Dioden-Clipping-Schaltung:Ein genauer Blick auf verschiedene Arten von Clipping-Schaltungen

Ein Diodenspannungsbegrenzer

Quelle:Wikimedia Commons

Beschäftigen Sie sich mit elektronischen Projekten, bei denen Sie sie vor Hochspannungsspitzen schützen müssen?

Dann wäre es hilfreich, wenn Sie eine Dioden-Clipping-Schaltung verwenden würden. Und das liegt daran, dass Sie damit Ihre Wellenform regulieren können.

Aber wie die meisten Schaltkreise hat es ein Arbeitsprinzip, das Sie verstehen müssen. Auf diese Weise ist es einfacher, das Gerät zu bedienen. Außerdem gibt es verschiedene Kategorien von Clipping-Schaltungen.

Die gute Nachricht ist:

All dies und mehr haben wir in diesem Artikel besprochen. Also bleib dran.

Was ist eine Dioden-Clipping-Schaltung?

Ein Dioden-Wellenform-Clipper

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Der Dioden-Clipper ist eine Wellenformungsschaltung. Und es funktioniert, indem es eine Eingangswellenform nimmt. Dann schneidet es beide Hälften, die obere oder die untere Hälfte – abhängig von den Eigenschaften der Diode. Sie können dieses Gerät auch als Diodenbegrenzer bezeichnen.

Wenn der Dioden-Clipper ein Eingangssignal schneidet oder beschneidet, erzeugt er eine Ausgangswellenform. Und diese Wellenform sieht aus wie eine flache Version der Eingabe. So können Sie die Dioden-Clipping-Schaltung für verschiedene Anwendungen verwenden, um eine Eingangswellenform mit Schottky- und Signaldioden zu reformieren.

Oder die Schaltung verwendet Zenerdioden zum Überspannungsschutz. Folglich schützt der Dioden-Clipper die Schaltung vor Hochspannungsspitzen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Ausgangsspannung ein bestimmtes Niveau nicht überschreitet.

Allerdings sind ein Widerstand und eine ideale Diode die wesentlichen Komponenten, die Sie zum Aufbau einer Clipping-Schaltung benötigen. Aber wenn Sie schon dabei sind, ist es wichtig, eine Gleichstrombatterie hinzuzufügen. Dann können Sie Ihren Clipping-Level auf einen bevorzugten Betrag festlegen.

Wie funktioniert eine Dioden-Clipping-Schaltung?

Das Arbeitsprinzip der Dioden-Clipping-Schaltung ist ähnlich wie bei der Diode. Es lässt Strom durch sich selbst fließen und klemmt die Spannung – wenn die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist.

Außerdem fließt kein Strom durch die Diode, wenn sie in Sperrichtung vorgespannt ist. Daher bleibt die Spannung an seinem Anschluss unverändert.

Kategorie Haarschneidemaschinen

Typischerweise haben wir zwei allgemeine Kategorien von Clippern:Parallel und Serie. Eine ähnliche Konfiguration liegt vor, wenn die Diode parallel zur Last verzweigt ist. Und die Serienkonfiguration ist, wenn eine Diode und ein Getriebe in Folge sind.

Positivdioden-Clipper

Positivdioden-Clipper

Quelle:Tutorialspoint

Wenn Sie einen positiven Clipper haben, werden Sie feststellen, dass die positiven Halbwellen der Eingangsspannung fehlen.

Wenn Ihre Diode mit der Last in Reihe geschaltet ist, haben Sie während der positiven Halbwelle der Eingangswellenform eine Sperrvorspannung. Als Ergebnis schneidet die Diodenschaltung die positive Halbwelle ab. Und die Ausgangsspannung bleibt bei 0 Volt.

Wenn Ihr Eingang dann einen negativen Zyklus hat, ist Ihre Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Daher sehen Sie den negativen Halbprozess über die Ausgabe hinweg.

Wenn Ihre Diode jedoch parallel zur Last liegt, passiert das Gegenteil. Mit anderen Worten, die Diode wird während der positiven Halbwelle in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Und die Diode verhält sich wie ein geschlossener Schalter. Folglich leitet die Diode stark. Daher ist der Spannungsabfall über dem Lastwiderstand oder der Diode Null.

