Clamper-piirit
Määritelmä: Clamper-piirit ovat elektronisia piirejä, jotka siirtävät AC-signaalin dc-tasoa. Clamperit tunnetaan myös nimellä DC-jännitteen palautuslaitteet tai tasonsiirtimet. Puristimet luokitellaan periaatteessa positiivisiksi ja negatiivisiksi, jotka sisältävät sekä vinoutuneet että vinoutumattomat olosuhteet erikseen.
Näitä piirejä käytetään puristamaan tulosignaali eri tasolle. Se periaatteessa lisää dc-komponentin sovellettuun tulosignaaliin, jotta signaali voidaan työntää joko positiiviselle tai negatiiviselle puolelle. Clamper-piiri on yhdistelmä vastusta yhdessä diodin ja kondensaattorin kanssa. Se käyttää joskus myös dc-paristoa, jotta signaalitaso siirtyisi lisää.
Clamper-piirit on rakennettu samalla tavalla kuin clipper-piirit. Clamper sisältää kuitenkin ylimääräisen latauselementin, joka on kondensaattori sen piirissä. Vastuksen ja kondensaattorin yhdistelmää clamper-piirissä käytetään ylläpitämään erilaista dc-tasoa clamperin ulostulossa.
Clamper-piirien toimintaperiaate
Kuten olemme jo keskustelleet, clamper koostuu kondensaattorista ja diodista shunttikytkennässä kuorman kanssa.
Clamper-piirien työskentely riippuu kondensaattorin aikavakion vaihtelusta. Tämä vaihtelu on seurausta siitä, että diodin virran kulkureitti muuttuu tulosignaalin napaisuuden muuttuessa.
Tässä aikavakion suuruus on
τ= RC
Tämä valitaan riittävän suureksi, jotta varmistetaan, että kondensaattorin yli tuleva jännite ei purkaudu johdonmukaisesti diodin ei-johtavassa välissä. Tällainen purkautuminen tapahtuu kuitenkin vain silloin, kun kuormitusvastus on hyvin suuri. Tämä mahdollistaa sen, että kondensaattori kestää suuremman purkautumisajan. Sitä vastoin kondensaattorin pienempi arvo valitaan siten, että se latautuu nopeasti diodin johtavana aikana.
Kytkentäpiirien luokittelu
Kytkentäpiirit luokitellaan seuraaviin ryhmiin:
Positiivinen kytkentäpiiri
Oheisessa kuvassa on esitetty positiivisen kytkentäpiirin kytkentä-
Kuten tässä nähdään, diodi on rinnakkaiskytkennässä kuorman kanssa. Voimme siis sanoa, että diodin käänteinen harhautus tuottaa ulostulon kuormaan.
Aluksi sovelletun tulosignaalin positiivinen puolisko harhauttaa diodin käänteisesti, mutta kondensaattori ei ole vielä latautunut. Joten tällä ajanjaksolla ulostuloa ei oteta huomioon.
Sillä, AC-signaalin negatiivinen puolikas, kondensaattori latautuu nyt täysin AC-signaalin huippuun asti, mutta käänteisellä polariteetilla. Tämä negatiivinen puolisko jännittää diodia eteenpäin, mikä johtaa eteenpäin suuntautuvan virran virtaamiseen diodin läpi. Seuraava positiivinen puolikas jännittää diodia käänteisesti, minkä vuoksi signaali ilmestyy lähtöön.
AC-signaalin positiivisen puoliskon alussa diodi on johtamattomassa tilassa, mikä johtaa kondensaattorin varauksen purkautumiseen. Niinpä ulostulossa meillä on kondensaattorin yli tallennetun jännitteen summaus ja sovellettu AC-tulosignaali. Tämä annetaan
Vo = Vm + Vm = 2Vm
Tässä, kuten voimme edellä esitetyssä ulostulon aaltomuodossa, signaalitaso siirtyy ylöspäin tai positiiviselle puolelle. Näin ollen sitä kutsutaan positiiviseksi clamperiksi.
Negatiivinen clamper-piiri
Katsotaanpa alla olevaa negatiivisen clamperin kuvaa, jotta ymmärretään yksityiskohtainen toiminta-
Kun AC-tulon positiivinen puolisko syötetään, diodi tulee eteen päin suuntautuvaan bias-olosuhteeseen, joka johtaa kuormanpoistovirtaan ulostulossa. Diodin läpi kulkee kuitenkin eteenpäin suuntautuva virta, joka lataa kondensaattorin ac-signaalin huippuun, mutta jälleen käänteisellä polariteetilla. Kondensaattori latautuu tällöin diodin eteenpäin suuntautuneeseen tilaan asti.
Kun AC-signaalin negatiivinen puolikas syötetään, diodi muuttuu nyt käänteisesti suuntautuneeksi. Tämä mahdollistaa kuormitusvirran esiintymisen piirin ulostulossa. Nyt tämä diodin johtamaton tila purkaa kondensaattorin. Niinpä ulostulossa saavutetaan kondensaattorin jännitteen summaus yhdessä tulojännitteen kanssa.
