Clamper Circuits
Definition: Clamperkretsar är de elektroniska kretsar som förskjuter växelströmssignalens dc-nivå. Clampers är också kända som likspänningsåterställare eller nivåskiftare. Klämmare klassificeras i princip som positiva och negativa som inkluderar både förspända och oförspända förhållanden individuellt.
Dessa kretsar används för att klämma fast en ingångssignal till en annan likströmsnivå. Den lägger i princip till en likströmskomponent till den tillämpade ingångssignalen för att driva signalen till antingen den positiva eller negativa sidan. Clamperkretsen är en kombination av ett motstånd tillsammans med en diod och en kondensator. Den använder ibland också ett likströmsbatteri för att få en ytterligare förskjutning av signalnivån.
Klamparkretsar är uppbyggda på ett liknande sätt som cliperkretsar. Clamper innehåller dock ett extra laddningselement som är kondensatorn i sin krets. Kombinationen av motstånd och kondensator i clamperkretsen används för att bibehålla olika dc-nivåer vid clamperns utgång.
Funktionsprincipen för clamperkretsar
Som vi redan har diskuterat består en clamper av kondensatorn och en diod i shuntförbindelse med belastningen.
Funktionen hos clamperkretsar beror på variationen i kondensatorns tidskonstant. Denna variation är resultatet av att diodens strömbana ändras med förändringen av ingångssignalens polaritet.
Här är storleken på tidskonstanten
τ= RC
Detta väljs tillräckligt stort för att försäkra sig om att spänningen över kondensatorn inte avlastar sig följaktligen i diodens icke-ledande intervall. Men en sådan urladdning sker endast när belastningsmotståndet är mycket stort. Detta gör det möjligt för kondensatorn att ta större urladdningstid. Omvänt väljs ett mindre värde på kondensatorn så att den laddas snabbt när dioden är ledande.
Klassificering av Clamperkretsar
Clampers klassificeras i följande grupper:
Positiv Clamperkrets
Figuren nedan visar kretsen för en positiv clamper-
Som vi kan se här, står dioden i parallellkoppling med lasten. Så vi kan säga att omvänd förspänning av dioden ger utgången vid belastningen.
Initialt förspänner den positiva halvan av den applicerade ingångssignalen dioden i omvänd riktning, men kondensatorn är inte fortfarande laddad. Så under denna tidsperiod kommer utgången inte att beaktas.
För den negativa halvan av växelströmssignalen blir kondensatorn nu fullt laddad upp till växelströmssignalens topp men med omvänd polaritet. Denna negativa halva förspänner dioden framåt vilket resulterar i flödet av den framåtriktade strömmen genom dioden. Nästa positiva halva polariserar dioden i omvänd riktning, vilket gör att signalen kommer att visas i utgången.
I början av den positiva halvan av växelströmssignalen är dioden i icke-ledande tillstånd, vilket resulterar i att kondensatorns laddning laddas ur. Så vid utgången kommer vi att ha summan av den spänning som lagras över kondensatorn och som appliceras på växelströmsingångssignalen. Detta ges av
Vo = Vm + Vm = 2Vm
Här som vi kan se i utgångsvågformen som visas ovan är signalnivån förskjuten uppåt eller positiv sida. Därför kallas den för positiv clamper.
Negativ clamper-krets
Låt oss ta en titt på figuren nedan för negativ clamper för att förstå den detaljerade driften-
Vid den tidpunkt då den positiva halvan av växelströmsingången appliceras, kommer dioden i framåtriktat förspänningstillstånd som resulterar i en tomgångsström vid utgången. En framåtriktad ström flyter dock genom dioden som laddar kondensatorn till toppen av växelströmssignalen, men återigen med omvänd polaritet. Kondensatorn laddas här upp till diodens framåtförspända tillstånd.
När den negativa halvan av växelströmssignalen tillförs blir dioden nu omvänt förspänd. Detta gör att belastningsström kan uppträda vid kretsens utgång. Nu, detta icke-ledande tillstånd hos dioden, urladdar kondensatorn. Vid utgången uppnås alltså en summering av kondensatorspänningen tillsammans med ingångsspänningen.
