Clamper-circuits
Definitie: Clampercircuits zijn de elektronische circuits die het dc-niveau van het AC-signaal verschuiven. Clampers zijn ook bekend als DC spanning restorers of level shifter. Clampers worden in principe geclassificeerd als positief en negatief die zowel biased als unbiased condities afzonderlijk omvat.
Deze circuits worden gebruikt om een ingangssignaal op een ander dc niveau te klemmen. Het voegt in principe gelijkstroomcomponent toe aan het toegepaste ingangssignaal om het signaal naar de positieve of negatieve kant te duwen. De klemschakeling is een combinatie van een weerstand samen met een diode en een condensator. Soms wordt ook een gelijkstroombatterij gebruikt om een extra verschuiving in het signaalniveau te krijgen.
Clamper-schakelingen zijn op soortgelijke wijze opgebouwd als die van clipper-schakelingen. Nochtans, omvat clamper een extra het laden element dat de condensator in zijn schakelschema is. De combinatie van weerstand en condensator in de clamper schakeling wordt gebruikt om verschillende dc niveau aan de uitgang van de clamper.
Werkingsprincipe van Clamper circuits
Zoals we al hebben besproken een clamper bestaan uit de condensator en een diode in shunt-verbinding met de load.
De werking van clamper circuits is afhankelijk van de variatie in de tijdconstante van de condensator. Deze variatie is het resultaat van het veranderen van het stroompad van de diode met de verandering van de polariteit van het ingangssignaal.
Hier is de grootte van de tijdconstante
τ= RC
dit is groot genoeg gekozen om te verzekeren dat de spanning over de condensator zich niet dientengevolge ontlaadt in het niet-geleidende interval van de diode. Maar een dergelijke ontlading vindt alleen plaats wanneer de belastingsweerstand zeer groot is. Hierdoor kan de condensator een grotere ontladingstijd nemen. Omgekeerd wordt een kleinere waarde van de condensator gekozen, zodat deze zich snel oplaadt op het moment van geleiding van de diode.
Classificatie van clamper-schakelingen
Clampers worden in de volgende groepen ingedeeld:
Positieve clamper-schakeling
De onderstaande figuur toont de schakeling van een positieve clamper-
Zoals we hier kunnen zien, staat de diode in parallelschakeling met de belasting. We kunnen dus zeggen dat omgekeerde biasing van de diode zal zorgen voor de output aan de belasting.
In eerste instantie, de positieve helft van het toegepaste ingangssignaal reverse biases de diode, maar de condensator is nog niet opgeladen. In deze periode wordt de uitgang dus niet beschouwd.
Voor, de negatieve helft van het wisselspanningssignaal, wordt de condensator nu volledig geladen tot aan de piek van het wisselspanningssignaal, maar met omgekeerde polariteit. Deze negatieve helft voorspant de diode naar voren, hetgeen resulteert in het vloeien van de voorwaartse stroom door de diode. De volgende positieve helft geeft de diode een sperspanning, waardoor aan de uitgang een signaal zal verschijnen.
Aan het begin van de positieve helft van het AC-signaal is de diode in de niet-geleidende toestand, hetgeen resulteert in ontlading van de lading van de condensator. Dus, aan de uitgang hebben we de som van de spanning opgeslagen over de condensator en toegepast op het AC ingangssignaal. Dit wordt gegeven door
Vo = Vm + Vm = 2Vm
Zoals we in de hierboven getoonde uitgangsgolfvorm kunnen zien, is het signaalniveau naar boven of naar de positieve kant verschoven. Vandaar dat het wordt aangeduid als positieve clamper.
Negatieve clamper-schakeling
Laten we eens kijken naar de onderstaande figuur van negatieve clamper om de gedetailleerde werking te begrijpen-
Op het moment dat de positieve helft van de AC-ingang wordt toegepast, komt de diode in voorwaartse bias-toestand die resulteert in onbelaste stroom aan de uitgang. Er vloeit echter een voorwaartse stroom door de diode die de condensator oplaadt tot de piek van het AC-signaal, maar weer met omgekeerde polariteit. De condensator wordt hier opgeladen tot de voorwaartse toestand van de diode.
Wanneer de negatieve helft van het wisselspanningssignaal wordt toegepast, wordt de diode nu omgekeerd gebogen. Hierdoor verschijnt er belastingsstroom aan de uitgang van de schakeling. Deze niet-geleidende toestand van de diode ontlaadt de condensator. Dus, aan de uitgang wordt een sommatie van condensatorspanning samen met de ingangsspanning bereikt.
