Clamper áramkörök
Meghatározás: A Clamper áramkörök olyan elektronikus áramkörök, amelyek eltolják a váltakozó áramú jel egyenáramú szintjét. A clamperek egyenfeszültség-visszaállító vagy szintváltó néven is ismertek. A szorítók alapvetően pozitív és negatív osztályba sorolhatók, amelyek mind az előfeszített, mind az előfeszítetlen állapotokat külön-külön tartalmazzák.
Ezeket az áramköröket arra használják, hogy a bemeneti jelet más egyenáramú szintre szorítsák. Alapvetően egyenáramú komponenst ad az alkalmazott bemeneti jelhez annak érdekében, hogy a jelet a pozitív vagy negatív oldalra tolja. A Clamper áramkör egy ellenállás kombinációja egy diódával és egy kondenzátorral együtt. Néha egyenáramú akkumulátort is alkalmaz, hogy a jelszint további eltolódása legyen.
A Clamper áramkörök hasonló módon épülnek fel, mint a clipper áramkörök. A clamper azonban tartalmaz egy extra töltőelemet, amely a kondenzátor az áramkörében. Az ellenállás és a kondenzátor kombinációja a clamper áramkörben arra szolgál, hogy a clamper kimenetén különböző egyenáramú szintet tartson fenn.
A clamper áramkörök működési elve
Amint már tárgyaltuk, a clamper a kondenzátorból és egy diódából áll a terheléssel való söntkapcsolatban.
A clamper áramkörök működése a kondenzátor időállandójának változásától függ. Ez a változás a dióda áramútjának megváltozásából adódik a bemeneti jel polaritásának változásával.
Itt az időállandó nagysága
τ= RC
ezt elég nagyra választják annak érdekében, hogy biztosítsák, hogy a kondenzátoron keresztüli feszültség következésképpen ne ürüljön ki a dióda nem vezető intervallumában. Ilyen kisülés azonban csak akkor következik be, ha a terhelés ellenállása nagyon nagy. Ez lehetővé teszi, hogy a kondenzátor nagyobb kisülési időt vegyen igénybe. Ezzel szemben a kondenzátor kisebb értékét úgy választják meg, hogy a dióda vezetésének idején gyorsan feltöltődjön.
A clamper áramkörök osztályozása
A clampereket a következő csoportokba soroljuk:
Pozitív clamper áramkör
Az alábbi ábrán egy pozitív clamper áramköre látható-
Amint itt látható, a dióda párhuzamosan kapcsolódik a terheléssel. Tehát mondhatjuk, hogy a dióda fordított előfeszítése biztosítja a kimenetet a terhelésen.
Az alkalmazott bemeneti jel pozitív fele kezdetben fordítva előfeszíti a diódát, de a kondenzátor még nincs feltöltve. Tehát ebben az időszakban a kimenet nem lesz figyelembe véve.
Az AC jel negatív felénél a kondenzátor most teljesen feltöltődik az AC jel csúcsáig, de fordított polaritással. Ez a negatív fele előrefelé előfeszíti a diódát, ami az előremenő áram áramlását eredményezi a diódán keresztül. A következő pozitív fele aztán fordítva előfeszíti a diódát, ami miatt a jel megjelenik a kimeneten.
Az AC jel pozitív felének kezdetén a dióda nem vezető állapotban van, ami a kondenzátor töltésének kisülését eredményezi. Tehát a kimeneten a kondenzátoron tárolt feszültség összegzése és az AC bemeneti jel alkalmazása lesz. Ezt adja
Vo = Vm + Vm = 2Vm
Itt, ahogy a fent látható kimeneti hullámformában láthatjuk, a jelszint felfelé vagy pozitív oldalra tolódik. Ezért pozitív clamper-nek nevezik.
Negatív clamper áramkör
Nézzük meg a negatív clamper alábbi ábráját, hogy megértsük a részletes működést-
Az AC bemenet pozitív felének alkalmazásakor a dióda előrefeszített állapotba kerül, ami terhelés nélküli áramot eredményez a kimeneten. A diódán keresztül azonban egy előremenő áram folyik, amely a kondenzátort az AC jel csúcsára tölti fel, de ismét fordított polaritással. A kondenzátor itt a dióda előrefelé előfeszített állapotáig töltődik.
Az AC jel negatív felének alkalmazásakor a dióda most fordított előfeszítésűvé válik. Ez lehetővé teszi a terhelőáram megjelenését az áramkör kimenetén. Most a diódának ez a nem vezető állapota lemeríti a kondenzátort. Így a kimeneten a kondenzátor feszültségének összegzése a bemeneti feszültséggel együtt valósul meg.
A kimeneten tehát,
Vo = – Vm – Vm = -2Vm
Ez a jel lefelé történő eltolódását eredményezi. Ezért negatív clamper áramkörnek nevezzük.
