Mạch ghim và mạch cắt điện áp dùng diode : Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Diode Clippers (Mạch xén điện áp dùng diode) và Clampers(Mạch ghim điện áp dùng diode). Mặc dù chỉnh lưu là ứng dụng cơ bản của diode, các mạch Clippers và Clamper đều quan trọng như nhau. Clippers được gọi là Bộ giới hạn và Clampers được gọi là Bộ phục hồi điện áp DC. Hướng dẫn này cung cấp thông tin chuyên sâu về Diode Clippers và Clampers.
Giới thiệu – Mạch ghim và mạch cắt điện áp dùng diode
Hầu hết các mạch điện tử như bộ khuếch đại, bộ điều chế và nhiều loại khác có một dải điện áp cụ thể mà chúng phải chấp nhận tín hiệu đầu vào. Bất kỳ tín hiệu nào có biên độ lớn hơn phạm vi cho phép đều có thể gây ra biến dạng đầu ra của mạch điện tử và thậm chí có thể dẫn đến hư hỏng các thành phần mạch.
Thực tế là hầu hết các thiết bị điện tử hoạt động trên một nguồn cung cấp điện áp dương duy nhất, dải điện áp đầu vào cũng sẽ ở phía dương nguồn. Vì các tín hiệu tự nhiên như tín hiệu âm thanh, dạng sóng hình sin và nhiều dạng khác chứa cả chu kỳ dương và âm với biên độ thay đổi trong thời gian của chúng.
Các dạng sóng này và các tín hiệu khác phải được sửa đổi sao cho các mạch điện tử cung cấp đơn lẻ có thể hoạt động trên chúng.
Cắt hay xén một dạng sóng là kỹ thuật phổ biến nhất áp dụng cho các tín hiệu đầu vào để điều chỉnh chúng sao cho chúng có thể nằm trong phạm vi hoạt động của mạch điện tử. Việc cắt các dạng sóng có thể được thực hiện bằng cách loại bỏ các phần của dạng sóng vượt qua phạm vi đầu vào của mạch.
Clippers có thể được phân loại rộng rãi thành hai loại mạch cơ bản. Đó là: mạch clippers nối tiếp và clippers shunt hoặc song song. Mạch cắt nối tiếp chứa một điốt điện mắc nối tiếp với tải được kết nối ở cuối mạch. Bộ cắt shunt chứa một diode song song với tải điện trở.
Mạch chỉnh lưu nửa sóng tương tự như mạch cắt nối tiếp. Nếu diode trong mạch cắt nối tiếp ở điều kiện phân cực thuận, dạng sóng đầu ra tại tải sẽ tuân theo dạng sóng đầu vào. Khi diode phân cực ngược và nó không thể dẫn dòng, đầu ra của mạch gần như bằng không vôn.
Hướng của diode được kết nối xác định cực của dạng sóng đầu ra được cắt bớt. Nếu biểu tượng diode hướng về phía nguồn và được kết nối với cực dương của nguồn cung cấp, mạch sẽ là một bộ cắt nối tiếp dương, giống như nó cắt bỏ chu kỳ dương hoặc luân phiên dương của dạng sóng hình sin đầu vào.
Nếu biểu tượng diode hướng về phía tải được kết nối, thì mạch sẽ là một bộ cắt nối tiếp âm, giống như nó cắt bỏ sự luân phiên hoặc chu kỳ âm của dạng sóng hình sin đầu vào.
Diode cắt nối tiếp có điện áp đầu ra là V Tải = V Đầu vào , khi điốt đang dẫn và khi nó không dẫn điện áp đầu vào của nguồn cung cấp sẽ bị giảm xuống và có điện áp đầu ra là V Tải = 0 Vôn.
Ngược lại với mạch cắt nối tiếp, mạch cắt xén cung cấp đầu ra khi diode được kết nối phân cực ngược và khi nó không dẫn điện. Khi diode không dẫn điện, diode kết hợp điện trở shunt hoạt động như một mạch hở và cả điện trở nối tiếp và điện trở tải hoạt động như một bộ chia điện áp. Điện áp đầu ra sẽ được tính là
V Load = V Input {R Load / (R Load + R Series )}
Khi diode đang dẫn, nó hoạt động như là ngắn mạch và điện áp đầu ra trên tải sẽ là V Tải = 0 Volts. Điện trở giới hạn nối tiếp được mắc nối tiếp với nguồn cung cấp để tránh ngắn mạch điốt.