Dus aan de uitgang hebben we,
Vo = – Vm – Vm = -2Vm
Dit resulteert in de neerwaartse verschuiving van het signaal. Daarom wordt dit een negatieve clamper-schakeling genoemd.
Positieve clamper-schakeling met biasing
Dit wordt in principe gedaan om een extra verschuiving in het niveau van het signaal aan te brengen. Er zijn twee soorten biasing in de schakeling. Het kan een positieve of een negatieve voorspanning zijn. Wij zullen dus beide gevallen afzonderlijk bespreken.
1. Geval van positieve biasing
De werking is bijna gelijk aan het geval van positieve unbiased, maar hier wordt een extra spanning geleverd om een extra verschuiving in het niveau van het signaal te krijgen.
Wanneer de positieve helft van het ingangssignaal wordt toegepast, is de diode omgekeerd biased als gevolg van de ac-ingang, maar is voorwaarts biased als gevolg van de accuspanning. Dus, totdat de spanning van een batterij groter is dan de ac ingangsspanning, geleidt de diode. Deze voorwaartse stroom door de diode laadt de condensator op, maar met de accuspanning. Als de wisselspanning groter wordt dan de batterijspanning, wordt de diode omgekeerd en stopt de geleiding door de diode.
Als de negatieve helft van het ingangssignaal wordt toegepast, wordt de diode door zowel de wisselspanning als de batterijspanning voorwaarts beïnvloed en begint te geleiden. Hierdoor wordt de condensator opgeladen met de som van de netspanning en de batterijspanning. Vandaar dat een dergelijk uitgangsspanningsniveau wordt bereikt.
2. Geval van negatieve biasing
Op het moment van de positieve helft van het AC-signaal, wordt de diode omgekeerd biased door zowel de AC-ingangsspanning als de batterijspanning. Hierdoor loopt er stroom door de belasting en wordt de spanning gehandhaafd
Tijdens de negatieve helft is de diode in de voorwaartse biased toestand door de AC-ingang, maar in de achterwaartse biased toestand door de accuspanning. Dus, de diode geleidt alleen wanneer de AC input de batterijspanning overheerst. Hierdoor wordt de condensator opgeladen en krijgen we een verschoven signaal aan de uitgang.
Negatieve clamper-schakeling met biasing
Op soortgelijke wijze als bij de vorige wordt de negatieve clamper-schakeling van positieve en negatieve biasing voorzien. Laten we nu verder gaan en beide gevallen afzonderlijk bespreken.
1. Geval van positieve biasing
Zoals we reeds hebben besproken, verschuift een negatieve clamper het signaal naar beneden. In het geval van de positief bevoordeelde negatieve clamper wordt het signaal echter enigszins naar een positief niveau getild als gevolg van de positief toegepaste accuspanning. Wanneer de positieve helft van het AC-signaal wordt toegepast, is de diode in de voorwaartse biased toestand vanwege de AC-voeding, maar in de achterwaartse biased vanwege de batterijspanning. De diode geleidt dus wanneer de wisselspanning hoger is dan de batterijspanning.
Wanneer de negatieve helft verder gaat, is de diode nu in de omgekeerde biased toestand door zowel de wisselspanning als de batterijspanning. Deze niet-geleidende toestand van de diode ontlaadt de condensator. De spanning over de condensator verschijnt dus aan de uitgang.
2. Geval van negatieve biasing
Tijdens de positieve helft van de AC-ingang wordt de diode voorwaarts biased door de oorzaak van de AC-ingang en de batterijspanning. Hierdoor begint geleiding door de diode. Het resultaat is dat de condensator wordt opgeladen.
Tijdens de negatieve helft wordt de diode in sperrichting geschakeld, maar zal nog steeds geleiden als gevolg van de voorwaartse spanning die door de batterij wordt aangelegd. De diode stroomt totdat de accuspanning hoger is dan de netvoeding. Wanneer de netspanning de batterijspanning overschrijdt, wordt de diode in sperrichting geschakeld en ontlaadt de condensator. Aldus verschijnt het voltage over condensator aan load.
Toepassingen van Clamper-circuits
- Clampers worden gebruikt om de polariteit van de circuits te identificeren.
- Deze kringen worden gebruikt als voltageverdubbelaars en helpen in het elimineren van vervormingen.
- De omgekeerde hersteltijd kan worden verbeterd gebruikend Clampers.
Clippers en clampers hebben de bijna zelfde constructieve eigenschap maar de introductie van een nieuw element in clamper-circuits onderscheidt de werking van de twee.