Clamper (eletrônicos) - Clamper (electronics)

Não deve ser confundido com grampo de tensão .
O aperto de tensão não enviesado positivo traduz verticalmente a forma de onda de entrada de modo que todas as partes dela sejam aproximadamente maiores que 0 V. Observe que a oscilação negativa da saída não cairá abaixo de cerca de -0,6 V, assumindo um diodo de silício pn.

Um clamper é um circuito eletrônico que corrige as excursões de pico positivas ou negativas de um sinal para um valor definido, mudando seu valor DC. O clamper não restringe a excursão pico a pico do sinal, ele move todo o sinal para cima ou para baixo de modo a colocar os picos no nível de referência. Uma pinça de diodo (um tipo simples e comum) consiste em um diodo , que conduz a corrente elétrica em apenas uma direção e evita que o sinal ultrapasse o valor de referência; e um capacitor , que fornece um deslocamento DC da carga armazenada. O capacitor forma uma constante de tempo com a carga do resistor , que determina a faixa de frequências na qual o clamper será eficaz.

Função geral

Um circuito de fixação (também conhecido como clamper) vincula o extremo superior ou inferior de uma forma de onda a um nível de tensão CC fixo. Esses circuitos também são conhecidos como restauradores de tensão CC. Os clampers podem ser construídos em polaridades positivas e negativas. Quando não enviesados, os circuitos de fixação fixarão o limite inferior de tensão (ou limite superior, no caso de grampos negativos) em 0 volts. Esses circuitos prendem um pico de uma forma de onda a um nível CC específico em comparação com um sinal acoplado capacitivamente, que oscila em torno de seu nível CC médio.

A rede de fixação é aquela que "fixa" um sinal a um nível CC diferente. A rede deve ter um capacitor, um diodo e um elemento resistivo, mas também pode empregar uma fonte CC independente para introduzir um deslocamento adicional. A magnitude de R e C deve ser escolhida de forma que a constante de tempo RC seja grande o suficiente para garantir que a tensão no capacitor não descarregue significativamente durante o intervalo em que o diodo é não condutor.

Tipos

Os circuitos de grampo são categorizados por sua operação; negativo ou positivo e tendencioso ou imparcial. Um circuito de grampo positivo (grampo de pico negativo) produz uma forma de onda puramente positiva de um sinal de entrada; ele desloca o sinal de entrada para que toda a forma de onda seja maior que 0 V. Um grampo negativo é o oposto disso - esse grampo produz uma forma de onda puramente negativa de um sinal de entrada. Uma tensão de polarização entre o diodo e o terra compensa a tensão de saída nessa quantidade.

Por exemplo, um sinal de entrada de valor de pico 5 V (V INpeak = 5 V) é aplicado a um grampo positivo com uma polarização de 3 V (V BIAS = 3 V), a tensão de saída de pico será:

V SAÍDA = 2 × V ENTRADA + V BIAS
V OUTpeak = 2 × 5 V + 3 V
V OUTpeak = 13 V

Observe que a excursão de pico a pico permanece em 2   V

Positivo imparcial

Uma braçadeira imparcial positiva.

No ciclo negativo do sinal de entrada CA, o diodo é polarizado direto e conduz, carregando o capacitor até o valor negativo de pico de V IN . Durante o ciclo positivo, o diodo é polarizado reversamente e, portanto, não conduz. A tensão de saída é, portanto, igual à tensão armazenada no capacitor mais a tensão de entrada, então V OUT = V IN + V INpeak . Isso também é chamado de circuito Villard .

Imparcial negativo

Uma braçadeira imparcial negativa

Um grampo negativo imparcial é o oposto do grampo positivo equivalente. No ciclo positivo do sinal de entrada CA, o diodo é polarizado direto e conduz, carregando o capacitor até o valor positivo de pico de V IN . Durante o ciclo negativo, o diodo é polarizado reversamente e, portanto, não conduz. A tensão de saída é, portanto, igual à tensão armazenada no capacitor mais a tensão de entrada novamente, então V OUT = V IN - V INpeak .

Tendência positiva

Um grampo de polarização positiva

Um grampo de tensão polarizada positiva é idêntico a um grampo imparcial equivalente, mas com a tensão de saída deslocada pela quantidade de polarização V BIAS . Assim, V OUT = V IN + (V INpeak + V BIAS ).

