二極管作為電子元件中具有兩個(gè)電極的元件，它的電流流向只有單向。二極管鉗位電路的鉗位之意，就是鉗制輸入電壓峰值在預(yù)定電平輸出電壓，此過程不會(huì)改變信號(hào)。而二極管穩(wěn)壓電路因使用穩(wěn)壓二極管，俗稱穩(wěn)壓管或齊納管。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓二極管利用pn結(jié)反向擊穿狀態(tài)，能夠在電壓保持不變的情況下，允許電流在一定的大范圍內(nèi)變化。
對(duì)于鉗位電路二極管跟穩(wěn)壓電路二極管很多人看了資料卻依舊無(wú)法理解。其實(shí)，要理解穩(wěn)壓及鉗位電路二極管，需要先弄懂二極管伏安特性曲線。
先看第一象限的正向特性：
我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)正向電壓從零開始上升，在0.4V之前，二極管的正向電流很小。但從0.7V開始，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：
UR=6-0.7=5.3V
那么流過電阻R的電流呢？
IR=5.3/5.1=1.04mA
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。可見，在正常情況下，與門的輸出由觸發(fā)脈沖來(lái)決定，畢竟零電平也是脈沖的一部分。
可見，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)，見第一幅圖的第三象限。它的曲線特點(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，于是流過穩(wěn)壓二極管的電流變小了。但只要流過穩(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。
工頻干擾使我們?cè)陂_發(fā)設(shè)計(jì)之中常見的現(xiàn)象，工頻干擾為何會(huì)產(chǎn)生？如何解決呢？下文給你帶來(lái)詳細(xì)介紹。
工頻干擾產(chǎn)生原因
示波器的低頻輸入阻抗是很高的。對(duì)于高頻信號(hào)，由于輸入電容的容抗下降，輸入阻抗就會(huì)下降。由于示波器探頭的饋線較長(zhǎng)，所以，雖然外層是具有屏蔽層的同軸電纜，但對(duì)于丁頻這么低的頻率，幾乎沒有屏蔽作用。于是，對(duì)于工頻來(lái)說(shuō)，探頭的饋線就相當(dāng)于“天線”，會(huì)撿拾工頻電磁波中的電場(chǎng)干擾，在顯示屏上顯示出工頻干擾的波形，且幅度很大（可達(dá)十幾伏特）。
如果將探頭的探針與地線短接，則顯示屏上的波形就會(huì)消失。這是因?yàn)榫€間的阻抗下降到零阻抗。實(shí)際上，凡是低頻高阻抗的測(cè)量?jī)x器，都會(huì)對(duì)工頻干擾產(chǎn)生反應(yīng)（T頻干擾本身也是很強(qiáng)的干擾源）。
那么，在用示波器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，工頻干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有什么影響呢？對(duì)一般的被測(cè)電路而言，其輸出阻抗大多比較低，故工頻干擾的影響一般反映不出來(lái)。即當(dāng)示波器的探頭與輸出阻抗較低的被測(cè)電路相連時(shí)，顯示屏上的工頻干擾波形會(huì)消失。絕大多數(shù)的情況下是這樣的。但是，如果被測(cè)電路測(cè)試點(diǎn)的阻抗很高肘（例如高達(dá)幾百千歐姆），這種影響就會(huì)變得顯著了。例如要測(cè)量一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大器輸入端的波形，當(dāng)把測(cè)試點(diǎn)選為其輸入耦合電容之后的場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，盡管放大器的輸入端所接的信號(hào)源的阻抗可能很低。但是，由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入電容的容量一般很小（一般為零點(diǎn)幾微法或者更小），對(duì)于工頻來(lái)說(shuō)，阻抗很高，場(chǎng)效應(yīng)管的輸入阻抗也很高，此時(shí)工頻干擾的影響將會(huì)使測(cè)量無(wú)法進(jìn)行，必須采取某些措施來(lái)消除工頻干擾的影響。
工頻干擾解決方案
應(yīng)該說(shuō)數(shù)字濾波器可以有效減小50Hz工頻的干擾，完全消除是不可能的。以20ms為最小單位的整倍數(shù)周期濾波，可以有效減少工頻的干擾。
我們知道，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，和模擬濾波器的實(shí)質(zhì)，其實(shí)就是求一組系數(shù)，逼近要求的頻率響應(yīng)。模擬濾波器已經(jīng)很成熟，因此，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，將S平面映射到Z平面就型。采用雙線性變化法映射，可以避免多值映射產(chǎn)生的混疊現(xiàn)象。但這有個(gè)問題就，模擬域和數(shù)字域兩者的角頻率是非線性的。
平滑濾波器
平滑濾波器是數(shù)字濾波中較早使用的方法，該算法簡(jiǎn)單，處理速度快，濾波效果較好，但存在明顯不足，通帶較窄，影響有用信號(hào)的分析，有嚴(yán)重削峰，設(shè)計(jì)方法略。
陷波器 notch 濾波器
陷波器，是IIR數(shù)字濾波器，有signal notch 濾波器，即單一頻率陷波器，以及comb notch濾波器，即梳妝濾波器。
陷波器是無(wú)限沖擊響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器，該濾波器可以用以下常系數(shù)線性差分方程表示：
式中： x（n）和y（n）分別為輸人和輸出信號(hào)序列； ai和bi為濾波器系數(shù)。
對(duì)式（1）兩邊進(jìn)行z變換，得到數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)為：
式中： zi和pi分別為傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)。
由傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)可以大致繪出頻率響應(yīng)圖。在零點(diǎn)處，頻率響應(yīng)出現(xiàn)極小值；在極點(diǎn)處，頻率響應(yīng)出現(xiàn)極大值。因此可以根據(jù)所需頻率響應(yīng)配置零點(diǎn)和極點(diǎn)，然后反向設(shè)計(jì)帶陷數(shù)字濾波器。
