限幅器的原理与用途
限幅器
限幅器是一种常用的基本脉冲电路。顾名思义，它是用来限制信号的幅度的。当限幅器的输入电压超过某一界限值时，输出电压就被限制在一定数值上保持不变。如果输入电压升高到某一上限值以后，输出电压受到限幅，就叫做上限幅器；如果输入电压下降到某一下限值以后，输出电压受到限幅，就叫做下限幅器；如果既有上限幅作用，又有下限幅作用，就叫做双向限幅器。
二极管限幅器
常见的二极管半波整流器可以看作是一个最简单的限幅器。如图1a的电路所示,当输入一个正弦电压u1时，输出电压u2是只有正半周的半个正弦波，负半周被“限制掉”了。因为当输入电压大于零时，二极管导电，它的内阻很小（为了便于分析起见，以后都假定二极管导电时的内阻为零），所以输入电压可以通过二极管加到输出端。相反地，当输入电压u1为负时（小于零时，图中虚线所示），二极管不能导电，不管u1怎样变化，输出电压u2一直保持为零。换句话说，当输入电压u1低于界限值零时，输出电压u2就被限制在零电压上。因此，这个电路是一个下限为零的下限幅器。
为了改变下限电压，可以在电路中接入一个直流电源E。图1b电路把下限电压提高到+E。当输入电压U1低于下限电压E时，二极管的屏极电压低于阴极电压，不能导电，输出电压u2一直保持在E的电平上（图1b中的0～t1段）。当u1高于下限电压E时，二极管导电，因而u1直接加到输出端，使输出电压u2跟随u1而变化（t1～t2段）。如果U1再降到E值以下，那么，不管它怎样变化，u2总是被限制在+E的电平上，不能随输入信号而变化（图中t2以后）。在图1b中，虚线表示输入的正弦电压，实线表示经过限幅的输出电压。图1c电路把下限电压降低到-E。这时，输入电压u1高于-E时，就能通过二极管在输出端重现出来。当u1低于-E时（图中虚线），输出电压就被限制在-E的电平上。
如果把图1电路中的二极管换一下方向，就可以得到如图2所示的上限幅器。图2a是上限为零的上限幅器。当输入电压u1为正时（大于零时），二极管不能导电，输出电压u2保持为零电平。当u1为负时（小于零时），二极管导电，u1就直接加到了输出端。图2b是上限为+E的上限幅器，输入电压u1只要不高于E，二极管就总是导电的，输出端就能重现输入信号；但是一时u1高于E，二极管的阴极电压就会高于屏极电压，不能导电，输出电压u2就被限制在+E的电平上。根据类似的分析可以看到，图2c电路是一个上限为-E的上限幅器。在图1和图2的电路中，输出是和二极管串联的，所以叫做串联限幅器。也可以把输出和二极管并联，构成并联限幅器，如图3和图4所示。
图3a是上限为零的上限幅器。仍设二极管的内阻甚小于R，分析时予以忽略。当输入电压u1大厂零时，二极管导电，输出端被短路，输出电压u2为零。当u1小于零时，二极管截止，相当于开路，输出端才能重现输入电压。在图3b电路中，上限电压提升到+E，当输入电压u1大于+E时，二极管导电，输出电压u2保持为+E，只有当U1低于E时，二极管才能开路，输出端才能重现输入电压波形。图3c是上限电压为-E的限幅器，当输入电压u1高于-E时，二极管即能导电，把输出电压u2限制在-E的电平上。
根据类似的分析，可以说明图4中三个并联下限幅器的工作。如果把二极管上限幅器和下限幅器结合在一起，就成了双向限幅器（图5、图6）。图5是由一个串联下限幅器（D1）和一个串联上限幅器（D2）串联组成的双向限幅器。输入的正弦波u1光经过第一个限幅器得到下限幅为E1的电压u1′，u1′又经过第二个限幅器得到双向限幅的输出电压u2。为了保证电路有效地工作，R2应当甚大于R1。
图6是由一个并联上限幅器（D1）和一个并联下限幅器（D2）并联组成的双向限幅器。当输入电压u1高于E1时，D1导电，把输出电压u2限制在E1的电平上；当u1低于-E2时，D2导电，把u2限制在-E2的电平上。输入电压只有在+E1和-E2之间时，才能停送到输入端去。