Tendencioso negativo

Um grampo de polarização negativa

Um grampo de tensão polarizada negativa é da mesma forma idêntico a um grampo imparcial equivalente, mas com a tensão de saída deslocada na direção negativa pelo valor de polarização V BIAS . Assim, V OUT = V IN - (V INpeak + V BIAS ).

Circuito op-amp

Circuito de grampo op-amp de precisão

A figura mostra um circuito de grampo op-amp com uma tensão de grampo de referência diferente de zero. A vantagem aqui é que o nível de fixação está precisamente na tensão de referência. Não há necessidade de levar em conta a queda de tensão direta do diodo (que é necessária nos circuitos simples anteriores, pois isso aumenta a tensão de referência). O efeito da queda da tensão do diodo na saída do circuito será dividido pelo ganho do amplificador, resultando em um erro insignificante. O circuito também tem uma grande melhoria na linearidade em pequenos sinais de entrada em comparação com o circuito de diodo simples e não é afetado por mudanças na carga.

Fixação para proteção de entrada

O grampo pode ser usado para adaptar um sinal de entrada a um dispositivo que não pode fazer uso ou pode ser danificado pelo alcance do sinal da entrada original.

Princípios de operação

Durante a primeira fase negativa da tensão de entrada CA, o capacitor em um circuito clamper positivo é carregado rapidamente. Quando V in torna-se positivo, o capacitor funciona como um dobrador de tensão; uma vez que armazenou o equivalente a V in durante o ciclo negativo, fornece quase essa tensão durante o ciclo positivo. Isso basicamente dobra a tensão vista pela carga. Conforme V in se torna negativo, o capacitor atua como uma bateria com a mesma tensão de V in . A fonte de tensão e o capacitor se neutralizam, resultando em uma tensão líquida de zero vista pela carga.

Carregando

Para pinças do tipo passivo com um capacitor, seguido por um diodo em paralelo com a carga, a carga pode afetar significativamente o desempenho. A magnitude de R e C é escolhida de forma que a constante de tempo,, seja grande o suficiente para garantir que a tensão através do capacitor não descarregue significativamente durante o intervalo de não condução do diodo. Uma resistência de carga muito baixa (carga pesada) descarregará parcialmente o capacitor e fará com que os picos da forma de onda se desviem da tensão de grampo pretendida. Este efeito é maior em frequências baixas. Em uma frequência mais alta, há menos tempo entre os ciclos para o capacitor descarregar.

O capacitor não pode ser arbitrariamente grande para superar a descarga de carga. Durante o intervalo de condução, o capacitor deve ser recarregado. O tempo necessário para fazer isso é governado por uma constante de tempo diferente, desta vez definida pela capacitância e pela impedância interna do circuito de acionamento. Uma vez que o pico de tensão é alcançado em um quarto de ciclo e então começa a cair novamente, o capacitor deve ser recarregado em um quarto de ciclo. Este requisito exige um valor baixo de capacitância.

Os dois requisitos conflitantes para o valor de capacitância podem ser irreconciliáveis ​​em aplicações com alta impedância de acionamento e baixa impedância de carga. Nesses casos, um circuito ativo deve ser usado, como o circuito do amplificador operacional descrito acima.

Tendencioso versus não tendencioso

Ao usar uma fonte de tensão e resistor, o clamper pode ser polarizado para ligar a tensão de saída a um valor diferente. A tensão fornecida ao potenciômetro será igual ao deslocamento de zero (assumindo um diodo ideal) no caso de um clamper positivo ou negativo (o tipo de clamper determinará a direção do deslocamento). Se uma tensão negativa for fornecida para positivo ou negativo, a forma de onda cruzará o eixo x e será limitada a um valor dessa magnitude no lado oposto. Os diodos Zener também podem ser usados ​​no lugar de uma fonte de tensão e potenciômetro, definindo assim o deslocamento na tensão Zener.

Exemplos

Os circuitos de fixação eram comuns em receptores de televisão analógica . Esses conjuntos têm um circuito restaurador DC, que retorna a tensão do sinal de vídeo durante o 'alpendre' do período de supressão de linha (retrace) para 0 V. Interferência de baixa frequência, especialmente zumbido de linha de energia, induzida no sinal prejudica a renderização da imagem e, em casos extremos, faz com que o aparelho perca a sincronização . Essa interferência pode ser removida com eficácia por meio desse método.

Veja também

Referências

Leitura adicional