Klemmschaltungen

Die Schaltungen in der Abbildung unten werden als Klemmen bezeichnet oder DC-Restauratoren . Die entsprechende Netzliste befindet sich auch in der Abbildung unten. Diese Schaltungen klemmen einen Spitzenwert einer Wellenform auf einen spezifischen Gleichstrompegel, verglichen mit einem kapazitiv gekoppelten Signal, das um seinen durchschnittlichen Gleichstrompegel (normalerweise 0 V) ​​schwingt. Wenn die Diode aus der Klemme entfernt wird, wird standardmäßig ein einfacher Koppelkondensator verwendet – kein Klemmen.

Was ist Klemmspannung?

Was ist Klemmspannung? Und welcher Peak wird geklemmt? In der Abbildung unten (a) beträgt die Klemmspannung 0 V ohne Berücksichtigung des Diodenabfalls (genauer 0,7 V mit Si-Diodenabfall).

Funktionsanalyse des Klemmenkreises

In der Abbildung unten ist die positive Spitze von V(1) auf den Klemmpegel von 0 V (0,7 V) geklemmt. Warum ist das? In der ersten positiven Halbwelle leitet die Diode das Aufladen des linken Endes des Kondensators auf +5 V (4,3 V). Dies sind -5 V (-4,3 V) am rechten Ende bei V(1,4).

Beachten Sie die Polarität, die auf dem Kondensator in Abbildung (a) unten markiert ist. Das rechte Ende des Kondensators beträgt -5 V DC (-4,3 V) gegenüber Masse. Darüber hinaus ist eine Sinuswelle mit einer AC-Spitze von 5 V von der Quelle V(4) zum Knoten 1 gekoppelt. Die Summe der beiden ist ein Sinus mit 5 V-Spitze, der auf einem Pegel von -5 V DC (-4,3 V) reitet. Die Diode leitet nur bei aufeinanderfolgenden positiven Auslenkungen der Quelle V(4), wenn die Spitze V(4) die Ladung des Kondensators überschreitet. Dies geschieht nur, wenn die Ladung am Kondensator durch eine nicht dargestellte Last abfließt. Die Ladung des Kondensators ist gleich der positiven Spitze von V(4) (abzüglich 0,7 Diodenabfall). Der AC, der am negativen Ende, am rechten Ende, reitet, wird nach unten verschoben. Die positive Spitze der Wellenform wird auf 0 V (0,7 V) geklemmt, da die Diode auf der positiven Spitze leitet.

Klemmen:(a) Positive Spitze an 0 V geklemmt. (b) Negative Spitze an 0 V geklemmt. (c) Negative Spitze an 5 V geklemmt.

*SPICE 03443.eps V1 6 0 5 D1 6 3 Diode C1 4 3 1000p D2 0 2 Diode C2 4 2 1000p C3 4 1 1000p D3 1 0 Diode V2 4 0 SIN(0 5 1k) .Modell Diode d . tran 0.01m 5m .end 

V(4) Quellenspannung 5 V Spitze in allen Klemmen verwendet. V(1) Klemmerausgang aus der obigen Abbildung (a). V(1,4) Gleichspannung am Kondensator in Abbildung (a). V(2)-Klemmenausgang aus Abbildung (b). V(3) Klemmerausgang aus Abbildung (c).

Angenommen, die Polarität der Diode ist wie in Abbildung (b) oben umgekehrt? Die Diode leitet bei der negativen Spitze der Quelle V(4). Die negative Spitze wird auf 0 V (-0,7 V) geklemmt. Siehe V(2) in der Abbildung oben.

Die allgemeinste Realisierung des Klemmers ist in Abbildung (c) oben gezeigt, wobei die Diode an eine DC-Referenz angeschlossen ist. Der Kondensator lädt sich immer noch während der negativen Spitze der Quelle auf. Beachten Sie, dass die Polaritäten der AC-Quelle und der DC-Referenz seriell unterstützend sind. Somit lädt sich der Kondensator in der Summe auf die beiden auf, 10 V DC (9,3 V). Die Kopplung der 5-V-Spitzen-Sinuswelle über den Kondensator ergibt die obige Abbildung V(3), die Summe der Ladung auf dem Kondensator und der Sinuswelle. Die negative Spitze scheint an 5 V DC (4,3 V) geklemmt zu sein, dem Wert der DC-Klemmreferenz (weniger Diodenabfall).

Beschreiben Sie die Wellenform, wenn die DC-Klemmreferenz von 5 V auf 10 V geändert wird. Die geklemmte Wellenform verschiebt sich nach oben. Die negative Spitze wird auf 10 V (9.3) geklemmt. Angenommen, die Amplitude der Sinuswellenquelle wird von 5 V auf 7 V erhöht? Der negative Spitzenklemmpegel bleibt unverändert. Die Amplitude der Sinuswellenausgabe wird jedoch zunehmen.

Klemmschaltungen als DC-Wiederherstellungseinrichtungen

Eine Anwendung der Klemmschaltung ist als "DC-Wiederherstellung" in "Composite-Video"-Schaltungen sowohl in Fernsehsendern als auch -empfängern. Ein NTSC-Videosignal (US-Videostandard) „Weißpegel“ entspricht einer minimalen Sendeleistung (12,5%). Der Video-"Schwarzwert" entspricht einem hohen Pegel (75% der Sendeleistung. Es gibt einen "Schwarzwert" entsprechend 100% der übertragenen Leistung, der Synchronisationssignalen zugeordnet ist. Das NTSC-Signal enthält sowohl Video- als auch Synchronisationsimpulse.

Das Problem bei Composite-Videos besteht darin, dass der durchschnittliche DC-Pegel je nach Szene variiert, dunkel gegen hell. Das Video selbst soll variieren. Die Synchronisierung muss jedoch immer bei 100 % liegen. Um zu verhindern, dass die Sync-Signale bei wechselnden Szenen driften, klemmt ein „DC-Restorer“ die Spitze der Sync-Impulse auf eine Spannung, die 100 % der Sendermodulation entspricht. [ATCO]

RÜCKBLICK:

• Ein kapazitiv gekoppeltes Signal wechselt um seinen durchschnittlichen Gleichstrompegel (0 V).
• Das Signal aus einer Klemme hat einen Spitzenwert, der an eine Gleichspannung geklemmt ist. Beispiel:Die negative Spitze wird auf 0 VDC geklemmt, die Wellenform scheint nach oben verschoben zu sein. Die Polarität der Diode bestimmt, welche Spitze geklemmt wird.
• Eine Anwendung eines Klemmers oder DC-Restaurators besteht darin, die Synchronimpulse von Composite-Video auf eine Spannung zu klemmen, die 100 % der Sendeleistung entspricht.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Clipper und Clamper Circuits Arbeitsblatt