栅极限幅
用三极管或五极管也可以实现限幅。按照工作原理的不同，可以分为栅极限幅、屏权下限幅、屏极上限幅等。
栅极限幅器的电路如图7a所示。这里把管内栅极-阴极部分看成一个二极管，栅极起着二极管屏极的作用。因此，这个电路实质上是一个二极管并联上限幅器和一个放大器组成。它和普遍放大器不同的地方是栅极内串联了一个限幅电阻R，R的数值甚大于栅-阴二极管的内阻。当输入电压u1大于零时，二极管导电，输入电压主要降落在R上，栅压ug保持为零，屏流和输出电压就被限制在一定的电平上，如图7b曲线所示。
和二极管限幅器的情况一样，这里也可以加入直流电压以改变上限电平。实际上常用阴极电阻来得到这个限幅偏压，如图8所示。有了Eg以后，ug就比输入电压u1低了Eg的数值，（ug=u1-Eg），只有当u1高于Eg时，二极管才能导电，ug才能被限制在零电平，输出电压才能受到限幅（参看图8b）。由此可见，上限从零提高到了Eg。
屏极下限幅
电子管的栅压降低到截止栅压-Eg。以下时，屏流截止。利用这一特性，可以构成屏极下限幅器。
图9a示电子管的屏栅动态特性。设固定栅偏压为-Eg，在栅极加有正弦信号，则栅极上的电压ug如图9a下部的曲线所示。只有当Ug高于截止电压-Eg0时，屏流ia和屏极输出电压ua才能反映出输入电压的变化（图9b）。当ug低于-Eg0时，电子管截止，屏流保持为0，屏压保持为电源电压Ea。由此可见，这个电子管就成了下限为E=|Eg|－|Eg0|=-U10的下限幅器。改变栅偏压（-Eg），就可以改变下限电压。
很明显，只有锐截止管才适宜用作这种限幅器。
屏极上限幅
屏极上限幅和栅极限幅不同，它不是依靠栅-阴二极管来起限幅作用，而是依靠屏流最大值受到限制来限幅的。这种限幅作用最好利用图10所示五极管ia－ua特性来说明。
图中直线AB是负载线。在屏压很小时，对应于不同栅压的特性曲线将合并成为一条线，叫做临界状态线。设电子管的栅极电压经-Ug4、-ug3、-ug2逐渐升高，则工作点沿负载线向左上方移动，屏流ia逐渐增加，屏压ua逐渐降低。最后，当栅压升到-ug1时，工作点落到临界状态线上。这时栅压再升高时，例如增加到ug=0或+ug1时，工作点也不会再移动，因而屏流和屏压就保持为一固定数值（ia最大和ua最小），不再变动。也就是说，尽管输入电压ug继续增大，输出电压却保持为ua最小。这样就实现了屏极上限幅，电子管的栅压-ug1就是限幅上限电平。为了得到屏极上限幅，必须选择足够大的屏极负载电阻，使得在栅压为负值时即已开始屏极限幅。否则，如果栅压到达正值时仍未出现屏极限幅，那么就会开始出现栅极限幅了。把栅极限幅和屏板下限幅的作用结合在一起，或者把屏极上限幅和屏极下限幅的作用结合在一起，就可以用同一个电子管构成双向限幅器。
限幅器的用途
限幅器的一个最重要的用途是把正弦波双向限幅，以得到近似的矩形波。经过几次连续放大和双向限幅后，所得到的矩形波边沿可以很陡。而由于正弦波频率稳定度高，所得到的矩形波的重复频率也很稳定。限幅器可以用来从不同极性的脉冲中选出所需极性的脉冲。例如，由微分电路中产生出的是正负交替的尖脉冲。如果把它通过上限为零的上限幅器，就可以选出负脉冲；通过下限为零的下限幅器，就可以选出正脉冲。
利用限幅器可以实现幅度的选择。举个例说，电视信号中的同步脉冲是“骑”在消隐脉冲之上的（图11a）。如果把它通过下限等于消隐脉冲高度Um的下限幅器，那么，消隐脉冲和图像信号都被削去，只剩下了同步脉冲（图11b）。电视接收机中通常就是利用这种方法来分离同步信号。当脉冲的顶部由于干扰而发生脉动时，可以利用上限幅器把脉冲顶部削平，以消除干扰。在调频接收机中，限幅器用来使信号幅度保持固定，以除去外界的干扰。由此可见，调频接收比调幅接收音质优越，限幅器是有很大功劳的。
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