Eine Klemmschaltung ist eine Schaltung, die einem Wechselstromsignal einen Gleichstrompegel hinzufügt. Mit Hilfe der Clamping-Schaltung können die positiven und negativen Spitzen des Signals auf den gewünschten Pegel gebracht werden. Da der Gleichstrompegel verschoben wird, wird eine Klemmschaltung als Pegelschieber bezeichnet.
Klemmschaltungen bestehen aus Energiespeicherelementen wie Kondensatoren. Eine einfache Clamper-Schaltung besteht aus einem Kondensator, einer Diode, einem Widerstand und gegebenenfalls einer Gleichstrombatterie.
Clamper-Schaltung
Eine Clamper-Schaltung kann als eine Schaltung definiert werden, die aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator besteht und die Wellenform auf einen gewünschten Gleichstrompegel verschiebt, ohne das tatsächliche Aussehen des angelegten Signals zu verändern.
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, wie z.B.
- Positive Klemmschaltung
- Positive Klemmschaltung mit positivem $V_r$
- Positive Klemmschaltung mit negativem $V_r$
- Negative Clamper
- Negative Clamper mit positivem $V_{r}$
- Negative Clamper mit negativem $V_{r}$
Lassen Sie uns diese im Detail durchgehen.
Positive Clamper-Schaltung
Eine Clamping-Schaltung stellt den Gleichspannungspegel wieder her. Wenn eine negative Spitze des Signals auf den Nullpegel angehoben wird, spricht man von einer positiven Klemmschaltung.
Eine positive Klemmschaltung besteht aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator und verschiebt das Ausgangssignal in den positiven Teil des Eingangssignals. Die folgende Abbildung erklärt den Aufbau einer positiven Clamper-Schaltung.
Anfänglich, wenn das Eingangssignal gegeben wird, ist der Kondensator noch nicht geladen und die Diode ist in Sperrichtung vorgespannt. Der Ausgang wird zu diesem Zeitpunkt nicht berücksichtigt. Während des negativen Halbzyklus wird der Kondensator bei seinem Spitzenwert auf der einen Seite negativ und auf der anderen positiv geladen. Der Kondensator ist nun auf seinen Spitzenwert $V_{m}$ aufgeladen. Die Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt und leitet stark.
Bei der nächsten positiven Halbwelle wird der Kondensator auf positive Vm aufgeladen, während die Diode in Sperrichtung vorgespannt wird und einen offenen Stromkreis bildet. Das Ausgangssignal der Schaltung ist in diesem Moment
$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$
Das Signal ist also positiv geklemmt, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Das Ausgangssignal ändert sich entsprechend den Änderungen am Eingang, verschiebt aber den Pegel entsprechend der Ladung des Kondensators, da er die Eingangsspannung addiert.
Positive Klemmschaltung mit positiver Vr
Eine positive Klemmschaltung wird mit einer positiven Referenzspannung vorgespannt, die zum Ausgang addiert wird, um den geklemmten Pegel zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Schaltung der positiven Klemme mit positiver Referenzspannung wie folgt aufgebaut.
Während des positiven Halbzyklus wird die Referenzspannung über die Diode am Ausgang angelegt, und wenn die Eingangsspannung steigt, erhöht sich die Kathodenspannung der Diode im Verhältnis zur Anodenspannung, so dass sie nicht mehr leitet. Während des negativen Halbzyklus wird die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt und beginnt zu leiten. Die Spannung am Kondensator und die Referenzspannung halten zusammen die Ausgangsspannung aufrecht.
Positive Klemmschaltung mit negativer $V_{r}$
Wenn eine positive Klemmschaltung mit einer negativen Referenzspannung vorgespannt wird, wird diese Spannung zum Ausgang addiert, um den geklemmten Wert zu erhöhen. Die Schaltung der positiven Klemme mit positiver Referenzspannung ist wie folgt aufgebaut.
Während des positiven Halbzyklus halten die Spannung am Kondensator und die Referenzspannung zusammen den Ausgangsspannungspegel. Während des negativen Halbzyklus leitet die Diode, wenn die Kathodenspannung kleiner wird als die Anodenspannung.
Negative Clamper
Eine negative Clamper-Schaltung besteht aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator und verschiebt das Ausgangssignal in den negativen Bereich des Eingangssignals. Die folgende Abbildung erklärt den Aufbau einer negativen Clamper-Schaltung.
Während der positiven Halbwelle wird der Kondensator auf seinen Spitzenwert $v_{m}$ aufgeladen. Die Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt und leitet. Während des negativen Halbzyklus wird die Diode in Sperrichtung vorgespannt und hat einen offenen Stromkreis. Das Ausgangssignal der Schaltung ist in diesem Moment
$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$
Das Signal ist also negativ geklemmt, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Das Ausgangssignal ändert sich entsprechend den Änderungen am Eingang, verschiebt aber den Pegel entsprechend der Ladung des Kondensators, da er die Eingangsspannung addiert.
Negative Klemme mit positiver Vr
Eine Schaltung mit negativer Klemme wird mit einer positiven Referenzspannung vorgespannt, und diese Spannung wird zum Ausgang addiert, um den geklemmten Pegel zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Schaltung der negativen Klemme mit positiver Referenzspannung wie folgt aufgebaut.
Obwohl die Ausgangsspannung negativ geklemmt ist, wird ein Teil der Ausgangswellenform auf den positiven Pegel angehoben, da die angelegte Referenzspannung positiv ist. Während der positiven Halbwelle ist die Diode leitend, aber der Ausgang entspricht der angelegten positiven Referenzspannung. Während des negativen Halbzyklus ist die Diode offen, und die Spannung am Kondensator bildet den Ausgang.
Negative Klemmschaltung mit negativer Vr
Wenn eine negative Klemmschaltung mit einer negativen Referenzspannung vorgespannt wird, wird diese Spannung zum Ausgang addiert, um den geklemmten Pegel zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Schaltung der negativen Klemme mit negativer Referenzspannung wie folgt aufgebaut.
Die Kathode der Diode wird mit einer negativen Referenzspannung verbunden, die kleiner ist als die Nullspannung und die Anodenspannung. Daher beginnt die Diode während der positiven Halbwelle zu leiten, bevor die Nullspannung erreicht ist. Während der negativen Halbwelle erscheint am Ausgang die Spannung am Kondensator. Somit wird die Wellenform zum negativen Teil hin geklemmt.
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