Clipper-Schaltungen
Eine Schaltung, die die Spitze einer Wellenform entfernt, wird als Clipper bezeichnet . Ein negativer Clipper ist in der Abbildung unten dargestellt.
Analyse des Klapperkreislaufs
Dieses Schaltbild wurde mit dem Schaltplan-Erfassungsprogramm Xcircuit erstellt. Xcircuit produzierte die SPICE-Netzliste Abbildung unten, bis auf das zweite und vorletzte Zeilenpaar, das mit einem Texteditor eingefügt wurde.
*SPICE 03437.eps * A K ModelName D1 0 2 Diode R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 5 1k) .model Diode d .tran .05m 3m .end
Clipper:Beschneidet negative Spitzen bei -0,7 V.
Positiver Halbzyklus
Während der positiven Halbwelle des 5-V-Spitzeneingangs wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt. Die Diode leitet nicht. Es ist, als ob die Diode nicht da wäre. Die positive Halbwelle bleibt am Ausgang V(2) in der Abbildung unten unverändert. Da die positiven Spitzen des Ausgangs tatsächlich die Eingangssinuswelle V(1) überlagern, wurde der Eingang der Übersichtlichkeit halber im Diagramm nach oben verschoben. In Nutmeg, dem SPICE-Anzeigemodul, wird dies mit dem Befehl „plot v(1)+1)“ bewerkstelligt.
V(1)+1 ist eigentlich V(1), eine Sinuswelle von 10 Vptp, die um 1 V versetzt ist, um die Klarheit der Anzeige zu gewährleisten. Der V(2)-Ausgang wird durch die Diode D1 auf -0,7 V begrenzt.
Negativer Halbzyklus
Während der negativen Halbwelle des Sinuswelleneingangs der obigen Abbildung ist die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt, dh leitet. Die negative Halbwelle der Sinuswelle wird kurzgeschlossen. Die negative Halbwelle von V(2) würde für eine ideale Diode bei 0 V abgeschnitten. Die Wellenform wird aufgrund des Durchlassspannungsabfalls der Siliziumdiode bei -0,7 V abgeschnitten. Das Spice-Modell ist standardmäßig auf 0,7 V eingestellt, es sei denn, die Parameter in der Modellanweisung geben etwas anderes an. Germanium- oder Schottky-Dioden klemmen bei niedrigeren Spannungen.
Eine genauere Untersuchung des negativen begrenzten Peaks (Abbildung oben) zeigt, dass er dem Eingang für eine kurze Zeit folgt, während sich die Sinuswelle in Richtung -0,7 V bewegt. Die Clipping-Aktion ist erst wirksam, wenn die Eingangssinuswelle -0,7 V überschreitet. Die Diode leitet jedoch während des größten Teils der Halbwelle nicht.
Symmetrische Clipper-Schaltung
Das Hinzufügen einer antiparallelen Diode zu der bestehenden Diode in der obigen Abbildung ergibt den symmetrischen Clipper in der Abbildung unten.
*SPICE 03438.eps D1 0 2 Diode D2 2 0 Diode R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 5 1k) .Modell Diode d .tran 0.05m 3m .end
Symmetrischer Clipper:Antiparallele Dioden beschneiden sowohl die positive als auch die negative Spitze und hinterlassen einen Ausgang von ± 0,7 V.
Die Diode D1 beschneidet die negative Spitze bei -0,7 V wie zuvor. Die zusätzliche Diode D2 leitet für positive Halbwellen der Sinuswelle, wenn sie 0,7 V überschreitet, den Durchlassdiodenabfall. Der Rest der Spannung fällt über den Reihenwiderstand ab. Daher werden beide Spitzen der Eingangssinuswelle in der Abbildung unten abgeschnitten. Die Netzliste ist in Abbildung oben
Die Diode D1 schneidet bei -0,7 V ab, da sie während negativer Spitzen leitet. D2 leitet für positive Spitzen, Clipping bei 0,7 V
Allgemeine Form des Diodenclippers
Die allgemeinste Form des Diodenclippers ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Bei einer idealen Diode erfolgt die Begrenzung auf dem Niveau der Begrenzungsspannung V1 und V2. Die Spannungsquellen wurden jedoch angepasst, um den 0,7 V-Durchlassabfall der echten Siliziumdioden zu berücksichtigen. D1 schneidet bei 1,3 V + 0,7 V =2,0 V ab, wenn die Diode zu leiten beginnt. D2 schneidet bei -2,3 V -0,7 V =-3,0 V ab, wenn D2 leitet.
*SPICE 03439.eps V1 3 0 1.3 V2 4 0 -2.3 D1 2 3 Diode D2 4 2 Diode R1 2 1 1.0k V3 1 0 SIN(0 5 1k) .Modell Diode d.tran 0.05m 3m .End
D1 beschneidet die Eingangssinuswelle bei 2V. D2-Clips bei -3V.
Der Clipper in der Abbildung oben muss nicht beide Ebenen beschneiden. Um bei einer Diode und einer Spannungsquelle auf einer Ebene zu klemmen, entfernen Sie die andere Diode und Quelle.
Die Netzliste befindet sich in der Abbildung oben. Die Wellenformen in der Abbildung unten zeigen das Clipping von v(1) am Ausgang v(2).
D1 beschneidet die Sinuswelle bei 2V. D2-Clips bei -3V.
Zener-Dioden-Clipper
Es gibt auch eine Zenerdioden-Clipper-Schaltung im Abschnitt „Zenerdiode“. Eine Zenerdiode ersetzt sowohl die Diode als auch die Gleichspannungsquelle.
Praktische Anwendung von Clipper-Schaltungen
Eine praktische Anwendung eines Clippers besteht darin, zu verhindern, dass ein verstärktes Sprachsignal einen Funksender in der Abbildung unten übersteuert. Übersteuerung erzeugt der Sender störende Funksignale, die Interferenzen mit anderen Sendern verursachen. Die Schermaschine ist eine Schutzmaßnahme.
Clipper verhindert das Überfahren des Funksenders durch Sprachspitzen.
Eine Sinuswelle kann durch Übersteuerung eines Clippers quadriert werden. Eine weitere Clipper-Anwendung ist der Schutz freiliegender Eingänge von integrierten Schaltungen. Der Eingang des ICs ist mit einem Diodenpaar wie am Knoten „2“ der Abbildung oben verbunden. Die Spannungsquellen werden durch die Stromversorgungsschienen des ICs ersetzt. CMOS-ICs verwenden beispielsweise 0 V und +5 V. Analogverstärker verwenden möglicherweise ±12 V für die Quellen V1 und V2.
- REZENSION
- Ein Widerstand und eine Diode, die von einer Wechselspannungsquelle betrieben werden, beschneiden das an der Diode beobachtete Signal.
- Ein Paar antiparalleler Si-Dioden klemmen symmetrisch bei ±0,7 V
- Das geerdete Ende einer Clipper-Diode(n) kann getrennt und an eine Gleichspannung angeschlossen werden, um auf einen beliebigen Pegel zu schneiden.
- Ein Clipper kann als Schutzmaßnahme dienen, um zu verhindern, dass ein Signal die Clip-Grenzen überschreitet.
VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:
- Clipper und Clamper Circuits Arbeitsblatt
Industrietechnik