Dioden-Clipper-Schaltungen: Design & Demonstration

Wie der Name schon sagt, wird die Clipper-Schaltung verwendet, um einen Teil des Eingangssignals zu "beschneiden", ohne den verbleibenden Teil der Wellenform zu verzerren. Es ist eine Wellenformungsschaltung. Dies kann in Schaltkreisen sehr nützlich sein, in denen das Eingangssignal einen höheren Spannungswert als den erwarteten erreicht. Diese Schaltungen können je nach Konfiguration oder Funktion der Diode auf verschiedene Arten implementiert werden.

Das Abschneiden erfolgt entweder im positiven oder im negativen Zyklus durch Ändern der Konfiguration der Diode. Es gibt also positive oder negative Haarschneidemaschinen, je nachdem, welcher Zyklus abgeschnitten wird. Hier werden verschiedene Arten von Haarschneidemaschinen mithilfe eines Oszilloskops erklärt und demonstriert.

Die Haupttypen von Haarschneidemaschinen sind:

Serie Positive Clipper
Serie Positive Clipper mit Vorspannung
Serie Negative Clipper
Serie Negative Clipper mit Vorspannung
Shunt Positive Clipper
Shunt Positive Clipper mit Vorspannung
Shunt Negative Clipper
Shunt Negative Clipper mit Vorspannung
Kombinierter Clipper

1. Serie Positive Clipper

Wie der Name schon sagt, schneidet diese Schaltung die positive Halbwelle des Eingangssignals ab. Die Diode ist in Reihe mit dem Ausgang geschaltet, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Befolgen Sie zum Entwerfen der Schaltung einfach den obigen Schaltplan. Verbinden Sie zuerst den 12-V-Anschluss des Transformators mit dem negativen Ende der Diode und einen 10K-Widerstand mit dem positiven Ende der Diode. Verbinden Sie dann den 0-V-Anschluss des Transformators mit dem anderen Ende des Widerstands. Verbinden Sie nun den ersten Kanal des Oszilloskops mit der Eingangsseite und den zweiten Kanal mit der Ausgangsseite. Schalten Sie den Transformator und das Oszilloskop ein. Und Sie werden sehen, dass der positive Halbzyklus des Ausgangssignals abgeschnitten ist.

Während der positiven Halbwelle befindet sich die Diode in Sperrrichtung, so dass keine Ausgangsspannung vorliegt, und während der negativen Halbwelle geht die Diode in Vorwärtsrichtung und der Spannungsabfall tritt am Ausgang auf. Daher sehen wir, dass der positive Halbzyklus abgeschnitten ist.

2. Serie Positive Clipper mit Vorspannung

Oft brauchen wir nur einen kleinen Teil des Signals, um abgeschnitten zu werden. Dazu wird eine Vorspannung verwendet. Wenn wir also die Vorspannung mit dem Widerstand verbinden, ist die Ausgangsspannung die Differenz zwischen Eingangsspannung und Vorspannung. Auf diese Weise wird die positive Hälfte auf den gewünschten Spannungspegel abgeschnitten. Wenn Sie eine negative Spannung bereitstellen (Abbildung 2), wird ein Teil des negativen Zyklus wie unten gezeigt abgeschnitten, da sich die negative Spannung mit der Eingangsspannung addiert.

3. Serie Negative Clipper

Wie der Name schon sagt, schneidet diese Schaltung die negative Halbwelle des Eingangssignals ab. Die Diode ist in Reihe mit dem Ausgang geschaltet, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Befolgen Sie zum Entwerfen der Schaltung einfach den obigen Schaltplan. Verbinden Sie zuerst den 12-V-Anschluss des Transformators mit dem positiven Ende der Diode und einen 10K-Widerstand mit dem negativen Ende der Diode. Verbinden Sie dann den 0-V-Anschluss des Transformators mit dem anderen Ende des Widerstands. Verbinden Sie nun den ersten Kanal des Oszilloskops mit der Eingangsseite und den zweiten Kanal mit der Ausgangsseite. Schalten Sie den Transformator und das Oszilloskop ein. Und Sie werden sehen, dass der negative Halbzyklus des Ausgangssignals abgeschnitten ist.

Während der positiven Halbwelle befindet sich die Diode in Vorwärtsrichtung, so dass der Spannungsabfall am Ausgang auftritt und während der negativen Halbwelle die Diode in Rückwärtsrichtung ist und keine Ausgangsspannung am Ausgang anliegt. Daher sehen wir den negativen Halbzyklus abgeschnitten.

4. Negativer Clipper der Serie mit Vorspannung

Dies funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie der seriell positiv vorgespannte Clipper. Hier wird jedoch eine negative Vorspannung verwendet, um den negativen Teil des Signals abzuschneiden, da die positive Vorspannung zur Eingangsspannung addiert wird.

