ダイオードクランパー回路 – 正、負、バイアスクランパー回路

前回は、交番波形の正または負の部分を切り取るクリッパー回路について学びました。 今回は、波形を歪ませることなく出力信号のDCレベルをクランプするクランパ回路、つまりレベルシフタ回路について学習します。 コンデンサ、ダイオード、抵抗を使って設計することができます。 クリッパーとクランパーの違いは、クリッパー回路は波形の形状を変えるが、クランパーは出力信号のDCレベルを操作するだけであることだ

抵抗とコンデンサーを選ぶ際には、波形の周期を維持するためにコンデンサーの放電時間について注意する必要がある。 コンデンサがゆっくり放電するように、周期の半分よりかなり大きくする必要があります。 電解コンデンサは充放電が遅いので、クランパ回路には使用しない方が良い。 放電時間()は、次の式で計算できます。

t (Tau) = RC

ここで、Rは回路に使用する抵抗、Cはコンデンサの容量です。

クランパ回路は、クランプの仕方で主に3種類に分けられる。

  1. Positive Clamper
  2. Negative Clamper
  3. Biased Clamper

Positive Clamper

負のサイクルがゼロ電圧レベル以上にクランプ/シフトすると、全体の信号がプラス側にシフトするのでこの回路は Positive Clamperと呼ばれています。

まず、トランスの12V(AC電源)端子とコンデンサを接続し、ダイオードのマイナス端子をコンデンサのもう一方の端子、プラス端子をトランスの0V端子と接続する。 次に、ダイオードと並列に10Kの抵抗を接続します。 図のように、オシロスコープのチャンネルAを入力側に、チャンネルBを出力側に接続します。 これで準備は完了です。 トランスとオシロスコープの電源を入れ、両方のチャンネルを0Vラインに合わせると、次のようにチャンネルBが上にずれているのがわかります。

最初の正の半サイクルでは、ダイオードは逆バイアスになり、コンデンサはピーク値で充電されなくなります。 しかし、負の半サイクルの間、ダイオードは順方向にバイアスされ、コンデンサはそのピーク値Vmで充電されます。 ここで、Viは入力電圧、Voは出力電圧、Vmはコンデンサが充電される最大電圧である。 従って、出力は+Vmレベルだけシフトします。

ネガティブ・クランパ

正のサイクルがゼロ電圧レベル以下になると、信号全体が負側にシフトするため、クランパ回路はネガティブ・クランパと呼ばれるようになる。

まずトランスの12V(AC電源)端子とコンデンサを接続し、ダイオードのプラス端子をコンデンサの反対側の端子に、マイナス端子をトランスの0V端子に接続します。 次に、ダイオードと並列に10Kの抵抗を接続します。 図のように、オシロスコープのチャンネルAを入力側に、チャンネルBを出力側に接続します。 これで準備は完了です。 トランスとオシロスコープの電源を入れ、両方のチャンネルを0Vラインに合わせると、下の図のようにチャンネルBが下にずれているのが分かります。 チャンネルAは黄色、チャンネルBは青色です。

最初の正の半サイクルの間、ダイオードは順バイアスになりコンデンサはピーク値Vmで充電され、負の半サイクルではダイオードは逆バイアスになって開回路として機能するようになります。 ここで、Viは入力電圧、Voは出力電圧、Vmはコンデンサが充電される最大電圧である。 したがって、出力は負の電圧であるため、-Vmレベルだけシフトされます。

バイアス・クランパ

バイアス・クランパは、先に述べた正負クランパと何ら変わるところはない。 バイアス電圧とダイオードで構成されています。

つまり、バイアス電圧を正のクランパに接続すると、バイアス電圧は出力電圧に加算され、バイアス電圧としてより正のレベルにシフトします。

また、バイアス電圧を負のクランパに接続すると、バイアス電圧は出力電圧に加算され、バイアス電圧としてより負のレベルにシフトします。

ただし、負のバイアス電圧を正のクランパーで接続すると、出力電圧から減算されるため、正のレベルに移行するのではなく、何らかの負のレベルに移行することを忘れないでください。

また、負のクランパに正のバイアス電圧を接続すると、負のレベルにシフトする代わりに、出力電圧から減算されるため、ある正のレベルにシフトすることになります。

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