模擬電路基礎：鉗位器

鉗位器（clamper）可以將輸入波形整體上移或下移，“clamper”在英語中的原意是“夾具”的意思，很形象地說明了它可以把波形任意鉗夾在某個電平處。如下圖所示：

圖 2-5.01?

鉗位電路的核心器件是二極管和電容，下面我們具體分析實現各種鉗位的電路圖。同樣的，為方便分析，我們假設下面的二極管為理想二極管，即導通時理想二極管上的壓降為0。

以下分析的輸入電壓vi皆設為正弦電壓，表達式為：

1.?? 下鉗位電路

（1）標準下鉗位電路

我們先介紹下鉗位電路的標準型，其電路和輸出波形如下圖所示：

圖 2-5.02?

這個電路的關鍵點在于，電容C和負載電阻R的值要取的比較大，這樣當電容通過R進行放電時，時間常數 τ=RC會比較大，放電過程會非常緩慢。下面我們一步步分析其工作原理：

（1）當輸入電壓vi從0開始增大時，會給電容C充電，此時二極管正向導通。在C的右邊，二極管和電容并聯，但由于電阻R值比較大，所以充電電流回路主要從二極管上走。又由于二極管的電阻非常小（理想導通情況下近似短路），所以充電速度極快，我們可以近似認為，電容上的電壓幾乎就是等于輸入電壓。充電電流回路如下圖所示：

圖 2-5.03?

（2）當輸入電壓vi到達峰值Vm時，電容上的電壓也幾乎等于這個峰值Vm。之后，當輸入電壓經過峰值開始下降時，電容上的電壓此時超過了輸入電壓vi，理論上講，電容此時應該對輸入電源進行放電。但是，如果要放電，則在電容右側的必須也要形成放電回路，但由于二極管只能單向導通，此路不通，所以放電電流只能從R走，此時二極管截止，相當于斷路狀態。放電回路如下圖所示：

圖 2-5.04?

（3）前面說過，由于電阻R和電容C的值都取得很大，所以放電速度非常緩慢。當輸入電壓經過正峰值Vm，再走到負半周，再變正，再回到正峰值Vm前，電容雖然一直在向輸入電源放電，但放電速度極其緩慢。所以當輸入電壓再次達到正峰值Vm時，電容上存儲的電壓只下降了很小一點點，甚至可以近似認為電容上存儲的電壓幾乎沒怎么變化，仍為Vm。而輸入電壓vi最大也就到Vm，已經沒什么資格給電容充電了。所以可以近似認為，電容上存儲的電壓，從此一直保持為Vm不變。

（4）接著結論就是順理成章的事情啦，從電路圖上可以得出，輸出電壓vo的表達式為：vo=vi-vC，根據上面的分析，電容電壓vC一直保持為Vm不變，則輸出電壓最終可表達為：vo=vi-Vm，相當于將輸入電壓向下平移了Vm。如下圖所示：