5. Shunt Positive Clipper

Bei Shunt / Parallel Clipper ist die Diode mit der Ausgangsseite und der Widerstand auf der Eingangsseite verbunden. Es wird als parallel bezeichnet, da der Ausgang parallel zur Diode entwickelt wird. Der Schaltplan ist unten dargestellt:

Befolgen Sie zum Entwerfen der Schaltung den oben gezeigten Schaltplan. Verbinden Sie zuerst den 12-V-Anschluss des Transformators mit dem 10K-Widerstand und verbinden Sie das positive Ende der Diode mit diesem Widerstand und verbinden Sie dann den 0-V-Anschluss des Transformators mit dem negativen Ende der Diode. Verbinden Sie nun den ersten Kanal des Oszilloskops mit der Eingangsseite und den zweiten Kanal mit der Ausgangsseite. Schalten Sie den Transformator und das Oszilloskop ein. Und Sie werden sehen, dass der positive Halbzyklus des Ausgangssignals abgeschnitten ist.

Während der positiven Halbwelle ist die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt, so dass sie als Kurzschluss wirkt und im Falle eines Kurzschlusses keine Ausgangsspannung anliegt. Während der negativen Halbwelle geht die Diode nun in Sperrrichtung und wirkt als offener Stromkreis, und die Ausgangsspannung wird gleich der Eingangsspannung. Daher sehen wir, dass der positive Halbzyklus abgeschnitten ist.

6. Shunt Positive Clipper mit Vorspannung

Diese Art von Clipper funktioniert genauso wie die zuvor diskutierten vorgespannten Clipper, aber diesmal ist die Vorspannung mit der Diode verbunden. Bei einer positiven Vorspannung wird nur der positive Teil abgeschnitten, während eine negative Vorspannung abgeschnitten wird, wird auch ein Teil des negativen Halbzyklus abgeschnitten, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

7. Shunt Negative Clipper

Dieser Filter ist genauso konstruiert wie der positive Shunt-Clipper, nur die Diode ist in umgekehrter Reihenfolge angeschlossen. Der Schaltplan ist unten angegeben:

Verbinden Sie zuerst den 12-V-Anschluss des Transformators mit dem 10K-Widerstand und verbinden Sie das negative Ende der Diode mit diesem Widerstand und verbinden Sie dann den 0-V-Anschluss des Transformators mit dem positiven Ende der Diode. Verbinden Sie nun den ersten Kanal des Oszilloskops mit der Eingangsseite und den zweiten Kanal mit der Ausgangsseite. Schalten Sie den Transformator und das Oszilloskop ein. Und Sie werden sehen, dass der negative Halbzyklus des Ausgangssignals abgeschnitten ist.

Während der positiven Halbwelle ist die Diode in Sperrrichtung vorgespannt, so dass sie als offener Stromkreis wirkt und die Ausgangsspannung gleich der Eingangsspannung wird. Während der negativen Halbwelle geht die Diode nun in Vorwärtsrichtung und wirkt als Kurzschluss, und im Falle eines Kurzschlusses liegt keine Ausgangsspannung an. Daher sehen wir den negativen Halbzyklus abgeschnitten.

8. Shunt Negative Clipper mit Vorspannung

Sie ähneln auch seriell negativ vorgespannten Clippern, diesmal ist die Spannung jedoch mit der Diode verbunden. Sie müssen die negative Vorspannung verwenden, um das Abschneiden im negativen Zyklus und die positive Vorspannung zu erreichen, um den positiven Zyklus abzuschneiden.

9. Kombinierte Clipper

Diese Haarschneidemaschinen werden verwendet, um sowohl den positiven als auch den negativen Zyklus bis zu einem gewissen Grad abzuschneiden. Um dies zu erreichen, werden zwei Dioden in entgegengesetzte Richtungen verwendet. Um das Übersteuern zu regulieren, kann eine Vorspannung angelegt werden, so dass das Abschneiden auf die Spannungsdifferenz zwischen Eingangs- und Vorspannung erfolgt. Der Schaltplan ist unten angegeben:

Folgen Sie einfach dem oben gezeigten Schaltplan. Diese Schaltung ist dieselbe wie die obigen Parallel- / Shunt-Schaltungen, aber wir haben hier zwei Dioden verwendet. Wir haben die Schaltung ohne Verwendung der Vorspannung hergestellt, sodass im Ausgang beide Zyklen abgeschnitten werden.

Während der positiven Halbwelle ist D2 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und D1 ist in Rückwärtsrichtung vorgespannt. D2 wird also kurzgeschlossen und D1 wird offen. In ähnlicher Weise tritt für einen negativen Halbzyklus das Gegenteil der obigen Bedingung auf. Der Ausgang befindet sich jedoch auf dem Spannungsdifferenzpegel, und da wir die Vorspannung nicht verwendet haben, werden beide Zyklen abgeschnitten.