正偏置的负二极管钳位电路

对于负半周期：输入电源和电池的负半周期，二极管处于反向偏置状态。由于反向偏置信号在负载电阻上存在。

4、带负偏置的负二极管钳位电路

对于正半周期：对于直流电池的正半部分和电压源二极管都处于正向偏置状态。由于此电流将通过电容并充电。

负偏置的负二极管钳位电路

对于负半周期：对于负半周期，如果电池电压大于输入电压，则二极管处于正向偏置状态。

由于输入源电压的值大于电池二极管的电压，因此由于输入电压而处于反向偏置状态，现在信号通过负载电阻退出。

钳位二极管保护电路：由两个反向串联的二极管组成。一次只能打开一个二极管，另一个处于关闭状态。结果，它的正向和反向压降将被钳位到二极管的正向导通。电压降在0.5-0.7以下，保护电路。

钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在一定的直流电平上。以常见的二极管钳位电路为例，假设输入信号，在零时刻，uO(0 )= E，uO产生幅度为E的正跳变。

之后，在0到t1之间，二极管D导通，电容的充电电流C非常大，uC很快就等于E，导致uO=0。在 t1，ui(t1)=0，uO 再次出现幅度-E 跳跃。

在t1~t2期间，D关断，充电电容C只能通过R放电。通常R的值很大，导致uC下降很慢，uO变化很小。

在 t1 时，uI(t2) = E，uO 有幅度 E 的跳跃。在 t2 到 t3 期间，D 导通，电容器 C 充电。与0到t1期间不同，此时电容上储存了大量电荷，因此充电时间更短，uO降为零的速度更快。

稍后重复上述过程，uO和uC的波形。可以看出，uO的顶部基本被限制在零电平，所以该电路称为零电平正峰值（或顶部）钳位电路。

将二极管反向连接，将输入矩形波的底部钳位为零电平，形成零电平负峰值（或底部）钳位电路。

三极管钳位电路，如果把它的BE结也看成一个二极管，那么，就钳位原理而言，所示电路完全一样，只是电路也有放大作用。

通常，钳位电路取决于电容时间常数的变化。时间常数应足以使电容器电压在整个非导通二极管期间不会显着放电。

应该选择电容和电阻的值，以使电路保持较高的时间常数。为了防止电容器快速放电，电阻值应该很高。

在整个二极管导通期间，电容充电应该是高速的。为此，我们选择较小的电容值。

1、使用钳位二极管的瞬态保护

钳位二极管不仅仅是为了改变电压基线。它们在缓解瞬态事件方面非常有用，尤其是ESD和雷电浪涌。例如，当输入电压高于 Vh 时，D1 正向偏置。因此，过多的电流流过 D1 而不是负载。限流电阻器通常放置在二极管之前，以确保后者在限制范围内工作。

钳位二极管瞬态保护电路

当输入电压降至 VL 以下时也是如此，这将激活 D2。通过将过多的电流从负载中引开并保持电压低于 Vh，二极管有助于防止瞬态电压损坏组件。

通常，选择具有较大电流处理能力、低结电压和快速导通时间的二极管用于 ESD 或浪涌保护。限流电阻器还必须能够在大量电流通过时禁用大量热量。

2、用于保护GPIO

GPIO的内部电路结构中使用了钳位二极管电路，如下图所示。它的作用是防止从外部I/O管脚输入的电压过高或过低对内部电路造成损坏。

如果从 Pin 输入的信号（假设任何输入信号都有一定的内阻）电压超过 VDD 加上上二极管的导通压降（驱动 0.7V），二极管就会导通，多余的电流会被拉到 VDD ,并且输入到内部的真实信号电压不会超过VDD 0.7V。

同样，如果从 Pin 输入的信号电压低于 VSS，由于下二极管的作用，实际输入的内部信号电压将被钳位在 VSS-0.7V 左右。