Фиксатор (электроника) - Clamper (electronics)

Не путать с зажим напряжения.

Ограничение положительного несмещенного напряжения по вертикали перемещает форму входного сигнала так, что все его части примерно больше 0 В. Обратите внимание, что отрицательный размах выходного сигнала не будет опускаться ниже примерно -0,6 В, при условии использования кремниевого pn-диода.^[1]

А стучать является Электронная схема который фиксирует либо положительные, либо отрицательные пики сигнала до определенного значения, сдвигая его значение постоянного тока.^[2] Фиксатор не ограничивает размах сигнала от пика до пика, он перемещает весь сигнал вверх или вниз, чтобы поместить пики на опорный уровень. А диодный зажим (простой, распространенный тип) состоит из диод, Который проводит электрический ток только в одном направлении и предотвращает сигнал, превышающий заданное значение; и конденсатор, который обеспечивает смещение постоянного тока от накопленного заряда. Конденсатор образует постоянная времени с резистор нагрузка, определяющая диапазон частот, в котором будет действовать фиксатор.

Общая функция

Схема ограничения (также известная как фиксатор) будет связывать верхний или нижний край формы сигнала с фиксированным уровнем постоянного напряжения. Эти схемы также известны как восстановители постоянного напряжения. Зажимы могут иметь как положительную, так и отрицательную полярность. В несмещенном состоянии зажимные цепи фиксируют нижний предел напряжения (или верхний предел, в случае отрицательных фиксаторов) равным 0 вольт. Эти схемы фиксируют пик формы волны до определенного уровня постоянного тока по сравнению с сигналом с емкостной связью, который колеблется около своего среднего уровня постоянного тока.

Схема фиксации - это цепь, которая «фиксирует» сигнал до другого уровня постоянного тока. Сеть должна иметь конденсатор, диод и резистивный элемент, но она также может использовать независимый источник постоянного тока для внесения дополнительного сдвига. Величина R и C должна быть выбрана таким образом, чтобы постоянная времени RC была достаточно большой, чтобы напряжение на конденсаторе не разряжалось значительно в течение интервала, в течение которого диод не проводит ток.

Типы

Цепи зажимов классифицируются по принципу действия; отрицательный или положительный, предвзятый или беспристрастный. Схема положительного фиксатора (фиксатор отрицательного пика) выводит из входного сигнала чисто положительную форму волны; он смещает входной сигнал так, чтобы вся форма волны была больше 0 В. Отрицательный зажим противоположен этому - этот зажим выводит чисто отрицательную форму сигнала из входного сигнала. Напряжение смещения между диодом и землей смещает выходное напряжение на эту величину.

Например, входной сигнал с пиковым значением 5 В (В_INpeak = 5 В) подается на положительный зажим со смещением 3 В (В_{ПРЕДВЗЯТОСТЬ} = 3 В) пиковое выходное напряжение будет:

V_OUTpeak = 2 × V_INpeak + V_{ПРЕДВЗЯТОСТЬ}

V_OUTpeak = 2 × 5 В + 3 В

V_OUTpeak = 13 В

Обратите внимание, что размах колебаний остается на уровне 2 V

Позитивный непредвзятый

Положительный объективный зажим.

В отрицательном цикле входного сигнала переменного тока диод смещен в прямом направлении и проводит ток, заряжая конденсатор до пикового отрицательного значения V._В. Во время положительного цикла диод имеет обратное смещение и, следовательно, не проводит ток. Таким образом, выходное напряжение равно напряжению, хранящемуся в конденсаторе, плюс входное напряжение,^[3] так что V_ИЗ = V_В + V_INpeak. Это также называется Автодром Виллар.

Отрицательный беспристрастный

Отрицательный беспристрастный зажим

Отрицательный несмещенный зажим противоположен эквивалентному положительному зажиму. В положительном цикле входного сигнала переменного тока диод смещен в прямом направлении и проводит ток, заряжая конденсатор до пикового положительного значения V._В. Во время отрицательного цикла диод имеет обратное смещение и, следовательно, не проводит ток. Таким образом, выходное напряжение равно напряжению, хранящемуся в конденсаторе, плюс входное напряжение снова, поэтому V_ИЗ = V_В - V_INpeak.

Положительно предвзято

Положительный смещенный зажим

Положительный смещенный зажим напряжения идентичен эквивалентному несмещенному зажиму, но со смещением выходного напряжения на величину смещения V_{ПРЕДВЗЯТОСТЬ}. Таким образом, V_ИЗ = V_В + (V_INpeak + V_{ПРЕДВЗЯТОСТЬ}).

Отрицательный смещенный

Зажим с отрицательным смещением

Ограничитель напряжения с отрицательным смещением аналогичен эквивалентному фиксатору без смещения, но со смещением выходного напряжения в отрицательном направлении на величину смещения V_{ПРЕДВЗЯТОСТЬ}. Таким образом, V_ИЗ = V_В - (V_INpeak + V_{ПРЕДВЗЯТОСТЬ}).

