钳位在电视、录象、仪器仪表等电子技术领域中有着广泛的应用。所谓钳位，是指将脉冲信号中的某个部分固定在预先设定的电平上的过程。为了更确切地理解钳位的概念，我们先对脉冲信号作一简单的分析。设有图1（a）所示的脉冲信号，该信号为单极性信号（单极性信号指只有正值而无负值或只有负值而无正值的信号），可以把它看成是由图1（b）所示的直流信号V\(_{0}\)与图1（c）所示的交流信号V＇两者叠加而成的。其中，V0被称作脉冲信号的直流分量。当此脉冲信号通过电容或变压器耦合电路时，由于直流分量不能通过电容与变压器，所以通过耦合电路后，信号中只剩下了交流分量。这种情况叫作直流分量丢失。
实际上，不仅是单极性信号，只要不是对称的信号，其直流分量就不等于零。这样的信号在通过电容或变压器耦合电路后，都会有直流分量丢失的问题。
如果信号的大小是变化着的，如图2（a）所示的那样，那么其直流分量的大小也各不相同。当它们丢失直流分量后，就变成了图2（b）所示的状况，显然此时的波形与原来的信号波形有所不同，即失真了。若要避免因直流分量丢失所造成的失真，就该采用直流耦合放大电路。但是，多级直流放大器电源的供电电路比较复杂，设计与调试都比较困难。因此，在实际电路中仍然采用交流耦合方式。然后再针对直流分量丢失的问题用其它措施设法进行补救，以降低成本，简化电路。
对比图2（a）与图2（b）的信号不难看出，如果我们设法把图2（b）所示失真信号的底部强制上移，使之固定于零电平上，则信号就可以恢复原来的面貌，与未丢失直流分量前一样。这种把信号中某个部分强制固定在预定电平上的过程就叫作钳位。因为它能起到“恢复”直流分量的作用，因此又往往把钳位称作直流恢复。
电视技术中钳位的作用
电视中的全电视信号也是一种单极性信号。对于我国使用的负极性图象信号来说，电平越高，表示图象越暗，电平越低，表示图象越亮。信号中的消隐电平就是黑色电平，见图3。我国电视制式规定，同步信号电平为100％，消隐信号电平为75％，图象信号依图象内容不同而有不同的电平值，最亮处的图象信号电平最低，称为白电平。下面我们以黑白条电视图象的电信号为例，来说明信号丢失直流分量后的变化及钳位的必要性。
黑白条图象及其所对应的电信号如图4（a）、图4（b）所示。图4（a）的电信号可看成是由直流分量V\(_{a}\)与以Va为零电平的交流分量u＇\(_{a}\)叠加而成，见图（a）＇、图（c）。而图4（b）电信号为直流分量Vb与交流分量u＇b叠加而成，见图（b）＇、图（d）。应当注意：信号（a）与（b）的黑白电平都是等高的，当它们失去直流分量V\(_{a}\)与Vb之后，剩下的交流分量u＇\(_{a}\)与u＇b应均以零轴为准，见图（c）、图（d）。可见，原直流分量较大的（a）信号黑电平下移，而直流分量较小的（b）信号黑电平上移。使连续电信号由（a）变至（b）时，交流成分（c）、（d）的动态范围加大。这样的电信号如果不恢复直流分量而在接收机显象管上显示图象，根据高电平为黑，低电平为白的道理，（c）信号必然显示灰白条图象，而（d）信号必然显示灰黑条图象。即信号丢失直流分量之后，图象的对比度减小了，有了灰度失真，见图4（e）、图4（f）。
人们在普及型电视机上看到的黑色场景往往是灰濛濛的一层，层次不清楚，就是这种原因造成的。黑色电平的移动也给同步分离带来困难。在彩色电视机中，黑色电平的漂移还将使图象的底色色调发生变化。人的眼睛对于色调的变化是十分敏感的，底色色调的轻微变化就能使人感到明显的失真。所以在彩色电视机中丢失直流分量所造成的后果将更加严重。
由于反映图象不同亮度的信号电平都是以黑色电平为基准，相对它而单方向变化的，因此如能将黑色电平固定在它原有的位置上，则其他不同亮度的相应电平之间的关系也就随之被固定了。例如在图4中，如果我们将图（c）、（d）中的黑色电平段（信号的上端）拉平在原有位置上，就能使（c）、（d）恢复原来的形状。由此可见，固定电视图象信号中黑色电平（即消除电平），可以消除丢失直流分量引起的失真。这就是钳位电路的作用。
钳位电路的工作原理
图5是钳位电路的原理图。其中，R\(_{i}\)为信号源内阻，C为钳位电容，K为钳位开关，E为预定钳位电平，R为负载电阻。将图4中失去直流分量的信号4（c）、4（d）送入电路，选择F值为图4中的黑色电平值，在信号波顶部（图4C中的T1段）来到的时候接通开关K，此时E与V＇串联后对C充电，充电电流方向如充箭头所示。只要R\(_{i}\)足够小，就可在极短的时间内使C两端电压为UC=E-V\(_{T1}\)。这时B点电位为E。随即断开开关K，C开始通过Ri和R放电。只要R足够大，放电很慢，就可保证在整个周期内U\(_{C}\)基本保持不变，则B点输出电平等于UC与失去直流分量的交流信号电平之和。这样在T\(_{1}\)段，B点可上移被钳定在黑电平（UB=E）处。当T\(_{2}\)段到来时，由于黑色电平与VT1之差和白电平与V\(_{T2}\)之差是相等的，故信号的下端应准确地落在白电平所处的位置上。这样一来使整个信号上移了一段，与失去直流成分之前的图4（a）波形相同。
