انواع مدار کلمپ در الکترونیک

انواع مدار کلمپ در الکترونیک:

در حالت کلی می توان مدار کلمپ را به سه گروه زیر طبقه بندی کرد.

• مدار کلمپ مثبت.
• مدار کلمپ منفی.
• مدار کلمپ بایاس شده (Biased Clamper).

مدار کلمپ مثبت:
مدار کلمپ مثبت از یک منبع ولتاژVi، خازن C، مقاومت بار RL و دیود D ساخته شده است. در دیاگرام مدار نشان داده شده در تصویر زیر، دیود به صورت موازی با مقاومت بار خروجی متصل شده است.

بنابراین در مدار کلمپ مثبت زمانی که دیود در مود بایاس معکوس قرار داشته باشد سیگنال ورودی به بار خروجی منتقل می شود. در صورتی که اگر دیود در مود بایاس مستقیم قرار بگیرد، دیود سیگنال ورودی را مسدود می کند و مانع از رسیدن آن به بار خروجی خواهد شد.

بنابراین در طول نیم سیکل منفی از سیگنال AC ورودی، دیود در بایاس مستقیم قرار می گیرد و به همین دلیل هیچ سیگنالی در خروجی ظاهر نخواهد شد. در شرایطی که دیود در بایاس مستقیم قرار گرفته باشد، دیود اجازه می دهد جریان الکتریکی از آن عبور کند.

این جریان سپس از خازن عبور می کند و آن را تا مقدار پیک ولتاژ ورودی یعنیVm شارژ می کند. خازن تا اندازه ولتاژ ورودی و در پلاریته معکوس شارژ می شود.

چون جریان یا ولتاژ ورودی بعد از رسیدن به حالت بیشینه خود یعنیVm شروع به کاهش می کنند، در نتیجه خازن شارژ را تا زمانی که دیود در بایاس مستقیم قرار داشته باشد، حفظ می کند.

حال به بررسی نیم سیکل مثبت سیگنال ورودی می پردازیم. در نیم سیکل مثبت از سیگنال AC ورودی، دیود در بایاس معکوس قرار می گیرد و به همین دلیل است که سیگنال ورودی در خروجی ظاهر می شود. در حالت بایاس معکوس، دیود به جریان الکتریکی اجازه عبور نمی دهد و به همین دلیل است که جریان ورودی مستقیما به سمت خروجی حرکت می کند.

زمانی که نیم سیکل مثبت سیگنال ورودی شروع می شود، دیود در حالت عدم هدایت قرار می گیرد و شارژ ذخیره شده در خازن دشارژ می شود.

بنابراین ولتاژی که در خروجی مدار به دست می آید، برابر با مجموع ولتاژ ذخیره شده در خازن (Vm) و مقدار ولتاژ ورودی (Vm) یعنی 2Vm خواهد بود و تمام مقادیر ولتاژ دارای پلاریته یکسان با یکدیگر هستند. در نتیجه سیگنال به سمت بالا شیفت پیدا می کند.

دامنه پیک تا پیک سیگنال ورودی برابر با2Vm است. به طریق مشابه، دامنه پیک تا پیک سیگنال خروجی نیز برابر با2Vm به دست می آید. به همین دلیل مجموع نوسان (Swing) خروجی با مجموع نوسان ورودی در این مدار برابر است.

با توجه به تمام موارد بیان شده می توان گفت که تفاوت اساسی بین مدار برش و مدار کلمپ در این است که مدار برش دیودی قسمت ناخواسته و غیر مطلوب از سیگنال ورودی را حذف می کند، در حالی که مدار کلمپ سیگنال ورودی را به سمت بالا یا پایین شیفت می دهد، اما تغییری در شکل موج آن ایجاد نمی کند.

مدار کلمپ منفی:
یک مدار کلمپ منفی مانند شکل زیر را در نظر بگیرید. در طول نیم سیکل مثبت از سیگنال AC ورودی، دیود موجود در مدار در مود بایاس مستقیم قرار می گیرد و به همین دلیل هیچ سیگنالی در خروجی مدار ظاهر نمی شود.

در شرایط بایاس مستقیم، دیود به جریان الکتریکی اجازه می دهد که از آن عبور کند. این جریان سپس به خازن می رود و آن را تا مقدار پیک سیگنال ولتاژ ورودی با پلاریته معکوس یعنی -Vm شارژ می کند.

هنگامی که مقدار ولتاژ یا جریان ورودی به مدار بعد از رسیدن به مقدار بیشینه خود، شروع به کاهش می کنند، خازن شارژ را تا زمانی که دیود در مود بایاس معکوس باقی بماند، حفظ می کند. در تصویر زیر نمایی از سیگنال های ورودی و خروجی به مدار کلمپ منفی نشان داده شده است.

در طول نیم سیکل منفی از سیگنال AC ورودی، دیود در بایاس معکوس قرار دارد و به همین دلیل سیگنال می تواند در خروجی مدار ظاهر شود. در شرایط بایاس معکوس، دیود به جریان الکتریکی اجازه عبور نمی دهد و در نتیجه جریان الکتریکی ورودی مستقیما به سمت خروجی جریان می یابد.

زمانی که نیم سیکل منفی شروع شود، دیود در حالت عدم رسانایی قرار می گیرد و بار ذخیره شده در خازن تخلیه می شود.

بنابراین ولتاژی که در خروجی مدار به دست می آید، برابر با مجموع ولتاژهای ذخیره شده در خازن (-Vm) و ولتاژ ورودی (-Vm) یعنی در نهایت برابر با-2Vm محاسبه می شود.

توجه کنید که این مقادیر ولتاژ دارای پلاریته یکسان با یکدیگر هستند. در نتیجه، سیگنال به سمت پایین شیفت پیدا می کند.