Προηγουμένως μάθαμε για τα Clipper Circuits, τα οποία χρησιμοποιούνται για την αποκοπή του θετικού ή αρνητικού μέρους της εναλλασσόμενης κυματομορφής. Σήμερα θα μάθουμε για τα κυκλώματα Clamper που χρησιμοποιούνται για τη σύσφιξη του επιπέδου DC του σήματος εξόδου χωρίς να παραμορφώνεται η κυματομορφή, δηλαδή είναι κυκλώματα Level Shifter. Μπορεί να σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας πυκνωτή, δίοδο και αντίσταση. Η διαφορά μεταξύ ενός clipper και ενός clamper είναι ότι το κύκλωμα clipper αλλάζει το σχήμα της κυματομορφής, αλλά το clamper χειρίζεται το επίπεδο DC του σήματος εξόδου.
Κατά την επιλογή της αντίστασης και του πυκνωτή, πρέπει να γνωρίζετε τον χρόνο αποφόρτισης του πυκνωτή καθώς διατηρεί τη χρονική περίοδο της κυματομορφής. Πρέπει να είναι αρκετά μεγαλύτερο από το μισό της χρονικής περιόδου, ώστε ο πυκνωτής να αποφορτίζεται αργά. Ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής δεν πρέπει να χρησιμοποιείται σε κυκλώματα clamper επειδή φορτίζουν και εκφορτώνουν αργά. Ο χρόνος εκφόρτισης (
t (Tau) = RC
Όπου το R είναι η αντίσταση που χρησιμοποιείται στο κύκλωμα και το C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή.
Υπάρχουν κυρίως τρεις τύποι κυκλωμάτων clamper με βάση τη σύσφιξη:
- Θετικό Clamper
- Αρνητικό Clamper
- Μεροληπτικό Clamper
Θετικό Clamper
Όταν ο αρνητικός κύκλος σφίγγει / μετατοπίζεται πάνω από το επίπεδο μηδενικής τάσης, τότε το κύκλωμα clamper ονομάζεται Positive Clamper επειδή ολόκληρο το σήμα μετατοπίζεται στη θετική πλευρά. Είναι ένα πολύ απλό κύκλωμα στο σχεδιασμό, απλώς πρέπει να ακολουθήσετε το διάγραμμα κυκλώματος παρακάτω:
Πρώτα συνδέστε τον πείρο του μετασχηματιστή 12V (πηγή AC) στον πυκνωτή και μετά συνδέστε τον αρνητικό ακροδέκτη της διόδου στον άλλο ακροδέκτη του πυκνωτή και τον θετικό ακροδέκτη στον ακροδέκτη 0V του μετασχηματιστή. Τώρα συνδέστε μια αντίσταση 10K παράλληλα με τη δίοδο. Συνδέστε το κανάλι Α του παλμογράφου στην πλευρά εισόδου και το κανάλι Β στην πλευρά εξόδου όπως φαίνεται στο σχήμα. Τώρα είστε έτοιμοι να πάτε. Ενεργοποιήστε τον μετασχηματιστή και τον παλμογράφο και ρυθμίστε και τα δύο κανάλια στη γραμμή 0V και θα δείτε ότι το κανάλι Β μετακινείται προς τα πάνω όπως φαίνεται παρακάτω:
Κατά τη διάρκεια του πρώτου θετικού μισού κύκλου η δίοδος είναι αντίστροφη προκατειλημμένη και ο πυκνωτής δεν φορτίζεται στην μέγιστη τιμή. Όμως, κατά τη διάρκεια του αρνητικού μισού κύκλου η δίοδος γίνεται προς τα εμπρός προκατειλημμένη και ο πυκνωτής φορτίζεται σε μέγιστη τιμή της V m. Και η τάση εξόδου γίνεται:
V o = V i + V m
Εδώ V i είναι η τάση εισόδου, V o είναι η τάση εξόδου και V m είναι η μέγιστη τάση στην οποία φορτώνεται ο πυκνωτής. Εξ ου και η έξοδος μετατοπίζεται κατά επίπεδο + V m. Αυτή η αλλαγή εξαρτάται αποκλειστικά από το φορτίο που αποθηκεύεται από τον πυκνωτή.