Siten ulostulossa meillä on,
Vo = – Vm – Vm = -2Vm
Tämä johtaa signaalin siirtymiseen alaspäin. Siksi sitä kutsutaan negatiiviseksi clamper-piiriksi.
Positiivinen clamper-piiri, jossa on biasointi
Tämä tehdään periaatteessa ylimääräisen siirtymän aikaansaamiseksi signaalin tasossa. Tässä piirille annettava viritys on kahdenlaista. Se voi olla positiivisesti tai negatiivisesti esijännitetty piiri. Keskustelemme siis molemmista tapauksista erikseen.
1. Positiivisen vinoutuksen tapaus
Toiminta on lähes samanlaista kuin positiivisesti vinouttamattomassa tapauksessa, mutta tässä annetaan lisäjännite, jotta signaalin tasossa on ylimääräinen siirtymä.
Kun tulosignaalin positiivinen puolisko syötetään, diodi on käänteisesti vinoutunut vaihtovirtatulon takia, mutta on eteenpäin vinoutunut paristojännitteen takia. Joten, kunnes akun jännite on suurempi kuin ac-tulo, diodi johtaa. Tämä diodin läpi kulkeva eteenpäin suuntautuva virta lataa kondensaattorin, mutta akun jännitteellä. Kun vaihtovirran tulo ylittää akun jännitteen, diodi saa nyt käänteisjännitteen ja siten johtuminen diodin läpi lakkaa.
Tulosignaalin negatiivisen puoliskon soveltamisen yhteydessä diodi on nyt sekä vaihtovirran tulon että akun jännitteen vuoksi eteenpäin suuntautunut ja alkaa johtaa. Tämä lataa kondensaattorin akkujännitteen ja akkujännitteen yhteenlasketulla jännitteellä. Näin ollen saavutetaan tällainen lähtöjännitetaso.
2. Negatiivisen vinoutuksen tapaus
Vaihtovirtasignaalin positiivisen puoliskon aikaan diodi vinoutuu käänteisesti sekä vaihtovirtatulon että akkujännitteen vaikutuksesta. Tästä johtuen virta kulkee kuorman läpi ja ylläpitää yhdessä jännitetasoa.
Negatiivisen puoliskon aikaan diodi on eteenpäin suuntautuneessa tilassa ac-tulon takia, mutta on käänteisesti suuntautuneessa tilassa akun jännitteen takia. Niinpä diodi johtaa vain silloin, kun AC-tulo hallitsee akun jännitettä. Tämä lataa kondensaattorin, joten saamme siirretyn signaalin ulostulossa.
Negatiivinen Clamper-piiri, jossa on biasointi
Samalla tavalla kuin edellisessä, positiivinen ja negatiivinen biasointi annetaan negatiiviselle clamper-piirille. Siirrytään nyt eteenpäin ja keskustellaan molemmista tapauksista erikseen.
1. Positiivisen biasoinnin tapaus
Kuten olemme jo keskustelleet siitä, että negatiivinen clamper siirtää signaalia alaspäin. Positiivisesti vinoutuneen negatiivisen klemmarin tapauksessa signaali kuitenkin kohoaa jonkin verran positiiviselle tasolle positiivisesti käytetyn paristojännitteen ansiosta. Kun vaihtovirtasignaalin positiivinen puolikas syötetään, diodi on vaihtovirtasyötön vuoksi eteenpäin suuntautuneessa tilassa, mutta se on paristojännitteen vuoksi käänteisesti suuntautunut. Niinpä diodi johtaa, kun vaihtovirtajännite ylittää akun jännitteen.
Lisäännyttäessä negatiivisen puoliskon aikana diodi on nyt käänteisesti vinoutuneessa tilassa sekä vaihtovirtajännitteen että akun jännitteen vuoksi. Tämä diodin johtamaton tila purkaa kondensaattorin. Näin kondensaattorin yli oleva jännite ilmestyy ulostuloon.
2. Negatiivisen vinoutuksen tapaus
Vaihtovirtasyötön positiivisen puoliskon aikaan diodi joutuu eteenpäin vinoutuneeksi vaihtovirtasyötön ja akkujännitteen aiheuttamana. Tämä käynnistää johtumisen diodin läpi. Seurauksena on kondensaattorin latautuminen.
Negatiivisen puoliskon aikaan diodi asettuu käänteisjännitteiseksi, mutta johtaa silti akun aiheuttaman eteenpäin suuntautuneen tilan vuoksi. Diodivirta virtaa, kunnes akun jännite on suurempi kuin ac-tulon syöttö. Kun ac-syöttö ylittää akun jännitteen, diodi asettuu vastakkaiseen asentoon ja kondensaattori purkautuu. Siten kondensaattorin yli oleva jännite näkyy kuormituksessa.
Clamper-piirien sovellukset
- Clampers-piirejä käytetään piirien napaisuuden tunnistamiseen.
- Näitä piirejä käytetään jännitteen kaksinkertaistajina ja ne auttavat vääristymien poistamisessa.
- Käänteistä palautumisaikaa voidaan parantaa puristimien avulla.
Puristimilla ja puristimilla on lähes sama rakennepiirre, mutta uuden elementin käyttöönotto puristinpiireissä erottaa näiden kahden piirin toiminnan toisistaan.