Trong trường hợp này, điện áp đầu ra của mạch phải là ± 0,7 vôn. Nó phụ thuộc vào cực của bộ cắt shunt được xác định bởi hướng kết nối diode.
Mạch clipper phân cực phía trên là một mạch cắt shunt sử dụng điện áp cung cấp DC để phân cực diode. Nó là điện áp xu hướng mà tại đó diode bắt đầu dẫn điện. Diode trong mạch shunt clipper bắt đầu dẫn điện khi nó đạt đến điện áp phân cực. Mạch Clipper được sử dụng trong nhiều hệ thống khác nhau để thực hiện một trong hai chức năng:
- Thay đổi hình dạng dạng sóng
- Bảo vệ mạch khỏi quá độ
Ứng dụng đầu tiên thường được nhận thấy trong hoạt động của bộ chỉnh lưu nửa sóng thay đổi điện áp thay đổi thành dạng sóng DC xung đầu ra. Quá độ được định nghĩa là sự thay đổi đột ngột của dòng điện hoặc điện áp với thời gian cực kỳ ngắn. Các mạch Clipper có thể được sử dụng để bảo vệ các mạch nhạy cảm khỏi các tác động nhất thời.
Các loại mạch Clipper – Mạch ghim và mạch cắt điện áp dùng diode
1.Clipper dương nối tiếp
Cathode được kết nối với nguồn điện và anode được nối đất.
- Trong nửa chu kỳ dương: Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
- Trong nửa chu kỳ âm: Điện áp đầu ra (V O ) = (V in + V d ) Volts
Trong đó V d là Điện áp Ngưỡng Diode.
2.Clipper âm nối tiếp
Cực dương được kết nối với nguồn điện và cực âm được duy trì ở điện thế nối đất.
- Trong nửa chu kỳ dương: Điện áp đầu ra (V O ) = (V in – V d ) Volts
- Trong nửa chu kỳ âm: Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
3. Bộ Shunt Clipper dương
Anốt được nối với nguồn điện thông qua một điện trở R và cực âm ở điện thế nối đất.
- Trong nửa chu kỳ dương: Điện áp đầu ra (V O ) = V d Volts
- Trong nửa chu kỳ âm: Điện áp đầu ra (V O ) = V in Volts
4. Bộ Shunt Clipper âm
Cathode được nối với nguồn điện thông qua một điện trở R và anốt được duy trì ở điện thế mặt đất.
- Trong nửa chu kỳ dương: Điện áp đầu ra (V O ) = V in Volts
- Trong nửa chu kỳ âm: Điện áp đầu ra (V O ) = – V d Volts
5.Clipper dương nối tiếp với điện áp phân cực dương
Nửa chu kỳ dương: Cathode được kết nối với nguồn cung cấp dương và anode được duy trì ở điện thế phân cực dương.
- Khi V in <V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = (V in + V d ) Vôn
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = + V dc Volts
Chu kỳ nửa âm : Cathode được kết nối với nguồn cung cấp âm và anode được duy trì ở thế phân cực dương.
- Điện áp đầu ra (V O ) = (V in + V d )
6.Clipper dương nối tiếp với điện áp phân cực dương được kết nối theo chuỗi
Nửa chu kỳ dương: Cực dương được duy trì ở điện thế GND và cực âm được nối với điện áp dương. Diode được phân cực ngược trong toàn bộ nửa chu kỳ dương.
- Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
Chu kỳ nửa âm: Cực dương được duy trì ở điện thế nối đất và cực âm được nối với nguồn cung cấp âm.
- Khi V in <V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = (V in + V dc + V d ) Vôn
7.Clipper âm nối tiếp với điện áp phân cực âm
Nửa chu kỳ dương: Cathode được kết nối với nguồn cung cấp tích cực và anode được duy trì ở thế phân cực âm.
- Điện áp đầu ra (V O ) = -V dc Volts
Nửa chu kỳ âm : Cathode được kết nối với nguồn cung cấp âm và anode được duy trì ở thế phân cực âm.
- Khi V in <V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = – V dc Volts.
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp ra (V O ) = (V in + V d ) Volts.
8. Clippers dương nối tiếp với điện áp phân cực âm được kết nối theo chuỗi
Nửa chu kỳ dương: Cực dương được duy trì ở điện thế GND và cực âm tuân theo một điện áp thay đổi. Diode được phân cực thuận trong toàn bộ nửa chu kỳ dương.
