的形状	不改变波形的形状
直流电平	不改变直流电平	改变信号的直流电平
振幅	不改变振幅	通过增加直流偏移来提高振幅
储能	不需要储能元件	需要一个储存电荷的电容器
输出	部分波形被削去（移除）	波形在直流电平上或下移
目的	电压限制器或切片机	电压倍增器或直流电平转换器
输出电压	始终小于输入电压	始终大于输入电压

主要功能

您使用 剪切电路 用于保护电子设备中的敏感元件。其主要作用是防止电压过高或过低。这可以保证设备的安全和正常工作。以下是一些重要事项 剪切电路 没有：

• 它能消除或剪切交流信号的一部分，但保留其余部分。
• 它能阻止电压升高或降低到设定值以下。
• 它可以剪切信号的正半部分或负半部分，具体取决于你的设置方式。
• 它限制了信号振幅，这对模拟和数字系统都很重要。

你经常会看到 剪切电路 在收音机、电视机和通信系统中。许多教科书和在线资源，如 Thomas L. Floyd 的 电子设备 和大学教程，解释这些电路的工作原理以及它们的重要性。

小贴士 如果您想进一步了解 剪切电路您可以使用虚拟实验室或模拟软件。这些工具可帮助您实时查看电路如何剪切信号。

如何使用

A 剪切电路 的工作原理是利用二极管的一种特殊性质。当你以某种方式连接二极管时，它只能让电流在设定的电压下流动。这个电平称为削波电平。您可以通过添加参考电压来设置该电平。

流程如下：

1. 输入信号进入电路。
2. 如果输入电压小于基准电压加上二极管的正向压降，则二极管保持关闭。
3. 当输入电压超过这一点时，二极管就会导通。
4. 然后，电路会在设定的电压下对信号进行削波，因此输出永远不会高于削波电平。

您可以通过调整基准电压来改变削波电平。如果将二极管或电压源反接，就可以削掉另一半信号。这样，您就可以选择要去除信号的哪一部分。

请注意： 剪切电路 不储存能量。它们只移除超出所选限值的部分信号。这使得它们不同于钳位电路，后者会将整个信号向上或向下移动。

削波电路类型

削波电路有多种类型。每种类型都以自己的方式塑造和保护信号。让我们来了解最常见的类型及其工作原理。

系列 剪刀

串联式削波器将二极管与负载连接在一起。这种设置可在信号到达输出端之前将其不需要的部分去除。

• 二极管与输出设备直接相连。
• 如果输入电压小于二极管的正向电压，则二极管保持关闭。输出几乎为零。
• 当输入电压高于正向电压时，二极管导通。输出跟随输入，但由于二极管的压降而降低。
• 您可以将电路设置为剪切信号的正半部分或负半部分。这取决于您如何连接二极管。

如果要阻断正弦波的正半波，则连接二极管，使其只通过负半波。您可以在正弦波、方波或三角波等多种波形中使用这种类型的削波器。有些工程师使用两个方向相反的二极管，在零点附近形成一个死区。这有助于消除噪声。

小贴士 串联式削波器可使设备免受电压尖峰的影响。但如果设置不当，它们可能会切断信号的重要部分。

优势

• 为设备提供强大的过压保护。

缺点

• 如果剪切的部分很重要，可能会丢失数据。
• 在高频情况下，二极管的内部零件会改变其工作方式。

分流钳

并联式削波器将二极管置于负载旁边，而不是在线路上。与串联型相比，这改变了电路剪切信号的方式。

方面	系列 剪刀	分流钳
二极管连接	与输出负载串联	与负载并联（分流
信号传递	二极管正向偏置时通过输入端	二极管反向偏置时通过输入端
信号屏蔽	二极管反向偏置时阻断输入	当二极管正向偏置时，阻断输入
正半周	二极管反向时，正半周削波	二极管正向时，正半周箝位
负半周	二极管正向时通过负半周	二极管正向时剪切负半周

在并联削波器中，二极管从负载发送额外电压。当输入电压达到二极管的阈值时，二极管导通。它将额外电压 "短路"，确保输出安全。这种类型适用于阻止电压尖峰和信号整形。

您会看到分流器剪用于以下用途：

• 消除信号峰值的噪音
• 将电压保持在安全水平。
• 在音频和视频设备中塑造波形。
• 保护数据通信中的敏感电路。

请注意： 串联式和并联式削波器的最大区别在于二极管的位置。串联式削波器会阻断信号路径。并联式削波器则将额外的电压送离负载。

偏心剪

偏置削波器在二极管上增加了一个称为偏置的直流电压源。这样就可以选择削波开始的确切电压。

• 在正偏压削波器中，只有当输入高于偏压加上二极管的正向电压时，二极管才会开启。这使得削波点更高。
• 在负偏置削波器中，当输入电压低于偏置电压时，二极管就会开启。这就设置了一个较低的削波点。

这种控制方式可帮助您按照自己的需要塑造信号。例如，在收音机中，偏置削波器可以去除高于正常信号的噪声。在计算机和雷达中，偏置削波器可将信号保持在安全电压范围内。

呼出： 通过改变偏置电压，可以根据需要设置削波点。因此，偏置式削波器在信号处理中非常有用。

双剪

双钳使用两个二极管和两个偏置电压。它可同时剪切信号的正峰值和负峰值。

1. 在正半周期中，一个二极管及其偏置设置了正峰值的削波点。
2. 在负半周中，另一个二极管及其偏置设置了负峰值的削波点。
3. 偏置电压决定了两侧削波发生的位置。