Somit ist der Ausgangsspannungswert während der positiven Halbperioden Null. Und wenn das Eingangssignal einen negativen Halbzyklus hat, ist Ihre Diode in Sperrrichtung vorgespannt. Folglich fungiert er als offener Schalter. Und die Gesamteingangsspannung wird über dem Lastwiderstand oder der Diode angezeigt (wenn die Widerstandslast größer als der Widerstand ist).

Man kann also sagen, dass die Schaltung als Spannungsteiler wirkt. Und es hat eine Ausgangsspannung von [R_L / R + R_L ] V_MAX =-V_MAX (wenn RL )

Negativdioden-Clipper

Negativer Dioden-Clipper

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Die negative Diodenbegrenzungsschaltung ähnelt eher der Umkehrung der positiven Begrenzung. Wenn also Ihre Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und die Sinuswellenform einen negativen Zyklus hat, wird sie auf -0,7 Volt begrenzt.

Auch wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist, lässt sie zu, dass die positive Halbwelle unbeeinflusst fließt. Daher haben Sie eine negative Clipper-Schaltung, wenn Ihre Diode den negativen Halbzyklus der Eingangsspannung begrenzt.

Kann die Diode beide Zyklen begrenzen? Ja, kann es. Und Sie können beginnen, indem Sie eine umgekehrte Parallelschaltung von zwei Dioden herstellen. Folglich die erste Diode (D1) beschneidet die positive Halbwelle der sinusförmigen Eingangswellenform. Andererseits sperrt die zweite Diode (D2) die negative Halbwelle.

Daher können Sie die Dioden-Clipping-Schaltungen verwenden, um die negative Halbwelle, die positive Halbwelle oder beide zu begrenzen. Allerdings sind Ihre Ausgangswellenformen Null – wenn Sie ideale Dioden verwenden. Aber wenn Sie eine Vorwärtsvorspannung haben, werden Sie einen Spannungsabfall über den Dioden bemerken. Daher treten die Clipping-Punkte bei +0,7 Volt und -0,7 Volt auf.

Sie können jedoch einen höheren Wert als die Schwelle von ±0,7 Volt erhalten. Und Sie können dies erreichen, indem Sie der Diode eine Vorspannung hinzufügen.

Oder Sie können viele Dioden in Reihe schalten, um Vielfache von 0,7 Volt zu erzeugen.

Kombinationsschere

Kombinations-Dioden-Clipper

Quelle:Researchgate

Der Kombi-Clipper ist praktisch, wenn Sie einen Teil der positiven und negativen Halbwelle der Eingangsspannung abschneiden müssen. Wenn also Ihre Eingangsspannung über der Spannung der ersten Batterie (+V1) des D1 liegt, gibt es eine starke Leitung.

Aber Ihr D2 wird in Sperrrichtung vorgespannt sein.

Daher sehen Sie die Ausgangsspannung oder +V1 am Ausgang.

Wenn es um das negative Eingangsspannungssignal geht, bleibt Ihre Diode (D1) in Sperrrichtung vorgespannt. Dann hält das +V1 eine Weile an. Danach übertrifft das Eingangssignal +V1.

Auch die zweite Diode oder D2 hat eine starke Leitung. Dies geschieht jedoch nur, wenn die Eingangsspannung größer als die Batteriespannung V2 ist.

Der Ausgang bleibt also während des negativen Zyklus auf -V2. Und das gilt, solange -V2 kleiner als die Eingangssignalspannung ist.

Vorgespannte Dioden-Clipping-Schaltungen

Vorgespannte Dioden-Clipping-Schaltung

Quelle:Tutorialspoint

Eine Vorspannung ist wesentlich zum Erzeugen von Diodenbegrenzungsschaltungen für Spannungswellenformen auf verschiedenen Pegeln. Wenn Sie also möchten, dass Ihre Diode für die Leitung in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, ist Ihr V_BIAS + 0,7 V muss kleiner sein als die Spannungsreihe über die Reihenschaltung.