- Khi V in <V dc – V d , Điện áp ra (V O ) = (V in –V dc + V d ) Vôn
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
Nửa chu kỳ âm: Cực dương được duy trì ở điện thế GND và cực âm tuân theo điện áp âm thay đổi. Diode sẽ được phân cực thuận trong chu kỳ âm.
- Điện áp đầu ra (V O ) = (V in –V dc + V d ) Volts
9. Clippers âm nối tiếp, với điện áp phân cực dương
Nửa chu kỳ dương: Trong trường hợp này cực dương được nối với nguồn cung cấp dương và cực âm được duy trì ở điện thế phân cực dương.
- Khi V in <V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = V dc Volts
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = (V in – V d ) Volts
Chu kỳ nửa âm: Trong trường hợp này cực dương được nối với nguồn cung cấp âm và cực âm được duy trì ở điện thế phân cực dương.
- Điện áp đầu ra (V O ) = + V dc Volts
10.Clippers âm nối tiếp với điện áp phân cực dương được kết nối theo chuỗi
Nửa chu kỳ dương: Catốt được duy trì ở điện thế âm, anốt tuân theo một điện áp thay đổi. Diode được phân cực thuận trong toàn bộ nửa chu kỳ dương.
- Khi V in <V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = (V in + V dc – V d ) Vôn
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
Nửa chu kỳ âm : Cathode được duy trì ở điện thế âm và anode tuân theo một điện áp âm thay đổi.
- Khi V in <V dc – V d , Điện áp ra (V O ) = (V in + V dc –V d ) Vôn
- Khi V in > V dc – V d , Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
11. Clippers âm nối tiếp với điện áp phân cực âm được kết nối song song
Nửa chu kỳ dương: Trong mạch này, cực dương được nối với nguồn cung cấp dương và cực âm được duy trì ở điện thế phân cực âm.
- Khi V in <V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = (V in + V d ) Vôn
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = + V dc Volts
Nửa chu kỳ âm: Trong mạch này, cực dương được nối với nguồn cung cấp âm và cực âm được duy trì ở điện thế phân cực âm.
- Điện áp đầu ra (V O ) = (V in + V d ) Volts
12. Clippers âm nối tiếp với điện áp phân cực âm được kết nối theo chuỗi.
Nửa chu kỳ dương: Cathode được duy trì ở V dc và anode tuân theo một điện áp thay đổi.
- Khi V in <V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = (V in –V dc –V d ) Volts
Nửa chu kỳ âm : Cathode được duy trì ở V dc và anode tuân theo một điện áp âm thay đổi. Diode sẽ được phân cực ngược trong chu kỳ âm.
- Điện áp đầu ra (V O ) = 0 Volts
13. Shunt Clippers dương với điện áp phân cực Shunt dương
Nửa chu kỳ dương: Trong mạch này, cực dương được nối với nguồn cung cấp dương và cực âm được duy trì ở điện thế phân cực dương.
- Khi V in <V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = V tính bằng Volts
- Khi V in > V d + V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = (V d + V dc ) Vôn
Nửa chu kỳ âm: Trong mạch này, cực dương được nối với nguồn cung cấp âm và cực âm được duy trì ở thế phân cực dương.
- Điện áp đầu ra (V O ) = V tính bằng Volts
14. Shunt Clipper dương với điện áp phân cực Shunt âm
Nửa chu kỳ dương: Trong mạch này, nút cực dương được nối với nguồn cung cấp dương và cực âm được duy trì ở thế phân cực âm.
- Điện áp đầu ra (V O ) = (-V dc + V d ) Vôn
Chu kỳ nửa âm: Trong mạch này, cực dương được nối với nguồn cung cấp âm và cực âm được duy trì ở thế phân cực âm.
- Khi V trong <V dc , điện áp đầu ra (V O ) = (-V dc + V d ) Vôn
- Khi V in > V dc , Điện áp đầu ra (V O ) = V tính bằng Volts
15.Shunt Clipper âm với điện áp phân cực dương
Nửa chu kỳ dương: Cathode được kết nối với nguồn cung cấp tích cực và anode được duy trì ở điện thế phân cực dương.
- Khi V in <V dc – V d , Điện áp đầu ra (V O ) = (V dc – V d ) Volts
- Khi V in > V dc – V d , Điện áp ra (V O ) = V tính bằng Volts
Chu kỳ nửa âm : Cathode được kết nối với nguồn cung cấp âm và anode được duy trì ở thế phân cực dương.
