Clamperový obvod je obvod, který ke střídavému signálu přidává stejnosměrnou úroveň. Pomocí upínacích obvodů lze vlastně kladné a záporné špičky signálů umístit na požadované úrovně. Protože se úroveň stejnosměrného signálu posouvá, nazývá se klešťový obvod Level Shifter.
Klešťové obvody se skládají z prvků pro ukládání energie, jako jsou kondenzátory. Jednoduchý upínací obvod se skládá z kondenzátoru, diody, rezistoru a případně stejnosměrné baterie.
Upínací obvod
Upínací obvod lze definovat jako obvod, který se skládá z diody, rezistoru a kondenzátoru, který posouvá průběh na požadovanou stejnosměrnou úroveň, aniž by se změnil skutečný vzhled přiváděného signálu.
In order to maintain the time period of the wave form, the tau must be greater than, half the time period (discharging time of the capacitor should be slow.)
$$\tau = Rc$$
Where
- R is the resistance of the resistor employed
- C is the capacitance of the capacitor used
The time constant of charge and discharge of the capacitor determines the output of a clamper circuit.
-
In a clamper circuit, a vertical shift of upward or downward takes place in the output waveform with respect to the input signal.
-
The load resistor and the capacitor affect the waveform. So, the discharging time of the capacitor should be large enough.
The DC component present in the input is rejected when a capacitor coupled network is used (as a capacitor blocks dc). Hence when dc needs to be restored, clamping circuit is used.
Types of Clampers
There are few types of clamper circuits, jako například
- Kladný svorkovátko
- Kladné svorkovátko s kladným $V_r$
- Kladné svorkovátko se záporným $V_r$
- Záporné Clamper
- Záporný clamper s kladným $V_{r}$
- Záporný clamper se záporným $V_{r}$
Projdeme si je podrobněji.
Obvod s kladným svorkovým obvodem
Svorkový obvod obnovuje stejnosměrnou úroveň. Když se záporná špička signálu zvedne nad nulovou úroveň, pak se říká, že je signál kladně upnutý.
Obvod kladného upínače je takový, který se skládá z diody, rezistoru a kondenzátoru a který posouvá výstupní signál na kladnou část vstupního signálu. Na následujícím obrázku je vysvětlena konstrukce obvodu kladné svorky.
Na začátku, když je zadán vstup, kondenzátor ještě není nabitý a dioda je opačně předpólovaná. Výstup se v tomto okamžiku neuvažuje. Během záporného půlcyklu se při špičkové hodnotě kondenzátor nabije záporně na jedné desce a kladně na druhé. Kondenzátor je nyní nabitý na svou špičkovou hodnotu $V_{m}$. Dioda je předpjatá dopředu a silně vodivá.
Během dalšího kladného půlcyklu se kondenzátor nabije na kladnou hodnotu Vm, zatímco dioda se předepne zpět a rozpojí se. Výstup obvodu bude v tomto okamžiku
$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$
Tedy signál je kladně sevřen, jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku. Výstupní signál se mění podle změn na vstupu, ale posouvá úroveň podle náboje na kondenzátoru, protože se k němu přidává vstupní napětí.
Pozitivní svorka s kladným Vr
Obvod s pozitivní svorkou, pokud je předpjatý s nějakým kladným referenčním napětím, toto napětí se přidá na výstup, aby se zvýšila sevřená úroveň. Pomocí toho se obvod kladného klamperu s kladným referenčním napětím sestrojí podle následujícího vzoru.
Při kladném půlcyklu se referenční napětí přivádí přes diodu na výstup a s rostoucím vstupním napětím se katodové napětí diody zvyšuje vzhledem k anodovému napětí, a proto přestane vést. Během záporného půlcyklu se dioda předepne a začne vést. Napětí na kondenzátoru a referenční napětí společně udržují úroveň výstupního napětí.
Pozitivní svorkovnice se záporným $V_{r}$
Pozitivní svorkovnicový obvod, je-li předpjatý s nějakým záporným referenčním napětím, toto napětí se přidá na výstup, aby se zvýšila svorkovaná úroveň. Pomocí toho je obvod kladného clamperu s kladným referenčním napětím sestrojen podle následujícího obrázku.
Během kladného půlcyklu napětí na kondenzátoru a referenční napětí společně udržují úroveň výstupního napětí. Během záporného půlcyklu dioda vede, když se katodové napětí dostane pod anodové napětí. Díky těmto změnám je výstupní napětí takové, jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku.
Záporný klapkový obvod
Záporný klapkový obvod je takový, který se skládá z diody, rezistoru a kondenzátoru a který posouvá výstupní signál na zápornou část vstupního signálu. Na obrázku níže je vysvětlena konstrukce obvodu záporného clamperu.
Během kladného půlcyklu se kondenzátor nabije na svou špičkovou hodnotu $v_{m}$. Dioda je předpjatá dopředu a vede. Během záporného půlcyklu se dioda opačně vychýlí a dojde k jejímu rozpojení. Výstupem obvodu v tomto okamžiku bude
$V_{0}=V_{i}+V_{m}$
Tedy signál je záporně sevřen, jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku. Výstupní signál se mění v závislosti na změnách na vstupu, ale posouvá úroveň podle náboje na kondenzátoru, protože se k němu přidává vstupní napětí.
Záporná svorka s kladným Vr
Obvod záporné svorky, pokud je předpjatý nějakým kladným referenčním napětím, toto napětí se přidá na výstup, aby se zvýšila svorkovaná úroveň. Pomocí toho se obvod záporného clamperu s kladným referenčním napětím sestrojí podle následujícího návodu.
Přestože je výstupní napětí záporně upnuto, část výstupního průběhu se zvýší na kladnou úroveň, protože přiložené referenční napětí je kladné. Během kladného půlcyklu dioda vede, ale výstup se rovná přiloženému kladnému referenčnímu napětí. Během záporného půlcyklu se dioda chová jako otevřený obvod a napětí na kondenzátoru tvoří výstup.
Záporná svorka se záporným Vr
Obvod záporné svorky, pokud je předpjatý nějakým záporným referenčním napětím, toto napětí se přičte k výstupu, aby se zvýšila svorkovaná úroveň. Pomocí toho se obvod záporného klamperu se záporným referenčním napětím sestrojí podle následujícího návodu.
Katoda diody je spojena se záporným referenčním napětím, které je menší než nulové a anodové napětí. Proto dioda začne vést během kladného půlcyklu, před úrovní nulového napětí. Během záporného půlcyklu se na výstupu objeví napětí na kondenzátoru. Průběh je tedy sevřen směrem k záporné části.
Applications
There are many applications for both Clippers and Clampers such as
Clippers
- Used for the generation and shaping of waveforms
- Used for the protection of circuits from spikes
- Used for amplitude restorers
- Used as voltage limiters
- Used in television circuits
- Used in FM transmitters
Clampers
- Used as direct current restorers
- Used to remove distortions
- Used as voltage multipliers
- Used for the protection of amplifiers
- Used as test equipment
- Used as base-line stabilizer