Zum Beispiel, wenn Sie Ihren V_BIAS einstellen Pegel bei 5,5 Volt, kann es nur dann eine Vorwärtsspannung geben, wenn die Spannung an der Vorwärtsspannung signifikanter als 5,5 + 0,7 =6,2 Volt ist. Daher wird die Schaltung alle Spannungspegel begrenzen, die höher als dieser Vorspannungspunkt sind.

Negative Bias-Diodenbegrenzung

Wenn Sie die Vorspannung der Diode variieren, erhalten Sie einen Diodenbegrenzungspegel oder ein anderes Dioden-Clipping. Sie können also zwei vorgespannte Begrenzungsdioden verwenden, wenn Sie die negativen und positiven Halbwellen begrenzen möchten.

Außerdem ist es wichtig zu beachten, dass Sie nicht die gleiche Vorspannung für das positive und negative Dioden-Clipping benötigen. Beispielsweise könnte Ihre positive Vorspannung 8 Volt betragen, während die negative Vorspannung 10 Volt beträgt.

Positive Bias-Diodenbegrenzung

Sie können beginnen, indem Sie Ihre Batterievorspannung und Diode umkehren. Wenn also die Diode im negativen Zyklus der Ausgangswellenform leitet, wird V_BIAS wird auf einem bestimmten Niveau bleiben.

Diodenbegrenzung verschiedener Vorspannungspegel

Die Diode (D1) leitet, wenn die Spannung der positiven Halbwelle +4,7 V erreicht. Dann wird die Wellenform auf +4,7 V begrenzt.

Damit der D2 leitet, muss die Spannung -6,7 V erreichen. Daher begrenzt die Schaltung automatisch alle negativen Spannungen unter -6,7 V und positive Spannungen über +4,7 V.

Stellen Sie jedoch sicher, dass Sie die Dioden-Clipping-Pegel nicht zu niedrig oder eine Eingangswellenform zu hoch einstellen. Oder Sie erhalten eine rechteckige Wellenform, wenn die Schaltung die beiden Wellenformspitzen entfernt.

Zenerdioden-Clipping-Schaltungen

Eine Vorspannung stellt sicher, dass Sie die Spannungswellenform, die abgeschnitten wird, präzise steuern können. Aber der Nachteil der Verwendung von spannungsvorgespannten Dioden-Clipping-Schaltungen besteht darin, dass eine weitere elektromotorische Kraft-Batteriequelle verwendet wird. Daher können Sie stattdessen Zenerdioden verwenden.

Zenerdioden arbeiten speziell im Sperrbereich. Daher ist es ideal für Zenerdioden-Clipping oder Spannungsregelungsanwendungen.

Wenn der Zener leitet, verhält er sich wie eine normale Siliziumdiode mit einem Durchlassspannungsabfall von 700 mV (0,7 V) im Durchlassbereich. Außerdem bleibt die Spannung in Sperrrichtung gesperrt. Und das bleibt so lange, bis die Durchbruchspannung der Zenerdiode erreicht ist.

Die Wellenform schneidet bei der Zenerspannung ab, wenn die Zenerdiodenschaltung in Sperrichtung vorgespannt ist. Außerdem wirkt der Kurs mit seinem Sperrschichtwert von 0,7 V während der negativen Halbwelle wie eine reguläre Diode.

Anwendungen der Dioden-Clipping-Schaltung

Sie können die Dioden-Clipping-Schaltungen in den folgenden Anwendungen verwenden:

• Netzteile
• Beseitigt übermäßige Welligkeiten in Signalen, die einen bestimmten Rauschpegel in FM-Sendern überschreiten
• Es passt vorhandene Wellenformen an und erstellt neue
• Sie können es als Freilaufdiode verwenden, die Transistoren vor Einschwingvorgängen schützt.
• Beschränkt den Spannungseingang in einem Gerät

Schlussworte

Eine Dioden-Clipping-Schaltung begrenzt, verhindert oder schneidet die Eingangssignalspannung oder -wellenform unter oder über einem bestimmten Pegel. Und es gibt verschiedene Arten von Clipping-Schaltungen – je nachdem, was Sie erreichen möchten.

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