Pozitív clamper áramkör előfeszítéssel
Ez alapvetően azért történik, hogy további eltolódást vezessen be a jel szintjében. Itt az áramkör számára biztosított előfeszítés kétféle. Ez lehet pozitívan vagy negatívan előfeszített áramkör. Ezért mindkét esetet külön tárgyaljuk.
1. Pozitív előfeszítés esete
A működés majdnem hasonló a pozitív előfeszítés nélküli esethez, de itt egy további feszültséget biztosítunk, hogy a jelszint további eltolódása legyen.
A bemeneti jel pozitív felének alkalmazásakor a dióda a váltakozó áramú bemenet miatt fordított előfeszítésű, de az akkumulátorfeszültség miatt előfeszített. Tehát, amíg az akkumulátor feszültsége nagyobb, mint az AC bemenet, a dióda vezet. Ez az előremenő áram a diódán keresztül feltölti a kondenzátort, de az akkumulátor feszültségével. Mivel az AC bemenet meghaladja az akkumulátor feszültségét, a dióda most fordított előfeszítésűvé válik, és így a diódán keresztül történő vezetés leáll.
A bemeneti jel negatív felének alkalmazásakor a dióda most előrefelé előfeszített mind az AC bemenet, mind az akkumulátor feszültsége miatt, és elkezd vezetni. Ez feltölti a kondenzátort a váltakozó bemeneti feszültség és az akkumulátor feszültségének feszültségösszegzésével együtt. Ezért ilyen kimeneti feszültségszint érhető el.
2. Negatív előfeszítés esete
A váltakozó áramú jel pozitív felének idején a dióda mind a váltakozó áramú bemeneti, mind az akkumulátor feszültsége miatt visszafelé előfeszített lesz. Ennek köszönhetően az áram átfolyik a terhelésen, és együttesen fenntartja a feszültségszintet.
A negatív felének idején a dióda az AC bemenet miatt előrefeszített állapotban van, de az akkumulátorfeszültség miatt fordítottan előfeszített állapotban van. Tehát a dióda csak akkor vezet, amikor a váltakozó áramú bemenet dominál az akkumulátor feszültségén. Ez feltölti a kondenzátort, ezért eltolt jelet kapunk a kimeneten.
Negatív Clamper áramkör előfeszítéssel
Az előzőekhez hasonlóan pozitív és negatív előfeszítést biztosítunk a negatív clamper áramkörnek. Most lépjünk tovább, és tárgyaljuk mindkét esetet külön-külön.
1. Pozitív előfeszítés esete
Mint már tárgyaltuk, hogy a negatív clamper lefelé tolja el a jelet. A pozitívan előfeszített negatív kagyló esetében azonban a pozitívan alkalmazott elemfeszültség miatt a jel némileg pozitív szintre emelkedik. A váltakozó áramú jel pozitív felének alkalmazásakor a dióda a váltakozó áramellátás miatt előrefelé előfeszített állapotban van, de az akkumulátorfeszültség miatt fordítottan előfeszített. Tehát a dióda akkor vezet, amikor a váltakozó áramellátás meghaladja az akkumulátor feszültségét.
A negatív felénél tovább haladva a dióda most fordított előfeszített állapotban van mind a váltakozó áramellátás, mind az akkumulátor feszültsége miatt. A diódának ez a nem vezető állapota lemeríti a kondenzátort. Így a kondenzátoron keresztüli feszültség megjelenik a kimeneten.
2. Negatív előfeszítés esete
A váltakozó áramú bemenet pozitív felének idején a dióda a váltakozó áramú bemenet és az akkumulátor feszültségének hatására előrefeszített állapotba kerül. Ez elindítja a vezetést a diódán keresztül. Ennek eredményeképpen feltöltődik a kondenzátor.
A negatív felénél a dióda fordított előfeszítésűvé válik, de az akkumulátor által alkalmazott előrefeszített állapot miatt még mindig vezet. A diódaáram addig folyik, amíg az akkumulátor feszültsége nagyobb, mint az AC bemeneti tápegység. Abban az időben, amikor az ac bemenet meghaladja az akkumulátor feszültségét, a dióda fordított előfeszítésűvé válik, és a kondenzátor kisül. Így a kondenzátoron keresztüli feszültség megjelenik a terhelésen.
A Clamper áramkörök alkalmazásai
- A clampereket az áramkörök polaritásának azonosítására használják.
- Ezeket az áramköröket feszültségduplázóként használják, és segítenek a torzítások megszüntetésében.
- A fordított helyreállítási idő javítható a Clampers használatával.
A csipeszek és a clampers majdnem ugyanazzal a szerkezeti jellemzővel rendelkeznek, de egy új elem bevezetése a clamper áramkörökben megkülönbözteti a kettő működését.