这种设置可以剪掉信号两端不需要的部分。双剪切器使信号的顶部和底部平坦。这有助于脉冲整形和降噪。

小贴士 当您需要同时限制信号的最高电压和最低电压时，双钳非常有用。

齐纳钳

齐纳削波器使用一个齐纳二极管，它有一个特殊的功能。当齐纳二极管上的电压达到其击穿电压（称为齐纳电压）时，二极管反向导通。这样，负载两端的电压就不会超过齐纳电压。

• 将齐纳二极管反向连接到负载旁边。
• 一个电阻限制了电流，以保证二极管的安全。
• 当输入电压超过齐纳电压时，二极管导通并将电压保持在设定水平。

齐纳钳位电路能提供非常精确的电压限制。在电压调节电路中，你会发现它们的身影。, LED电源, 以及对敏感电子元件的保护。它们性能良好且成本不高，但需要选用合适的电阻器，并需注意散热问题。.

请注意： 齐纳削波器能提供稳定的电压控制，但热量和功率限制会改变其工作方式。使用合适的电阻器并考虑温度因素，才能达到最佳效果。

波形效果

信号削波

当您使用 剪切电路此时，信号的形状会发生变化。想想一个平滑的正弦波。削波后，顶部和底部看起来是平的。这是因为电路在某些电平上停止了电压。您可以从下表中看到这一点：

方面	说明
削波阈值	正电夹在 +4.7 V，负电夹在 -8.7 V（包括二极管和偏压）
波形形状	峰值变平，使波形看起来更像方波
模拟结果	输出跟随输入，直至到达剪切点，然后趋于平缓
二极管行为	由于二极管的特性，峰值略有偏圆
实际意义	削波限制振幅，在设定电压下切断波形

如果在示波器上观察输出，峰值不再平滑。电路会在设定电压下对信号进行削波。如果以相反的方式使用两个二极管，两个峰值都会被削波。通过添加偏置电压，可以上下移动削波点。这可以帮助您塑造信号，以实现音频效果或保护等功能。

小贴士 如果将剪辑点设置在靠近中间的位置，剪辑可以使正弦波看起来几乎像方波。

振幅限制

振幅限制意味着信号不能太强。在模拟电路中，这可以保证设备安全和信号清晰。当电压试图超过电源限制时，电路会将其抑制住。这可以是柔和的，也可以是尖锐的，具体取决于设计。

• 振幅限制可将信号保持在安全水平。
• 它有助于阻止会破坏音质的刺耳失真。
• 在音频中，过多的削波会增加刺耳的高音，并可能损坏扬声器。
• 软限制可减少失真，使音乐听起来更温暖。

你经常可以在收音机和放大器中看到振幅限制。该电路可将信号保持在安全范围内。这样可以防止突然跳变，以免损坏设备。使用 剪切电路 保持信号洁净，有助于延长设备的使用寿命。

请注意： 振幅限制可保护硬件，防止信号在发送时过于失真。

应用

电路保护

削波电路有助于保护电子设备免受高电压的伤害。它们就像设备的保护装置。它们能在电压尖峰造成损坏之前将其阻止。您可以在需要保护的地方看到它们。

• 削波电路可在安全水平上切断尖峰电压。这就像浪涌抑制器和瞬态电压抑制器的作用一样。
• 您可以用它们来阻止突如其来的高压尖峰。这样，其他电路就不会受到伤害。
• 它们可以抑制电压浪涌，从而起到浪涌保护作用。即使发生浪涌，电路也能继续工作。
• 它们还能阻止电压或电流过高造成的损坏。这就提供了过压和过流保护。
• 您可以使用它们来防止极性反接。如果连接电源的方式不正确，这将确保设备安全。

您可以在汽车、工厂、收音机和飞机中找到这些保护方法。这些地方的用电条件往往十分恶劣。削波电路可以延长设备的使用寿命，使其更好地工作。

波形整形

削波电路可以改变信号的外观。它们可以去掉输入信号的一部分，如顶部或底部的峰值。这就改变了信号的形状，以满足您的需要。

• 串联正向削波器切断波的上半部分。二极管只允许低于设定电平的电压通过。
• 串联负剪阻断了下半部分。只有上半部分进入输出端。
• 并联剪波器使用侧面连接。它们剪切波形的方式与串联式剪波器不同。
• 添加偏置可让您选择削波的起始点。这可以帮助您将信号塑造得恰到好处。
• 您可以使用这些电路来限制信号、消除噪音、改变振幅或修复波形。

使用削波电路进行波形整形有助于音频和无线电系统。您可以控制电压，并通过去除不需要的部分使信号变得更好。例如，在 CW 发射机中，波形整形可减缓上升和下降时间。这可以减少按键的咔嗒声和额外的噪音。在音频中，削波可以改变声音的感觉，使其更加清晰。这些操作可帮助您控制信号、降低失真并保护您的部件。

您现在已经知道，削波电路可以帮助您改变电子设备中的信号。这些电路可确保设备安全、阻止高压并降低噪音。

• 削波电路有多种类型，如串联、并联、偏置和双二极管。每种类型都能以不同的方式控制信号。
• 您可以在以下产品中找到剪切电路 嵌入式系统它们还可用于通信工具和模数转换器。它们有助于保证信号的安全和易于读取。
• Clipper 电路简单，成本不高。这使它们成为许多项目的理想选择。

尝试制作自己的削波电路。您将看到它是如何改变信号的形状并保证设备安全的。