مدار برش دیودی چیست؟ (آموزش طراحی مدار دیود کلیپر)

همانطور که از نامش پیداست، مدار برش برای “برش دادن” بخشی از سیگنال ورودی بدون تحریف قسمت باقیمانده شکل موج استفاده می شود. این یک مدار شکل دهنده موج است. این می تواند در مدارهایی که سیگنال ورودی مقدار ولتاژ بالاتری از حد انتظار را دارد، بسیار مفید باشد. این مدار ها را می توان با توجه به پیکربندی یا عملکرد دیود به روش های مختلفی اجرا کرد.

با برش پیکربندی دیود، برش یا با چرخه مثبت یا منفی انجام می شود. بنابراین برش های مثبت یا منفی بسته به اینکه کدام چرخه قطع می شود وجود دارند. در اینجا انواع مختلف برش ها را با استفاده از اسیلوسکوپ توضیح داده و نشان خواهیم داد.

انواع اصلی برش ها عبارتند از :

1. برش مثبت سری
2. برش مثبت سری با ولتاژ بایاس
3. برش منفی سری
4. برش منفی سری با ولتاژ بایاس
5. برش مثبت شنت
6. برش مثبت شنت با ولتاژ بایاس
7. برش منفی شنت
8. برش منفی شنت با ولتاژ بایاس
9. برش ترکیبی

برای شبیه سازی های مدار از نرم افزار پروتئوس استفاده شده است.

برش مثبت سری

همانطور که از نامش پیداست، این مدار نیم سیکل سیگنال ورودی را قطع می کند. دیود به صورت سری و به خروجی متصل است همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است :

برای طراحی مدار، تنها نمودار مدار بالا را دنبال کنید. ابتدا پایانه 12 ولت ترانس را به انتهای منفی دیود وصل کنید و یک مقاومت 10K را به انتهای مثبت دیود وصل کنید و سپس پایانه 0 ولت ترانس را به انتهای دیگر مقاومت وصل کنید. اکنون کانال اول اسیلوسکوپ را به سمت ورودی و کانال دوم را به سمت خروجی وصل کنید. ترانس و اسیلوسکوپ را روشن کنید و خواهید دید که نیم سیکل مثبت سیگنال خروجی قطع شده است.

در طول نیم سیکل مثبت، دیود در بایاس معکوس است بنابراین ولتاژ خروجی وجود ندارد و در طول نیم سیکل منفی، دیود در بایاس رو به جلو قرار می گیرد و افت ولتاژ در کل خروجی اتفاق می افتد. از این رو شاهد کاهش نیم سیکل مثبت هستیم.

برش مثبت سری با ولتاژ بایاس

در بسیاری از مواقع نیاز داریم که فقط قسمت کوچکی از سیگنال قطع شود. برای انجام این کار از ولتاژ بایاس استفاده می شود. بنابراین وقتی ولتاژ بایاس را با مقاومت وصل می کنیم، ولتاژ خروجی، تفاوت ولتاژ ورودی و ولتاژ بایاس است. به این ترتیب است که نیمه مثبت به سطح ولتاژ مورد نظر می رسد. اگر ولتاژ منفی ایجاد کنید (شکل 2)، بخشی از چرخه منفی را مطابق شکل زیر قطع می کند زیرا ولتاژ منفی با ولتاژ ورودی جمع می شود.

برش منفی سری

همانطور که از نامش پیداست، این مدار از سیکل سیگنال ورودی منفی جدا می شود. دیود به صورت سری و به خروجی متصل است همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است :

برای طراحی مدار، تنها نمودار مدار بالا را دنبال کنید. پایانه ترانسفورماتور 12 ولت را به انتهای مثبت دیود وصل کنید و یک مقاومت 10K را به انتهای منفی دیود وصل کنید و سپس پایانه 0 ولت ترانس را به انتهای دیگر مقاومت وصل کنید. اکنون کانال اول اسیلوسکوپ را به سمت ورودی و کانال دوم را به سمت خروجی وصل کنید. ترانس و اسیلوسکوپ را روشن کنید. و خواهید دید که نیم سیکل منفی سیگنال خروجی قطع شده است.

در طول نیم سیکل مثبت، دیود در بایاس جلو است بنابراین افت ولتاژ در سراسر خروجی اتفاق می افتد و در طی نیم سیکل منفی، دیود در بایاس معکوس قرار می گیرد و ولتاژ خروجی سراسر خروجی وجود ندارد. از این رو می بینیم که نیم سیکل منفی قطع شده است.

پیشنهاد میکنم مقاله مدار گذر از صفر چیست را نیز بخوانید.

برش منفی سری با ولتاژ بایاس

این با همان اصل برش بایاس سری مثبت کار می کند. اما در اینجا ولتاژ بایاس منفی برای برش دادن قسمت منفی سیگنال استفاده می شود زیرا ولتاژ بایاس مثبت به ولتاژ ورودی اضافه می شود.

