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鉗位

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鉗位是指將某點的電位限制在規定電位的措施，是一種過壓保護技術。產生這個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。

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鉗位簡介

　　鉗位是指將某點的電位限制在規定電位的措施，是一種過壓保護技術。產生這個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。從而提高整個電路的工作穩定性。在鉗位電路中存在鉗位二極管（clamping diode），鉗位二極管，產生鉗位電壓（Clamping voltage）

鉗位百科

　　過壓保護：

　　高精度運算放大器可讓系統設計人員能在調理信號（放大、濾波和緩沖）的同時保持原始信號的精度。當信息包含在變動極小的信號中時，信號路徑上的運算放大器在工作時具有極低的直流和交流誤差性能就顯得極為必要。總系統精度取決于信號路徑的精度保持程度。在某些應用中，可能出現電源電壓以外的電壓驅動運算放大器輸入的情況——這種情況稱為過壓情況。長時間（甚至短時間內）的過量輸入電流——如果電流足夠高——便可能會損壞運算放大器。面對這種可能性，系統設計人員通常會在放大器輸入端添加一個過壓保護（OVP）電路。因此，難就難在引入OVP電路的同時不增加誤差（損失系統精度）。［1］

　　鉗位：一種經典的過壓保護技術

　　圖1所示是一種OVP（過壓保護）的常用方法。當輸入信號（VIN）幅度超過電源電壓之一加上二極管正向電壓，則二極管（DOVPP或DVPN）將會正向偏置，電流將流至供電軌，過量電流可能會損壞運算放大器。本應用中，我們使用了ADA4077——一款精度極高的運算放大器，最大電源范圍為30V（或±15V）。鉗位二極管是1N5177肖特基二極管，因為它們的正向導通電壓等于大約0.4V，這比運算放大器輸入靜電放電（ESD）保護二極管的正向導通電壓低；因此，鉗位二極管將在ESD二極管之前開始傳導電流。過壓保護電阻ROVP限制了流過鉗位二極管的正向電流，使其保持在最大電流額定值以下，防止受到過量電流的損害。使用反饋環路電阻RFB是因為，同相輸入上的任何輸入偏置電流都會流過ROVP而產生輸入電壓誤差——增加RFB值可消除誤差，因為它會在反相輸入端產生一個相似的電壓。［1］

　　相關術語

　　鉗位電壓鉗位電壓是指限制電壓。這個限制的對象，可以是需要過壓保護的對象，譬如開關電源中的MOS管，需要一個鉗位網絡來限制D、S極間電壓，保護MOS不被損壞。

　　鉗位電路鉗位電路（clampingcircuit）是將脈沖信號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。鉗位電路經常用于各種顯示設備中。在示波器和雷達顯示器中用鉗位電路使掃描信號的直流分量得到恢復，以解決掃描速度改變時所引起的屏幕上圖像位置移動問題。在電視系統中用鉗位電路使全電視信號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，從而實現電視同步信號的分離。

　　二極管的鉗位作用

　　在分析鉗位二極管時，必須先把一端是恒壓的，即假設該端的電壓不變，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，即電壓是會改變的，是你需要去鉗（就是說要去限制）的電壓。被鉗端電壓會被強制拉向參考端電壓。到底二極管的N極還是P極接參考端呢？這個不好說的，要按具體功能而定。反正就是按照二極管的導通原理來分析就行了。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；再比如我用兩個二極管，一個P接5V參考端，一個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通電壓。

　　怎樣理解二極管的鉗位電路和穩壓電路

　　要弄懂這個問題，必須理解二極管的伏安特性曲線。

　　先看第一象限的正向特性：

　　我們發現，當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：

　　我們發現，我們發現，反向電壓一直到達-40V時，反向電流也即反向漏電流近乎為零。

　　這說明，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。

　　我們來看下圖：

　　我們先來看圖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：

　　 $U_{R} =6-0.7=5.3V$

　　那么流過電阻R的電流呢？

　　 $I_{R} =\frac{5.3}{5.1} \approx 1.04mA$

　　現在我們再來看圖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，D1二極管的正極應當是6+0.7V=6.7V，D2二極管的正極應當是2+0.7=2.7V。那么電路的輸出端電壓Usr到底是多少呢？

