클램퍼(전자제품)

Clamper (electronics)
전압 클램프와 혼동하지 마십시오.
양의 비바이어스 전압 클램핑은 입력 파형을 수직으로 변환하여 모든 부분이 약 0V보다 커지도록 합니다.실리콘 pn [1]다이오드를 가정하면 출력의 음의 스윙이 약 -0.6V 아래로 내려가지 않습니다.

클램퍼는 DC [2]값을 이동함으로써 신호의 양의 피크 또는 음의 피크 Excursion을 정의된 값으로 고정하는 전자 회로입니다.클램퍼는 신호의 피크 투 피크익스커전(excursion)을 제한하지 않고 신호 전체를 위 또는 아래로 이동하여 피크를 기준 레벨로 배치합니다.다이오드 클램프(단순하고 일반적인 유형)는 전류를 한 방향으로만 통전시켜 기준치를 초과하는 신호를 방지하는 다이오드와 저장된 전하로부터 DC 오프셋을 제공하는 캐패시터로 구성됩니다.캐패시터는 저항 부하와 함께 시간 상수를 형성하여 클램퍼가 유효하게 되는 주파수 범위를 결정합니다.

일반 기능

클램핑 회로(클램퍼라고도 함)는 파형의 상한 또는 하한 극단을 고정 DC 전압 레벨에 바인딩합니다.이러한 회로는 DC 전압 복원기라고도 합니다.클램퍼는 정극성 및 부극성 모두에서 구성할 수 있습니다.바이어스가 없는 경우 클램핑 회로는 전압 하한(또는 음의 클램퍼의 경우 상한)을 0V로 고정합니다.이러한 회로는 파형의 피크를 평균 DC 레벨에서 변동하는 용량 결합 신호와 비교하여 특정 DC 레벨로 클램프합니다.

클램핑 네트워크는 신호를 다른 DC 레벨로 "클램핑"하는 네트워크입니다.네트워크에는 캐패시터, 다이오드 및 선택적으로 저항 소자 및/또는 부하가 필요합니다.단, 별도의 DC 전원장치를 사용하여 추가 시프트를 도입할 수도 있습니다.R과 C의 크기는 시간 상수 RC가 다이오드가 비전도하는 간격 동안 캐패시터 전체의 전압이 유의하게 방전되지 않도록 충분히 커지도록 선택해야 합니다.

종류들

클램프 회로는 작동에 따라 음 또는 양, 바이어스 또는 바이어스 없음으로 분류됩니다.정극 클램프 회로(부극 피크 클램퍼)는 입력 신호에서 순수 정극 파형을 출력하며, 모든 파형이 0V보다 커지도록 입력 신호를 오프셋합니다.음의 클램프는 이와 반대입니다. 이 클램프는 입력 신호에서 순수하게 음의 파형을 출력합니다.다이오드와 접지 사이의 바이어스 전압은 출력 전압을 그 양만큼 오프셋합니다.

예를 들어, 피크 값 5V(VINpeak = 5V)의 입력 신호가 바이어스 3V(VBIAS = 3V)의 양의 클램프에 적용되면 피크 출력 전압은 다음과 같습니다.

VOUTpeak = 2 × VINpeak + VBIAS
VOUTpeak = 2 × 5 V + 3 V
VOUTpeak = 13 V

피크 대 피크 Excursion은 10V로 유지됩니다.

포지티브 비편향

바이어스 없는 양의 클램프.

입력 AC 신호의 음의 사이클에서는 다이오드가 전방 바이어스되어 캐패시터를 V의IN 피크 음의 값으로 충전하여 전도합니다.양의 사이클 동안 다이오드는 역바이어스되므로 전도하지 않습니다.따라서 출력 전압은 캐패시터에 저장된 전압에 입력 [3]전압을 더한 값과 같으므로OUT V = VIN + V입니다INpeak. 이를 빌라드 회로라고도 합니다.

편견이 없는 음수 없음

음의 바이어스 없는 클램프

음의 비바이어스 클램프는 동등한 양의 클램프의 반대입니다.입력 AC 신호의 정주기에서는 다이오드가 전방 바이어스되어 캐패시터를 V의 피크IN 정값으로 충전하여 전도합니다.음의 사이클 동안 다이오드는 역바이어스되므로 전도하지 않습니다.따라서 출력 전압은 캐패시터에 저장된 전압에 다시 입력 전압을 더한 값과 같으므로OUT V = VIN - V입니다INpeak.

긍정적 편향

포지티브 바이어스 클램프

양의 바이어스 전압 클램프는 등가 비바이어스 클램프와 동일하지만 출력 전압은 바이어스량BIAS V만큼 오프셋된다.따라서 V = VIN + (VINpeak + VBIAS)입니다OUT.

네거티브 바이어스

음극 바이어스 클램프

부편향전압클램프도 등가무편향클램프와 동일하지만 출력전압이 부방향으로 바이어스량V만큼BIAS 오프셋된다.따라서 V = VIN - (VINpeak + VBIAS)입니다OUT.

