一、前言

將交變電壓信號轉(zhuǎn)換成直流信號，需要進(jìn)行整流，或者說檢波。為了提高檢波的效率，有的應(yīng)用使用了倍壓檢波。甚至有的時(shí)候使用了四倍壓檢波。當(dāng)然了，這些電路的工作基礎(chǔ)，都是基于二極管的單向?qū)ㄌ匦浴Ｗ蛱?，看到B站朋友詢問倍壓檢波的原理。下面嘗試著結(jié)合 LTspice 電路仿真來說明倍壓檢波的原理。

二、仿真結(jié)果

我們首先在 LTspice中搭建一個(gè)半波檢波電路。信號源輸出峰峰值為2V ，1kHz 的交流信號，二極管檢波負(fù)載為 RC電路，電阻為 1k歐姆，電容為 1微法。仿真之后，觀察 10ms 之內(nèi)的輸出波形?？梢钥吹皆谪?fù)載電阻上出現(xiàn)了波動(dòng)直流。這個(gè)波動(dòng)有點(diǎn)大，可以增加RC數(shù)值來加以改善。將電阻R1增加到10k歐姆，使用 PYthon 繪制仿真結(jié)果，這樣看起來比較清楚?？梢钥吹捷敵鲋绷鞑▌?dòng)減少了。直流距離交流峰值之間的 0.6V的壓差，是由于 二極管前向?qū)妷涸斐傻摹?

接下來，在原來的電路基礎(chǔ)上，增加一個(gè)電容和一個(gè)二極管。形成倍壓檢波。請大家注意它們的連接方式。特別是二極管的極性向上。這里電容 C2 取 1微法。下面介紹一下工作原理。

對于這個(gè)倍壓檢波，?我們分析前面兩個(gè)周期的輸入交流電信號作用下電路的工作課程。假設(shè)第一個(gè)是正半周電壓，這個(gè)上升的電壓通過C2，耦合到D1，通過D1 給負(fù)載充電。此時(shí) D2 是反向截止的。在輸入電壓達(dá)到峰值的時(shí)候，電容C2 也充有左正右負(fù)的電壓。接下來，對于負(fù)半周，輸入信號通過C2 耦合到二極管 D1，D2。D1截止，D2 導(dǎo)通，給C2 反向進(jìn)行充電。結(jié)果 C2 形成左負(fù)右正的充電狀態(tài)。

接下來的正半周。輸入信號重新通過C2 給D1施加電壓。此時(shí)，由于C2在前面已經(jīng)充有電壓，假設(shè)理想情況下，這個(gè)電壓與輸入信號的峰值相同。那么在輸入信號達(dá)到峰值的時(shí)候，在 D2，D1連接處就會(huì)形成 兩倍峰值的電壓。這個(gè)電壓經(jīng)過 D1 給負(fù)載充電，理想情況下也會(huì)使得負(fù)載電壓上升到2倍峰值電壓。這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行，最終，輸出會(huì)達(dá)到輸入信號峰值的兩倍。這也就是倍壓檢波的基本原理。倍壓檢波過程的理解復(fù)雜度與全橋整流理解復(fù)雜度基本上相當(dāng)。

下面，?我們分別觀察輸入信號?中間節(jié)點(diǎn)以及輸出信號的電壓波形。在 LTspice仿真結(jié)果窗口中，曲線看不太清楚，還是將結(jié)果導(dǎo)入 Python 繪制出仿真結(jié)果。藍(lán)色信號為輸入的峰峰之為 2V的電壓信號。橙色信號是中間 D2 二極管上的電壓信號?？梢钥吹剿畹碗妷簽?0.7V左右，最高電壓為3.3V，比4V電壓，也就是兩倍的輸入信號峰值電壓小了 0.7V。對照電路圖，D2上的電壓范圍，最低是由它的導(dǎo)通電壓鉗位在 -0.7V，最高電壓是3.3V，這個(gè)電壓經(jīng)過D1 之后，變成了 2.6V左右。最終給負(fù)載電容充電。由此可以看到，輸出最終的電壓與理論的兩倍輸入電壓峰值之間 ，還相差了兩個(gè)二極管導(dǎo)通電壓降。在仿真結(jié)果中，?可以看到 綠色的輸出電壓曲線的平均值為 2.6V左右。

下面將輸入信號幅度提高到20V，觀察與拆下仿真結(jié)果。可以看到輸出倍壓幅度也提高了。不過似乎輸出電壓信號平均值大約為 34V，距離2倍壓40V相差了 6V左右，這比兩個(gè)二極管前向?qū)妷阂蟆＿@是為什么呢？。這是因?yàn)榇藭r(shí)，輸出RC負(fù)載放電電流也增加了，充電還沒有達(dá)到峰值變開始下降了。提高負(fù)載電阻，將其增加到100k歐姆，此時(shí)，檢波輸出就比較平穩(wěn)了。輸出的平均電壓也增加了。?中間二極管上的峰值電壓為38.9V，輸出電阻的峰值，達(dá)到了38.3V。這就比兩倍的二極管導(dǎo)通電壓只是增加了四分之一左右。

※ 總 結(jié) ※

本文簡單的討論了倍壓檢波電路。在實(shí)際電路中，由于二極管前向?qū)妷旱挠绊?，輸出檢波電壓要比輸入信號峰值的兩倍要小一些。在來復(fù)式收音機(jī)電路中，可以通過調(diào)整偏置電阻R1，給 倍壓檢波二極管產(chǎn)生一定的正向偏置，這樣就可以減小二極管導(dǎo)通電壓的影響，提高檢波輸出信號的幅值?；诖耍部梢岳斫舛嗉壉秹簷z波電路的原理。比如這里給出的就是一個(gè)四倍壓檢波電路。具體分析可以參見相應(yīng)的博文介紹。