Схема операционного усилителя

Схема прецизионных зажимов операционного усилителя^[4]

На рисунке показана схема фиксации операционного усилителя с ненулевым опорным напряжением фиксации. Преимущество здесь состоит в том, что прижимная уровень ровно опорного напряжения. Там нет необходимости принимать во внимание прямого падения вольтовую диода (который необходим в предыдущих простых схемах, как это добавляет к опорному напряжению). Эффект падения напряжения на диоде на выходе схемы будет разделен на коэффициент усиления усилителя, что приведет к незначительной ошибке. Схема также имеет значительное улучшение линейности при малых входных сигналах по сравнению с простой схемой на диодах и в значительной степени не зависит от изменений нагрузки.

Зажим для защиты входа

Зажим может использоваться для адаптации входного сигнала к устройству, которое не может использовать или может быть повреждено диапазоном сигнала исходного входа.

Принцип работы

Во время первой отрицательной фазы входного переменного напряжения конденсатор в цепи положительного фиксатора быстро заряжается. В качестве V_в становится положительным, конденсатор служит удвоителем напряжения; поскольку он хранит эквивалент V_в во время отрицательного цикла он обеспечивает почти такое же напряжение во время положительного цикла. Это по существу удваивает напряжение, воспринимаемое нагрузкой. В качестве V_в становится отрицательным, конденсатор действует как батарея того же напряжения V_в. Источник напряжения и конденсатор противодействуют друг другу, в результате чего напряжение в сети, видимое для нагрузки, равно нулю.

Загрузка

Для фиксаторов пассивного типа с конденсатором, за которым следует диод, включенный параллельно нагрузке, нагрузка может существенно повлиять на производительность. Величина р и C выбираются так, чтобы постоянная времени, ${\displaystyle \tau =RC}$, достаточно велика, чтобы гарантировать, что напряжение на конденсаторе не будет значительно разряжаться во время непроводящего интервала диода. Слишком низкое сопротивление нагрузки (большая нагрузка) приведет к частичному разряду конденсатора и приведет к отклонению пиков формы волны от заданного напряжения фиксации. Этот эффект наиболее заметен на низких частотах. Чем выше частота, тем меньше времени между циклами разряда конденсатора.

Конденсатор нельзя делать произвольно большим, чтобы выдержать разряд нагрузки. Во время проводящего интервала необходимо перезарядить конденсатор. Время, необходимое для этого, определяется другой постоянной времени, на этот раз устанавливаемой емкостью и внутренним импедансом схемы управления. Поскольку пиковое напряжение достигается за четверть цикла, а затем снова начинает падать, конденсатор необходимо заряжать за четверть цикла. Это требование требует низкого значения емкости.

Два противоречивых требования к значению емкости могут быть несовместимы в приложениях с высоким импедансом возбуждения и низким импедансом нагрузки. В таких случаях необходимо использовать активную схему, например схему операционного усилителя, описанную выше.

Предвзятый против непредвзятого

Используя источник напряжения и резистор, фиксатор может быть смещен, чтобы связать выходное напряжение с другим значением. Напряжение, подаваемое на потенциометр, будет равно смещению от нуля (при условии идеального диода) в случае положительного или отрицательного фиксатора (тип фиксатора будет определять направление смещения). Если отрицательное напряжение подается либо на положительное, либо на отрицательное, форма волны пересекает ось x и будет привязана к значению этой величины на противоположной стороне. Стабилитроны также можно использовать вместо источника напряжения и потенциометра, тем самым устанавливая смещение напряжения стабилитрона.

Примеры

Цепи зажима были распространены в аналоговое телевидение приемники. В этих наборах есть схема восстановления постоянного тока, которая возвращает напряжение видеосигнала во время «задней части» периода гашения (обратного хода) линии до 0 В. Низкочастотные помехи, особенно гул линии питания, наведенные на сигнал, портят визуализацию. изображения, а в крайних случаях приводит к потере набора синхронизация. Эту помеху можно эффективно удалить этим методом.

Смотрите также

• Машинка для стрижки (электроника)
• Диод Шоттки

Рекомендации

1. Мартин Хартли Джонс (1995). Практическое введение в электронные схемы. Издательство Кембриджского университета. п. 261. ISBN  978-0-521-47879-3.
2. Макаров, Сергей Н .; Людвиг, Рейнхольд; Битар, Стивен Дж. (27 июня 2016 г.). Практическая электротехника. Швейцария: Springer International. п. 827. ISBN  9783319211732. OCLC  953450203.
3. Горовиц, Пол; Уинфилд, Хилл (30 марта 2015 г.). Искусство электроники третье издание. Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 37. ISBN  9780521809269.
4. С. П. Бали, Линейные интегральные схемы, стр.279, Тата МакГроу-Хилл, 2008 г. ISBN  0-07-064807-7.

дальнейшее чтение

• Р. М. Марстон (1991). Руководство по схемам диодов, транзисторов и полевых транзисторов. Новизна. С. 13–17. ISBN  978-1-4831-3540-3.
• Справочник по применению выпрямителя HB214 / D Rev.2. ON Semiconductor. Ноябрь 2001. С. 160–161.
• Дж. А. Коэкин (1975). Техника высокоскоростного импульса. Пергамон. С. 60–64. ISBN  978-1-4831-0548-2.