- Điện áp đầu ra (V O ) = (V dc – V d ) Volts
16. Clippers nửa sóng cả hai chu kỳ
Nửa chu kỳ dương: Trong chu kỳ này, cực âm của điốt thứ nhất D1 được duy trì ở + V dc1 và cực dương của nó tuân theo một điện áp dương thay đổi. Tương tự, cực dương của điốt D2 được duy trì ở -V dc2 và cực âm của nó tuân theo một điện áp dương thay đổi. Diode D2 sẽ được phân cực ngược hoàn toàn trong toàn bộ nửa chu kỳ dương.
- Khi V in <V dc1 + V d1 – Điốt D1 & D2 được phân cực ngược, Điện áp đầu ra (V O ) = V tính bằng Volts.
- Khi V in > V dc1 + V d1 – Diode D1 sẽ được phân cực thuận và D2 sẽ được phân cực ngược, Điện áp đầu ra (V O ) = (V dc1 + V d1 ) Volts
Chu kỳ nửa âm: Trong chu kỳ này, catốt của diode D1 được duy trì ở + V dc1 và anốt của nó tuân theo một điện áp âm thay đổi. Tương tự, cực dương của điốt D2 được duy trì ở -V dc2 và cực âm của nó tuân theo một điện áp âm thay đổi được. Diode D1 sẽ được phân cực ngược hoàn toàn trong toàn bộ nửa chu kỳ âm.
- Khi V in <V dc2 + V d2 – Điốt D1 & D2 được phân cực ngược, Điện áp ra (V O ) = Vin Volts.
- Khi V in > V dc2 + V d2 – Diode D2 sẽ được phân cực thuận và D1 sẽ được phân cực ngược, Điện áp đầu ra (V O ) = (-V dc2 – V d2 ) Vôn
Trong mạch cắt hai bên này, cả mức cắt âm và dương đều có thể thay đổi độc lập. Loại mạch này được gọi là Clipper dựa trên song song. Nó sử dụng hai điốt và hai nguồn điện áp được nối ngược chiều nhau.
Ghim điện áp dùng Diode – Mạch ghim và mạch cắt điện áp dùng diode
Bộ Ghim cũng có thể được gọi là bộ khôi phục DC. Các mạch kẹp được thiết kế để thay đổi dạng sóng đầu vào ở trên hoặc dưới mức tham chiếu DC mà không làm thay đổi hình dạng dạng sóng. Sự dịch chuyển dạng sóng này dẫn đến sự thay đổi điện áp trung bình DC của dạng sóng đầu vào. Các mức đỉnh trong tín hiệu có thể được thay đổi bằng cách sử dụng mạch kẹp, do đó, bộ kẹp cũng có thể được gọi là bộ chuyển mức.
mạch ghim có thể được phân loại rộng rãi thành hai loại. Chúng là kẹp dương và kẹp âm.
- Mạch Ghim dương điện áp: Loại mạch ghim này dịch chuyển dạng sóng đầu vào theo hướng tích cực, do đó dạng sóng nằm trên điện áp tham chiếu DC.
- Mạch ghim âm điện áp: Loại mạch ghim này dịch chuyển dạng sóng đầu vào theo hướng âm, do đó dạng sóng nằm dưới điện áp tham chiếu DC.
Hướng của diode trong mạch kẹp xác định loại mạch ghim. Hoạt động của mạch kẹp chủ yếu dựa trên hằng số thời gian đóng cắt của tụ điện. Tuy nhiên, tụ điện trong mạch sạc qua diode và phóng điện qua tải.
Các loại mạch ghim điện áp
1. Mạch ghim âm
Mạch ghim âm gồm một Diode mắc song song với tải. Tụ điện được sử dụng trong mạch kẹp có thể được chọn sao cho nó phải sạc rất nhanh và nó không được phóng điện quá mạnh. Cực dương của điốt được nối với tụ điện và cực âm với đất. Trong nửa chu kỳ tích cực của đầu vào, diode phân cực thuận và do diode dẫn điện tích tụ điện rất nhanh.
Trong nửa chu kỳ âm của đầu vào, diode sẽ phân cực ngược và diode không dẫn điện, điện áp đầu ra sẽ bằng tổng của điện áp đầu vào đặt vào và điện tích được lưu trữ trong tụ điện trong quá trình phân cực ngược. Dạng sóng đầu ra giống như dạng sóng đầu vào, nhưng dịch chuyển dưới 0 volt.
