Clamper Circuits
Definition: Clamper-kredsløb er de elektroniske kredsløb, der forskyder vekselstrømssignalets dc-niveau. Clampers er også kendt som jævnspændingsrestauratorer eller niveauforskiftere. Klemmere er grundlæggende klassificeret som positive og negative, der omfatter både forspændte og uforspændte forhold individuelt.
Disse kredsløb bruges til at klemme et indgangssignal til et andet jævnstrømsniveau. Det tilføjer grundlæggende en dc-komponent til det anvendte indgangssignal for at skubbe signalet til enten den positive eller negative side. Clamper-kredsløbet er en kombination af en modstand sammen med en diode og en kondensator. Undertiden anvendes der også et dc-batteri for at få et yderligere skift i signalniveauet.
Klamperkredsløb er opbygget på samme måde som clipper-kredsløb. Clamper omfatter dog et ekstra opladningselement, som er kondensatoren i dens kredsløb. Kombinationen af modstand og kondensator i clamper-kredsløbet bruges til at opretholde forskellige jævnstrømsniveauer ved clamperens udgang.
Funktionsprincip for clamper-kredsløb
Som vi allerede har diskuteret, består en clamper af kondensatoren og en diode i shunt-forbindelse med belastningen.
Funktionen af clamper-kredsløb afhænger af variationen i tidskonstanten for kondensatoren. Denne variation er resultatet af ændringen af diodens strømvej med ændringen af indgangssignalets polaritet.
Her er størrelsen af tidskonstanten
τ= RC
Dette er valgt stort nok til at sikre, at spændingen over kondensatoren ikke aflader følgelig ved diodens ikke-ledende interval. Men en sådan afladning finder kun sted, når belastningsmodstanden er meget stor. Dette gør det muligt for kondensatoren at tage større udladningstid. Omvendt vælges en mindre kondensatorværdi, så den oplades hurtigt i det tidsrum, hvor dioden er ledende.
Klassifikation af klamperkredsløb
Klamperne klassificeres i følgende grupper:
Positivt klamperkredsløb
Figuren nedenfor viser kredsløbet for en positiv klamper-
Som det ses her, er dioden i parallelforbindelse med belastningen. Så vi kan sige, at omvendt forspænding af dioden vil give output ved belastningen.
I første omgang forspænder den positive halvdel af det påførte indgangssignal dioden i omvendt retning, men kondensatoren er ikke stadig opladet. Så i denne periode vil output ikke blive overvejet.
For, den negative halvdel af vekselstrømssignalet, bliver kondensatoren nu fuldt opladet op til toppen af vekselstrømssignalet, men med omvendt polaritet. Denne negative halvdel fremadpoler dioden, hvilket resulterer i, at den fremadrettede strøm løber gennem dioden. Den næste positive halvdel af vekselstrømssignalet giver dioden omvendt forspænding, hvorved signalet vises ved udgangen.
I begyndelsen af den positive halvdel af vekselstrømssignalet er dioden i ikke-ledende tilstand, hvilket resulterer i afladning af kondensatorens ladning. Så ved udgangen vil vi have summen af den spænding, der er lagret over kondensatoren og påført vekselstrømsindgangssignalet. Dette er givet ved
Vo = Vm + Vm = 2Vm
Her som vi kan i den ovenfor viste udgangsbølgeform, er signalniveauet forskudt opad eller positiv side. Derfor benævnes den som positiv clamper.
Negativ clamper-kredsløb
Lad os se på nedenstående figur af negativ clamper for at forstå den detaljerede drift-
På det tidspunkt, hvor den positive halvdel af vekselstrømsindgangen påføres, kommer dioden i forward bias-tilstand, der resulterer i en tomgangsstrøm ved udgangen. Der løber imidlertid en fremadrettet strøm gennem dioden, som oplader kondensatoren til toppen af vekselstrømssignalet, men igen med omvendt polaritet. Kondensatoren oplades her til diodens forward biased tilstand.
Når den negative halvdel af vekselstrømssignalet påføres, bliver dioden nu reverse biased. Herved kan der forekomme belastningsstrøm ved kredsløbets udgang. Denne ikke-ledende tilstand af dioden aflaster nu kondensatoren. Ved udgangen opnås således en summering af kondensatorspændingen sammen med indgangsspændingen.
Hermed har vi ved udgangen,
Vo = – Vm – Vm = -2Vm
Dette resulterer i en nedadgående forskydning af signalet. Derfor betegnes det som negativt klamperkredsløb.