Op-amp 회로

정밀 op-amp 클램프[4] 회로

그림에는 기준 클램프 전압이 0이 아닌 op-amp 클램프 회로가 나와 있습니다.여기서의 장점은 클램핑 레벨이 정확하게 기준 전압에 있다는 것입니다.다이오드의 순방향 전압 강하는 고려할 필요가 없습니다(이러한 전압 강하는 기준 전압에 추가되므로 앞의 단순 회로에서 필요합니다).회로 출력에 대한 다이오드 전압 강하의 영향은 앰프의 이득으로 나누어지며, 결과적으로 사소한 오류가 발생합니다.또한 이 회로는 단순한 다이오드 회로에 비해 작은 입력 신호에서 선형성이 크게 향상되었으며 부하 변화에 크게 영향을 받지 않습니다.

입력 보호를 위한 클램핑

클램핑은 원래 입력의 신호 범위를 사용할 수 없거나 손상될 수 있는 장치에 입력 신호를 적응시키는 데 사용할 수 있습니다.

동작 원리

AC입력전압의 제1부위상에서는 정클램퍼회로내의 캐패시터가 급속하게 충전된다.V가 양수가 되면in 캐패시터는 전압 더블러 역할을 합니다. 음의 사이클 동안 V와 동등한in 값을 저장하므로 양의 사이클 동안 거의 같은 전압을 공급합니다.이는 기본적으로 부하에 의해 인식되는 전압을 2배로 증가시킵니다.V가 음이 되면in 캐패시터는 동일한 전압의in V의 배터리로 작동합니다.전압원과 캐패시터는 서로 반작용하여 부하로 볼 때 순전압이 0이 됩니다.

싣고 있는

캐패시터가 있는 패시브 타입 클램퍼에 이어 부하와 병행하는 다이오드의 경우 부하가 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.R 및 C의 크기는 상수 = R {\ \가 다이오드의 비전도 간격 동안 캐패시터 전체의 전압이 유의하게 방전되지 않도록 하기 위해 선택됩니다.로드 저항이 너무 낮으면(무거운 로드) 캐패시터가 부분적으로 방전되어 파형 피크가 의도한 클램프 전압에서 벗어나게 됩니다.이 효과는 저주파에서 가장 큽니다.주파수가 높을수록 캐패시터가 방전될 때까지의 사이클 간격이 짧아집니다.

부하 방전을 극복하기 위해 콘덴서를 임의로 크게 할 수 없습니다.전도 간격 동안 캐패시터를 재충전해야 합니다.이를 위해 걸리는 시간은 구동 회로의 캐패시턴스 및 내부 임피던스에 의해 설정된 다른 시간 상수에 의해 제어됩니다.피크 전압은 1/4 사이클에서 도달한 후 다시 하강하기 시작하므로 캐패시터는 1/4 사이클에서 재충전해야 합니다.이 요구사항은 낮은 캐패시턴스 값을 요구합니다.

높은 구동 임피던스와 낮은 부하 임피던스를 가진 애플리케이션에서는 캐패시턴스 값에 대한 두 가지 상충되는 요구사항이 양립할 수 없습니다.이 경우 위에서 설명한 op-amp 회로와 같은 활성 회로를 사용해야 합니다.

편향 대 비편향

전압원과 저항을 사용하여 클램퍼를 바이어스하여 출력전압을 다른 값으로 바인드할 수 있습니다.전위차계에 공급되는 전압은 양의 클램퍼 또는 음의 클램퍼(클램퍼 유형이 오프셋 방향을 결정함)의 경우 0에서 오프셋(이상적 다이오드 가정)과 동일합니다.음전압이 양전압 또는 음전압에 공급되면 파형이 x축과 교차하여 반대편에서 이 크기의 값에 바인딩됩니다.또한 전압원과 전위차계 대신 제너 다이오드를 사용할 수 있으므로 오프셋을 제너 전압으로 설정할 수 있습니다.

예

클램핑 회로는 아날로그 텔레비전 수상기에서 흔히 볼 수 있습니다.이러한 세트에는 DC 복원기 회로가 있어 라인 블랭크(리트레이스) 기간의 '뒷면 베란다' 동안 비디오 신호의 전압을 0V로 되돌립니다.신호로 유도되는 저주파 간섭, 특히 전력선 험은 화상의 렌더링을 방해하고 극단적인 경우 세트를 동기화하지 못하게 합니다.이 간섭은 이 방법을 통해 효과적으로 제거할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Martin Hartley Jones (1995). A Practical Introduction to Electronic Circuits. Cambridge University Press. p. 261. ISBN 978-0-521-47879-3.
  2. ^ Makarov, Sergey N.; Ludwig, Reinhold; Bitar, Stephen J. (27 June 2016). Practical electrical engineering. Switzerland: Springer International. p. 827. ISBN 9783319211732. OCLC 953450203.
  3. ^ Horowitz, Paul; Winfield, Hill (30 March 2015). The Art of Electronics Third Edition. New York: Cambridge University Press. p. 37. ISBN 9780521809269.
  4. ^ S. P. Bali, 리니어 집적회로, 페이지 279, Tata McGraw-Hill, 2008 ISBN 0-07-064807-7.

추가 정보

  • R. M. Marston (1991). Diode, Transistor & Fet Circuits Manual. Newness. pp. 13–17. ISBN 978-1-4831-3540-3.
  • Rectifier Applications Handbook HB214/D Rev. 2. ON Semiconductor. Nov 2001. pp. 160–161.
  • J. A. Coekin (1975). High-Speed Pulse Techniques. Pergamon. pp. 60–64. ISBN 978-1-4831-0548-2.