2.Mạch ghim âm với điện áp chuẩn dương
Việc sắp xếp mạch rất giống với mạch Kẹp âm, nhưng nguồn cung cấp tham chiếu DC được mắc nối tiếp với diode. Dạng sóng đầu ra cũng tương tự như dạng sóng đầu ra của bộ kẹp âm, nhưng nó được dịch chuyển theo hướng dương một lượng bằng điện áp tham chiếu tại diode.
3. Mạch ghim âm với điện áp chuẩn âm
Nếu các hướng điện áp tham chiếu trong trường hợp trên được đảo ngược và nối tiếp với diode, thì trong nửa chu kỳ dương, diode bắt đầu dẫn dòng trước khi áp dụng điện áp đầu vào. Vì catốt có điện áp tham chiếu âm rất nhỏ nhỏ hơn 0 vôn, nên dạng sóng bị dịch chuyển ra khỏi 0 vôn về hướng âm bởi một lượng điện áp chuẩn.
4. Mạch ghim dương
Ghi chú : Ghim = Kẹp
Mạch của bộ ghim dương tương tự như bộ kẹp âm nhưng hướng của diode được đảo ngược theo cách mà cực âm của diode được nối với tụ điện. Trong nửa chu kỳ sóng dương, điện áp đầu ra của mạch sẽ là tổng của điện áp đầu vào đặt vào và điện tích được lưu trữ tại tụ điện. Trong nửa chu kỳ sóng âm, điốt bắt đầu dẫn điện và nạp điện cho tụ điện rất nhanh đến giá trị cực đại. Dạng sóng đầu ra của kẹp dương dịch chuyển theo chiều dương trên 0 vôn.
5. Mạch Ghim dương với điện áp chuẩn dương
Điện áp chuẩn dương được mắc nối tiếp với điốt trong mạch kẹp dương sao cho cực dương của điện áp chuẩn được mắc nối tiếp với cực dương của điốt. Trong nửa chu kỳ sóng dương của dạng sóng hình sin đầu vào, điốt bắt đầu dẫn điện, bởi vì ban đầu điện áp cung cấp nhỏ hơn điện áp tham chiếu dương cực dương của điốt.
Nếu một khi điện áp catốt lớn hơn điện áp anốt thì điốt ngừng dẫn dòng điện. Trong nửa chu kỳ âm, điốt dẫn điện và nạp điện cho tụ điện rất nhanh.
6. Mạch Ghim dương với điện áp chuẩn âm
Chiều của điện áp chuẩn bị đảo ngược trong trường hợp này sao cho cực âm của điện áp chuẩn được nối nối tiếp với cực dương của diode phản xạ nó như một điện áp chuẩn âm. Trong nửa chu kỳ sóng dương của dạng sóng đầu vào, diode không dẫn điện, kết quả là đầu ra bằng điện áp được lưu trữ trong tụ điện và điện áp đầu vào được áp dụng.
Trong nửa chu kỳ âm, điốt bắt đầu dẫn dòng chỉ sau khi giá trị điện áp catốt nhỏ hơn điện áp anốt.
Các ứng dụng của Clippers
- Trong trường hợp tạo ra các dạng sóng mới và / hoặc định hình các dạng sóng cũ hơn
- Clippers có thể được sử dụng như điốt tự do trong việc bảo vệ bóng bán dẫn khỏi các hiệu ứng nhất thời bằng cách kết nối các điốt song song với tải cảm ứng.
- Thường được sử dụng trong các bộ nguồn.
- Trong việc tách các tín hiệu đồng bộ hiện có từ các tín hiệu hình ảnh màu tổng hợp.
- Thường được sử dụng trong máy phát FM để loại bỏ các gợn sóng dư thừa trong các tín hiệu trên một mức nhiễu nhất định.
Các ứng dụng của Mạch ghim diode
- Mạch Ghim có thể được sử dụng thường xuyên để loại bỏ các biến dạng và xác định cực tính của mạch.
- Để cải thiện thời gian phục hồi ngược.
- Mạch kẹp có thể được sử dụng như bộ nối đôi điện áp và để mô hình hóa các dạng sóng hiện có thành hình dạng và phạm vi yêu cầu.
- Mạch ghim được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị thử nghiệm và các hệ thống sonar khác.