　　假設Usc=6.7V，于是二極管D2將處于正向接法。又因為二極管D2的壓降是0.7V，因此二極管D2的正極將會被強制性地拉到2.7V。如此一來，二極管D1將處于反偏狀態，即D1的負極電壓比正極電壓高。

　　注意：D2導通后，D1的正極變成2.7V，同時D1的負極是6V，因此D1被反向偏置而截止。

　　也就是說，輸出電壓Usc被強制性地鉗位在2.7V。哪個電壓低，電路的輸出電壓就是低電壓再加上0.7V。

　　我們來看一個實例：

　　
此圖是一套用于控制晶閘管觸發的電路。按圖示我們能看到用正與門構成的鉗位電路。三個輸入端分別是測控端電壓、PID控制和觸發脈沖電路。

　　測控端電壓電路正常輸出是脈動直流，高電平的占空比較大；PID控制輸出也是高的電平，而觸發脈沖則輸出正負交替的高電平脈沖。可見，在正常情況下，與門的輸出由觸發脈沖來決定，畢竟零電平也是脈沖的一部分。

　　可見，鉗位電路的應用還是很廣泛的。

　　再談談穩壓二極管。

　　我們看上圖的測控端電壓電路：

　　
設變壓器的初級電壓為380Vac，次級為24Vac，于是經過橋式整流后，其平均電壓為0.9X24=21.6V，屬于脈動直流。但實際計算時不能這樣算，必須用最大值來計算。

　　我們知道穩壓二極管工作在反向擊穿區，見第一幅圖的第三象限。它的曲線特點是：電流變化很大，但電壓變化很小，這就是它的穩壓原理。不過要注意：此時二極管處于反向接法，即穩壓二極管工作在反向電壓下。

　　設，上圖中的穩壓二極管穩定電壓是12V，最大穩定電流是25毫安。我們先把電阻R2開路，來計算R1的值。

　　 $R_{1} =\frac{\sqrt{2} V_{2} -1.4-V_{D1} }{I_{D1.MAX} } =\frac{1.414\times 24-1.4-12}{25} \approx 0.82K\Omega$

　　故R1取值為820歐，功率為0.51W，取標稱值1W。

　　此時穩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，穩壓二極管起到給半波直流波形削頭的作用。

　　現在，我們把R2接入，于是流過穩壓二極管的電流變小了。但只要流過穩壓二極管的電流仍然在它的穩定電流范圍之內，則穩壓二極管的穩壓作用就能維持。

　　設穩壓二極管的最小穩定電流為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：

　　 $R_{2} +R_{3} =\frac{U_{D1} }{I_{R2} } =\frac{12}{20} =0.6K\Omega$

　　實際上，我們看到R2+R3的和只要不低于600歐即可，故R2+R3的實際值會大于計算值。具體取值與我們的解答無關，此處忽略。

　　我們看到，晶體管T1的集電極也有一只穩壓二極管D2，它的用途同樣也是削幅，使得輸出到后級的脈沖幅度最高值就等于穩壓二極管的穩定電壓。

　　================

　　至此，二極管的鉗位電路和穩壓二極管的用途都講完了。

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為防止靜電積累所引起的人身電擊、火災和爆炸、電子器件失效和損壞，以及對生產的不良影響而采取的防范措施。其防范原則主要是抑制靜電的產生，加速靜電泄漏，進行靜電中和等。
OBD

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OBD是英文On-Board Diagnostic的縮寫，中文翻譯為“車載診斷系統”。這個系統隨時監控發動機的運行狀況和尾氣后處理系統的工作狀態，一旦發現有可能引起排放超標的情況，會馬上發出警示。

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