Positivt klamperkredsløb med forspænding
Dette gøres grundlæggende for at indføre et yderligere skift i signalets niveau. Her er der to typer forspænding til kredsløbet. Det kan være et positivt eller negativt forspændt kredsløb. Så vi vil diskutere begge tilfælde separat.
1. Tilfælde med positiv forspænding
Funktionen svarer næsten til det positivt uforspændte tilfælde, men her leveres en ekstra spænding for at få et yderligere skift i signalets niveau.
Når den positive halvdel af indgangssignalet påføres, er dioden omvendt forspændt på grund af vekselstrømsindgangen, men er fremadrettet forspændt på grund af batterispændingen. Så indtil batterispændingen er større end vekselstrømsindgangen, er dioden ledende, indtil batterispændingen er større end vekselstrømsindgangen. Denne fremadrettede strøm gennem dioden oplader kondensatoren, men med batterispændingen. Når vekselstrømsindgangen overstiger batterispændingen, bliver dioden nu omvendt forspændt, og derfor ophører ledningen gennem dioden.
Ved påføring af den negative halvdel af indgangssignalet er dioden nu fremadrettet på grund af både vekselstrømsindgangen og batterispændingen og begynder at lede. Dette oplader kondensatoren med spændingssummation af vekselstrømsindgangen sammen med batterispænding. Der opnås derfor et sådant udgangsspændingsniveau.
2. Tilfælde af negativ forspænding
På tidspunktet for den positive halvdel af vekselstrømssignalet bliver dioden omvendt forspændt af både vekselstrømsindgangen og batterispændingen. På grund af dette strømmer strømmen gennem belastningen og opretholder tilsammen spændingsniveauet.
På tidspunktet for den negative halvdel er dioden i fremadrettet forspændt tilstand på grund af vekselstrømsindgangen, men er i omvendt forspændt tilstand på grund af batterispændingen. Så dioden er kun ledende, når vekselstrømsindgangen dominerer batterispændingen. Dette oplader kondensatoren, og derfor får vi et forskudt signal ved udgangen.
Negativt klamperkredsløb med forspænding
På samme måde som tidligere gives der positiv og negativ forspænding til det negative klamperkredsløb. Lad os nu gå videre og diskutere begge tilfælde hver for sig.
1. Tilfælde med positiv forspænding
Som vi allerede har diskuteret, at en negativ clamper forskyder signalet nedad. I tilfælde af en positivt biaset negativ clamper hæves signalet imidlertid noget op til et positivt niveau på grund af den positivt påførte batterispænding. Når den positive halvdel af vekselstrømssignalet påføres, er dioden i forward biased tilstand på grund af vekselstrømsforsyningen, men er reverse biased på grund af batterispændingen. Så dioden er ledende, når vekselstrømsforsyningen overstiger batterispændingen.
Vejler man videre under den negative halvdel, er dioden nu i omvendt forspændt tilstand på grund af både vekselstrømsforsyningen og batterispændingen. Denne ikke-ledende tilstand af dioden aflaster kondensatoren. Således vises spændingen over kondensatoren ved udgangen.
2. Tilfælde af negativ forspænding
På tidspunktet for den positive halvdel af vekselstrømsindgangen bliver dioden fremadrettet forspændt af årsagen af vekselstrømsindgangen og batterispændingen. Dette starter ledningen gennem dioden. Derved oplades kondensatoren.
På tidspunktet for den negative halvdel bliver dioden omvendt forspændt, men vil stadig lede på grund af den fremadrettede forspændte tilstand, der påføres af batteriet. Diodestrømmen løber, indtil batterispændingen er større end vekselstrømsforsyningen. På det tidspunkt, hvor vekselstrømsindgangen overstiger batterispændingen, bliver dioden omvendt forspændt, og kondensatoren aflades. Således vises spændingen over kondensatoren ved belastningen.
Anvendelser af Clamper-kredsløb
- Clampers bruges til at identificere polariteten i kredsløbene.
- Disse kredsløb bruges som spændingsfordoblere og hjælper med at eliminere forvrængninger.
- Indvendig genopretningstid kan forbedres ved hjælp af Clampers.
Klemmer og clampers har næsten samme konstruktionsmæssige træk, men indførelsen af et nyt element i clamper-kredsløb adskiller de to kredsløbs funktion.