Därmed har vi vid utgången,
Vo = – Vm – Vm = -2Vm
Detta resulterar i en nedåtgående förskjutning av signalen. Därför benämns den som negativ clamperkrets.
Positiv clamperkrets med förspänning
Detta görs i princip för att införa en ytterligare förskjutning av signalens nivå. Här är förspänningen till kretsen av två typer. Det kan vara en positivt eller negativt polariserad krets. Så vi kommer att diskutera båda fallen separat.
1. Fall av positiv förspänning
Arbetssättet är nästan likadant som det positiva oförspända fallet, men här tillhandahålls en extra spänning för att få en ytterligare förskjutning av signalens nivå.
När den positiva halvan av ingångssignalen appliceras är dioden omvänt förspänd på grund av växelströmsinmatningen, men är framåtförspänd på grund av batterispänningen. Så tills batterispänningen är större än växelströmsingången leder dioden. Denna framåtriktade ström genom dioden laddar kondensatorn men med batterispänningen. När växelströmmen överstiger batterispänningen blir dioden nu omvänt förspänd och därmed upphör ledningen genom dioden.
När den negativa halvan av ingångssignalen tillförs är dioden nu framåtriktad på grund av både växelströmmen och batterispänningen och börjar leda. Detta laddar kondensatorn med spänningssumman av växelströmsingången tillsammans med batterispänningen. Därför uppnås en sådan utgångsspänningsnivå.
2. Fall av negativ förspänning
Vid tiden för den positiva halvan av växelströmssignalen blir dioden omvänt förspänd av både växelströmsingången och batterispänningen. På grund av detta flödar strömmen genom lasten och upprätthåller tillsammans spänningsnivån.
Vid tiden för den negativa halvan är dioden i framåtriktat tillstånd på grund av växelströmsingången, men är i bakåtriktat tillstånd på grund av batterispänningen. Dioden leder alltså endast när växelströmsingången dominerar batterispänningen. Detta laddar kondensatorn och därmed får vi en förskjuten signal vid utgången.
Negativ clamperkrets med förspänning
På samma sätt som tidigare ges positiv och negativ förspänning till den negativa clamperkretsen. Låt oss nu gå vidare och diskutera båda fallen separat.
1. Fall med positiv förspänning
Som vi redan har diskuterat att en negativ clamper förskjuter signalen nedåt. I fallet med den positivt polariserade negativa clamperen höjs dock signalen något till en positiv nivå på grund av den positivt applicerade batterispänningen. När den positiva halvan av växelströmssignalen appliceras är dioden i framåtriktat tillstånd på grund av växelströmsförsörjningen men är bakåtriktat på grund av batterispänningen. Dioden leder alltså när växelströmmen överstiger batterispänningen.
Om man går vidare under den negativa halvan är dioden nu i omvänt förspänt tillstånd på grund av både växelströmmen och batterispänningen. Detta icke-ledande tillstånd hos dioden urladdar kondensatorn. Således visas spänningen över kondensatorn i utgången.
2. Fall av negativ förspänning
Vid tiden för den positiva halvan av växelströmsinmatningen blir dioden framåtförspänd av orsaken till växelströmsinmatningen och batterispänningen. Detta startar ledningen genom dioden. Kondensatorn laddas.
Vid tiden för den negativa halvan blir dioden omvänt förspänd men kommer fortfarande att leda på grund av det framåtriktade tillstånd som tillämpas av batteriet. Diodströmmen flyter tills batterispänningen är högre än växelströmsförsörjningen. När växelströmmen överstiger batterispänningen blir dioden omvänt förspänd och kondensatorn urladdas. Därmed visas spänningen över kondensatorn vid belastningen.
Användningar av Clamper Circuits
- Clampers används för att identifiera polariteten i kretsarna.
- Dessa kretsar används som spänningsfördubblare och hjälper till att eliminera snedvridningar.
- Återhämtningstiden i omvänd riktning kan förbättras med hjälp av Clampers.
Clippers och clampers har nästan samma konstruktionsegenskaper, men införandet av ett nytt element i clamperkretsar skiljer de båda kretsarna åt i sitt arbete.