参考： 怎样理解二极管的钳位电路和稳压电路？ 钳位二极管的工作原理讲解 超详细的二极管钳位电路介绍 详解二极管限幅电路和钳位电路

钳位的意思就是把位置卡住，在电路中就是限制电压。

钳位二极管的英文名：Clamp diode。就是把输入电压变成峰值钳制在某一预定的电平上的输出电压，而不改变信号。工作原理同样是二极管的单向导电性。

首先观察二极管的伏安特性曲线。

在第一象限的正向特性中，当正向电压从零开始上升，在0.4V之前，二极管的正向电流很小。但从0.7V开始，电流迅速增加。

在第二象限的反向特性中，反向电压一直加到-40V时，反向电流也即反向漏电流近乎为零。

这说明二极管的正向特性是，等效电阻很小，二极管的反向特性是，反向电阻很大。

首先来看一个问题。 图1中，二极管为正向接法，它的管压降是0.7V。因此，电阻R上的电压为6 - 0.7 = 5.3V，流过电阻的电流为5.3 / 5.1 = 1.04mA。

图2中，两只二极管的正极都接到了12V，因此两只二极管都属于正向接法。因此，二极管D1的正极应当是6 + 0.7 = 6.7V，二极管D2的正极应当是2 + 0.7 = 2.7V。那么电路输出端的电压到底是6.7V还是2.7V呢？

不妨先假设一下，假设Usc = 6.7V ，于是二极管D2将处于正向接法。又因为二极管D2的压降是0.7V，因此二极管D2的正极将会被强制性地拉到2.7V。如此一来，二极管D1将处于反偏状态，即D1的负极电压比正极电压高。

即在D2导通后，D1 的正极变成了2.7V，同事D1的负极是6V，因此D1被反向偏置而截至。

也就是说，输出电压Usc被强制性地钳位在2.7V。

即，哪个电压低，电路的输出电压就是低电压再加上0.7V。

输入Vin在正半周时（Vin上正下负），二极管截止，电流如蓝色箭头所示，Vout电压等于电容电压加上正半周电压，所以Vout=2V；

输入Vin在负半周时（Vin上负下正），二极管导通，电流如红色箭头所示，电容充电至+V（左负右正），Vout=0V；

偏压型钳位电路，通过在电路中加入偏置电压来提高或者降低钳位值。

Figure a为正向偏压型，所加的偏压与二极管导通方向一致时，波形向上，即钳位值会提高V1。

Figure b为反向偏压型，所加的偏压与二极管导通方向相反时，波形向下，即钳位值会降低V1。

输入Vin在正半周时（Vin上正下负），二极管导通，电流如红色箭头所示，电容两端压差充电至+V（左正右负），Vout=0V；

输入Vin在负半周时（Vin上负下正），二极管截止，电流如蓝色箭头所示，Vout电压等于负的（电容电压+负半周电压），即Vout=-2V；

偏压型负钳位同偏压型正钳位类似，在电路中加入偏置电压来提高或者降低钳位值。

Figure C为反向偏压型，所加的偏压与二极管导通方向相反时，波形向上，即钳位值会提高V1。

Figure D为正向偏压型，所加的偏压与二极管导通方向相同时，波形向下，即钳位值会降低V1。

钳位二极管D1的负极上拉的GPIO的参考电源VDD，钳位二极管D2的正极接GND。

当输出电压大于VDD；D1导通，D2截止，Pin的电压为VDD(忽略二级管的导通压降)；

当输入电压小于GND；D1截止，D2导通，Pin的电压为GND(忽略二级管的导通压降)；

因此能够把输入电压的范围控制在[GND,VDD]之间，保护Pin不受损坏。那如何判定GPIO是否损坏呢？方法如下：

首先，把万用表调到二极管档位，红表笔接主板的GND，黑表笔接测试GPIO管脚，此时是测量二极管D2是否损坏，测试值是二极管的导通值，一般范围0.4-0.6V，超出此范围为二极管击穿。

其次，红表笔接测试GPIO管脚，黑表笔接GND，此时是测量二极管D1是否损坏。

正半周时且Vin的电压大于等于0.7V时，二极管导通，Vout会被钳位在0.7V；

在负半周和Vin电压小于0.7V时，二极管是截止状态，所以Vout=Vin，即Vout波形跟随Vin波形。

在正半周时，二极管截止，Vout=Vin，即波形跟随；

在负半周Vin电压小于等于-0.7V时，二极管会导通，Vout电压会被钳位在-0.7V。

双向限幅是结合了上面两个电路，用了两个二极管。

正半周，通过D1将超出的部分钳位在0.7V；

负半周通过D2将超出的部分钳位在-0.7V。

为了产生不同的限幅电压，有时候会在电路中加入偏置电压Vbias。

当Vin的电压大于等于Vbias+0.7V时，二极管导通，Vout被钳位。

负偏压是一样的道理，Vin电压小于等于-0.7-Vbias时，二极管导通，Vout被钳位。

双向偏压限幅是两个二极管加两个偏置电压。

正半周大于等于4.7V时，D1导通，超出部分被钳位在4.7V；

负半周小于等于-6.7V时，D2导通，超出部分被钳位在-6.7V。