برش مثبت شانت

در برش موازی / شنت، دیود به سمت خروجی و مقاومت در سمت ورودی متصل می شود. به این دلیل موازی نامیده می شود زیرا خروجی به موازات دیود توسعه می یابد. نمودار مدار در زیر نشان داده شده است :

برای طراحی مدار، نمودار مدار نشان داده شده در بالا را دنبال کنید. ابتدا پایانه 12 ولت ترانس را به مقاومت 10K متصل کرده و انتهای مثبت دیود را به این مقاومت متصل کرده و سپس پایانه 0 ولت ترانس را به انتهای منفی دیود وصل کنید. اکنون کانال اول اسیلوسکوپ را به سمت ورودی و کانال دوم را به سمت خروجی وصل کنید. ترانس و اسیلوسکوپ را روشن کنید. و خواهید دید که نیم سیکل مثبت سیگنال خروجی قطع شده است.

در طول نیم سیکل مثبت، دیود در بایاس جلو است بنابراین، به عنوان یک اتصال کوتاه عمل می کند و در صورت اتصال کوتاه ولتاژ خروجی وجود ندارد. اکنون در طول نیم سیکل منفی دیود به حالت معکوس در می آید و به عنوان مدار باز عمل می کند و ولتاژ خروجی برابر با ولتاژ ورودی می شود. از این رو شاهد کاهش نیم سیکل مثبت هستیم.

برش مثبت شنت با ولتاژ بایاس

این نوع برش ها نیز همانند برش های بایاس که قبلاً بحث شد کار می کنند اما این بار ولتاژ بایاس به دیود متصل است. بنابراین در بایاس مثبت فقط قسمت مثبت را جدا می کند، اگرچه منفی است اما بخشی از نیم سیکل منفی را نیز جدا می کند، همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است.

برش منفی شانت

این فیلتر همانند برش دهنده مثبت شنت طراحی شده است، فقط دیود به صورت معکوس متصل است. نمودار مدار در زیر آورده شده است :

ابتدا پایانه 12 ولت ترانس را به مقاومت 10K متصل کرده و انتهای منفی دیود را به این مقاومت متصل کرده و سپس پایانه 0 ولت ترانس را به انتهای مثبت دیود وصل کنید. اکنون کانال اول اسیلوسکوپ را به سمت ورودی و کانال دوم را به سمت خروجی وصل کنید. ترانس و اسیلوسکوپ را روشن کنید و خواهید دید که نیم سیکل منفی سیگنال خروجی قطع شده است.

در طول نیم سیکل مثبت، دیود در جهت گیری معکوس است، بنابراین، به عنوان یک مدار باز عمل می کند و ولتاژ خروجی برابر با ولتاژ ورودی می شود. در حال حاضر در طول نیم سیکل منفی، دیود به سمت جلو سوق می یابد و به عنوان اتصال کوتاه عمل می کند و در صورت اتصال کوتاه، ولتاژ خروجی وجود ندارد. از این رو می بینیم که نیم سیکل منفی قطع شده است.

برش منفی شنت با ولتاژ بایاس

آن ها نیز شبیه به سری های مغناطیسی منفی سری هستند اما این بار ولتاژ به دیود متصل می شود. برای دستیابی به برش در سیکل منفی و بایاس مثبت برای قطع چرخه مثبت، باید از ولتاژ بایاس منفی استفاده کنید.

برش دهنده های ترکیبی

این برش ها برای دور زدن سیکل مثبت و منفی تا حدی استفاده می شوند. برای رسیدن به این هدف، از دو دیود در جهت مخالف استفاده می شود. برای تنظیم برش می توان ولتاژ بایاس اعمال کرد تا برش به اختلاف ولتاژ بین ولتاژ ورودی و بایاس اعمال شود. نمودار مدار در زیر آورده شده است :

شماتیک مدار نشان داده شده در بالا را دنبال کنید. این مدار مشابه مدار های موازی / شنت فوق است اما ما در اینجا از دو دیود استفاده کرده ایم. ما مدار را بدون استفاده از ولتاژ بایاس ساخته ایم، بنابراین در خروجی هر دو سیکل قطع می شود.

در طول نیم سیکل مثبت، D2 بایاس به جلو است و D1 در بایاس معکوس است. بنابراین D2 به اتصال کوتاه و D1 به مدار باز تبدیل می شود و به طور مشابه برای نیم سیکل منفی، عکس شرایط فوق اتفاق خواهد افتاد. اما خروجی در سطح اختلاف ولتاژ خواهد بود و چون ما از ولتاژ بایاس استفاده نکرده ایم بنابراین هر دو سیکل قطع می شوند.

همچنین پیشنهاد میکنم مدار دیود کلمپر را نیز مشاهده کنید.