由以上分析可知，在钳位电路中，是靠钳位电容来建立与保持钳位电平的。这就要求钳位电容的电压建立时间短，即R\(_{i}\)C的时间常数要小（RiC《T），而钳位电容上电压的保持时间应足够长，即U\(_{C}\)的放电时间（Ri＋R）C》T（T为信号的周期）。只有这样才能保证在整个周期内，钳位电平基本保持不变。
几种典型的钳位电路
图6（a）和（d）所示是简单的二极管钳位电路，它与图5原理电路基本相同，不同的是用二极管D作为选通开关代替了开关K。图6（a）电路可把信号脉冲的顶部电平钳定于-E值，见图6（b）、6（c）。图6（d）电路可将信号脉冲的底部上移，见图6（e）、6（f）。当预定钳位电平E=0时，图6（a）、6（d）电路可分别将信号的顶部或底部钳定在零电平上。工作原理不再赘述。
图7（a）是三极管钳位电路。它与图5原理电路也基本上相同，只是用三极管代替了开关K，并用选通脉冲控制三极管的导通与截止。在图7（c）所示的选通脉冲到达时刻，三极管导通，脉冲过后三极管截止。通过控制选通脉冲到达的时刻，来达到选择钳位点的目的。图7（b）是钳位前的波形，钳位后的波形如图7（d）所示。
图8是日立CRT－45OD彩色电视机中的实用钳位电路，这是一个典型的三极管钳位电路。其中，C\(_{3}\)04是钳位电容，Q304用作钳位开关。钳位电平V\(_{E}\)值由R321、D\(_{3}\)06、R322、R\(_{323}\)及R324分压设定。当如图8（b）所示的失去直流分量的视频信号由A点经C304输入时，图8（c）所示的行同步脉冲经L\(_{3}\)05、R318、R\(_{319}\)延时分压，与消隐脉冲的后沿对齐，再经C309加至Q\(_{3}\)04的基极，控制三极管的导通时间，在消隐脉冲后沿处进行钳位，使B点电位钳定于VE值上。图8（d）和（e）分别示出了延时后和钳位后的波形。调整R\(_{324}\)可调整钳位电平的高低和消隐电平的高低，从而可改变黑电平的高低，起到亮度调节的作用。
图9为桥式钳位电路。D\(_{1}\)、D2、R\(_{1}\)、R2组成桥式电路，且D\(_{1}\)与D2相同，R\(_{1}\)=R2作钳位开关用。在M、N两端输入幅度相同，极性相反的选通脉冲，则D\(_{1}\)、D2同时导通。此时电桥平衡，B点电位必然与e点电位相同。所以在选通脉冲到达的时刻，B点将被钳定于E上。假设输入信号的被钳位点电平低于E值，则D\(_{2}\)导通电流大于D1。因C\(_{3}\)》C1，所以C\(_{3}\)两端电压变化不大，C1被充电而使B点电位上升，直至E值为止。同样，当输入信号的被钳位点电平高于E值时，D\(_{1}\)导通电流增大，C1通过D\(_{1}\)对C2放电。由于C\(_{2}\)》C1，故C\(_{2}\)两端电压基本不变， C1的B端电压下降，直至B点电位降至E值为止。所以，桥式钳位电路具有良好的双向钳位作用，即被钳位点的电平无论偏高还是偏低，都能被准确地钳定在预定的电平E上。在D\(_{1}\)、D2导通期间，C\(_{1}\)、C2被迅速充电，充电极性如图所示。当选通脉冲消失后，C\(_{1}\)、C2通过R\(_{1}\)、R2放电，由于R\(_{1}\)、R2阻值很大，放电极慢，故C\(_{1}\)、C2上的充电电位在选通脉冲的间隔时间内可保持不变，使D\(_{1}\)、D2处于反向偏置而保持截止状态。为进一步提高抗干扰能力，通常选取选通脉冲值为被钳位信号电平的2～4倍。这样在选通脉冲的间隔期间，因C\(_{2}\)、C3上所充电压较高，只有在干扰脉冲的幅度超过C\(_{2}\)、C3上的电平值后，才有可能迫使D\(_{1}\)、D2导通，而受到干扰。因此，桥式钳位电路的双向钳位及抗干扰性能均优于其它的电路。但因电路本身较为复杂，并需配置专门的分相电路，以取得幅度相同、极性相反的对称选通脉冲。故该电路一般多用于要求较高的地方，如电视台的设备中。
以上介绍了二极管钳位电路、三极管钳位电路及桥式钳位电路。比较起来，二极管钳位电路比较简单，它的抗干扰性能较差，通常在要求不高的场合应用较多。三极管钳位电路有较好的抗干扰能力，只要在基极上所加的选通脉冲足够大，保证三极管充分饱和，就能满足一般电路双向钳位的要求，故应用很广泛。桥式电路比较复杂多用于要求较高的地方。
综上所述，钳位电路是专门用于直流分量不等于零的信号中，采取将信号中某一平直部分固定于预先设定的电平上的办法，来弥补失去直流分量后波形失真的，起到等效于直流分量保持的作用。因而又称作直接恢复电路或幅度推移电路。在钳位过程中，波形只在电平值上作整体上下的移动，而没有其他附加形态的变化。它与限幅、削波电路，在电路的组成及所起作用方面都有本质的不同。(关贻 吴士圻)