Αρνητικό Clamper
Όταν ο θετικός κύκλος σφίγγει / μετατοπίζεται κάτω από το επίπεδο μηδενικής τάσης, τότε το κύκλωμα clamper ονομάζεται Negative Clamper επειδή ολόκληρο το σήμα μετατοπίζεται στην αρνητική πλευρά. Το διάγραμμα κυκλώματος για τη δημιουργία ενός αρνητικού clamper φαίνεται παρακάτω:
Πρώτα συνδέστε τον πείρο του μετασχηματιστή 12V (πηγή AC) στον πυκνωτή και μετά συνδέστε τον θετικό ακροδέκτη της διόδου στον άλλο ακροδέκτη του πυκνωτή και τον αρνητικό ακροδέκτη στον ακροδέκτη 0V του μετασχηματιστή. Τώρα συνδέστε μια αντίσταση 10K παράλληλα με τη δίοδο. Συνδέστε το κανάλι Α του παλμογράφου στην πλευρά εισόδου και το κανάλι Β στην πλευρά εξόδου όπως φαίνεται στο σχήμα. Τώρα είστε έτοιμοι να πάτε. Ενεργοποιήστε τον μετασχηματιστή και τον παλμογράφο και ρυθμίστε και τα δύο κανάλια στη γραμμή 0V και θα δείτε ότι το κανάλι Β μετατοπίζεται προς τα κάτω όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Το κανάλι Α έχει κίτρινο χρώμα και το κανάλι Β είναι μπλε.
Κατά τη διάρκεια του πρώτου θετικού μισού κύκλου, η δίοδος είναι προκατειλημμένη προς τα εμπρός και ο πυκνωτής φορτίζεται στην μέγιστη τιμή V m και κατά τη διάρκεια του αρνητικού μισού κύκλου η δίοδος γίνεται αντίστροφη μεροληψία και ενεργεί ως ανοιχτό κύκλωμα. Έτσι, η τάση εξόδου γίνεται:
V o = V i + V m
Εδώ V i είναι η τάση εισόδου, V o είναι η τάση εξόδου και V m είναι η μέγιστη τάση στην οποία φορτώνεται ο πυκνωτής. Εξ ου και η έξοδος μετατοπίζεται κατά –V m επίπεδο επειδή είναι η αρνητική τάση. Αυτή η αλλαγή εξαρτάται αποκλειστικά από το φορτίο που αποθηκεύεται από τον πυκνωτή.
Μεροληπτικό Clamper
Ένα μεροληπτικό clamper δεν είναι τίποτα διαφορετικό από τα θετικά και αρνητικά clampers που συζητήθηκαν προηγουμένως. Αποτελείται απλώς από μια τάση πόλωσης με δίοδο.
Έτσι, εάν συνδέσετε την τάση πόλωσης με θετικό clamper τότε απλά προστίθεται με τάση εξόδου και θα μετατοπιστεί σε πιο θετικό επίπεδο ως η τάση πόλωσης.
Και αν συνδέσετε την τάση πόλωσης με αρνητικό clamper τότε απλά προστίθεται με τάση εξόδου και αλλάζει σε πιο αρνητικό επίπεδο ως η τάση πόλωσης.
Αλλά θυμηθείτε ότι εάν συνδέσετε μια αρνητική τάση πόλωσης με θετικό clamper τότε αντί να μετακινηθείτε στο θετικό επίπεδο θα μετακινηθεί σε κάποιο αρνητικό επίπεδο επειδή θα αφαιρεθεί από την τάση εξόδου.
Και αν συνδέσετε μια θετική τάση μεροληψίας με αρνητικό clamper τότε αντί να μεταβείτε στο αρνητικό επίπεδο θα μετακινηθεί σε κάποιο θετικό επίπεδο επειδή θα αφαιρεθεί από την τάση εξόδου.
Έχουμε σχεδιάσει ένα θετικό clamper με θετική τάση πόλωσης παρακάτω.
Το αρνητικό clamper μπορεί επίσης να σχεδιαστεί με τον ίδιο τρόπο απλώς αντιστρέφοντας την τάση διόδου και πόλωσης.
Η τάση προκατάληψης μπορεί να έχει οποιαδήποτε αξία, αλλά θυμηθείτε ότι δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση με την τάση εισόδου, επειδή σε αυτήν την περίπτωση είτε δεν θα έχετε καμία έξοδο, είτε η σύσφιξη μπορεί να αντιστραφεί.