파형의 피크를 제거하는 회로를 클리퍼 라고 합니다 . 아래 그림은 음극 클리퍼를 보여줍니다.
클래퍼 회로 동작 분석
이 회로도는 Xcircuit 회로도 캡처 프로그램을 사용하여 제작되었습니다. Xcircuit은 아래 그림과 같이 SPICE 넷 리스트를 생성했습니다. 단, 두 번째 줄과 마지막 두 번째 줄은 텍스트 편집기를 사용하여 삽입했습니다.
클리퍼: -0.7V에서 음의 피크를 클리핑합니다.
양의 반주기
5V 피크 입력의 양의 반주기 동안 다이오드는 역방향 바이어스됩니다. 다이오드는 도통하지 않습니다. 마치 다이오드가 없는 것과 같습니다. 아래 그림에서 출력 V(2)의 양의 반주기는 변하지 않습니다. 출력 양의 피크가 실제로 입력 사인파 V(1)을 덮기 때문에, 명확성을 위해 플롯에서 입력을 위쪽으로 이동시켰습니다. SPICE 디스플레이 모듈인 Nutmeg에서는 "plot v(1)+1)" 명령을 사용하여 이를 구현합니다.
V(1)+1은 실제로 V(1)이며, 디스플레이 명확성을 위해 1V만큼 오프셋된 10Vptp 사인파입니다. V(2) 출력은 다이오드 D1에 의해 -0.7V에서 잘립니다.
음의 반주기
위 그림의 사인파 입력의 음의 반주기 동안 다이오드는 순방향 바이어스, 즉 도통됩니다. 사인파의 음의 반주기는 단락됩니다. 이상적인 다이오드의 경우 V(2)의 음의 반주기는 0V에서 클리핑됩니다 . 실리콘 다이오드의 순방향 전압 강하로 인해 파형은 -0.7V에서 클리핑됩니다. SPICE 모델은 모델 설명의 매개변수에 달리 명시되지 않는 한 기본적으로 0.7V로 설정됩니다. 게르마늄 또는 쇼트키 다이오드는 더 낮은 전압에서 클리핑됩니다.
음의 클리핑 피크(위 그림)를 자세히 살펴보면 사인파가 -0.7V로 이동하는 동안 입력을 잠시 따라가는 것을 알 수 있습니다. 클리핑 동작은 입력 사인파가 -0.7V를 초과한 후에만 효과가 있습니다. 하지만 대부분의 경우 다이오드는 완전한 반주기 동안 전도되지 않습니다.
대칭 클리퍼 회로
위 그림의 기존 다이오드에 역평행 다이오드를 추가하면 아래 그림과 같은 대칭형 클리퍼가 만들어집니다.
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대칭형 클리퍼: 역평행 다이오드가 양(+) 및 음(-) 피크를 모두 클리핑하여 ±0.7V 출력을 남깁니다.
다이오드 D1은 이전과 마찬가지로 -0.7V에서 음의 피크를 클리핑합니다. 추가 다이오드 D2는 정현파가 0.7V를 초과할 때 양의 반주기 동안 도통하며, 이는 순방향 다이오드 전압 강하입니다. 나머지 전압은 직렬 저항에서 강하합니다. 따라서 아래 그림에서 입력 정현파의 두 피크 모두 클리핑됩니다. 순방향 목록은 위 그림에 나와 있습니다.
다이오드 D1은 음의 피크 동안 도통하면서 -0.7V에서 클리핑됩니다. D2는 양의 피크 동안 도통하면서 0.7V에서 클리핑됩니다.
다이오드 클리퍼의 일반 형태
다이오드 클리퍼의 가장 일반적인 형태는 아래 그림과 같습니다. 이상적인 다이오드의 경우, 클리핑은 클리핑 전압 V1과 V2 수준에서 발생합니다. 그러나 실제 실리콘 다이오드의 순방향 전압 강하 0.7V를 고려하여 전압원을 조정했습니다. 다이오드가 도통하기 시작하면 D1은 1.3V +0.7V = 2.0V에서 클리핑됩니다. D2가 도통하면 D2는 -2.3V -0.7V = -3.0V에서 클리핑됩니다.
D1은 입력 사인파를 2V에서 클리핑합니다. D2는 -3V에서 클리핑합니다.
위 그림의 클리퍼는 두 레벨을 모두 클리핑할 필요는 없습니다. 다이오드 하나와 전압원 하나를 사용하여 한 레벨에서 클리핑하려면 다른 다이오드와 전압원을 제거하십시오.
네트 리스트는 위 그림에 있습니다. 아래 그림의 파형은 출력 v(2)에서 v(1)의 클리핑을 보여줍니다.
D1은 사인파를 2V에서 클리핑합니다. D2는 -3V에서 클리핑합니다.
제너 다이오드 클리퍼
"제너 다이오드" 섹션에는 제너 다이오드 클리퍼 회로도 있습니다 . 제너 다이오드는 다이오드와 DC 전압원을 모두 대체합니다.
클리퍼 회로의 실제 응용
클리퍼의 실제 적용 사례는 아래 그림과 같이 증폭된 음성 신호가 무선 송신기를 과도하게 구동하는 것을 방지하는 것입니다 . 송신기를 과도하게 구동하면 스퓨리어스 무선 신호가 발생하여 다른 방송국에 간섭을 일으킵니다. 클리퍼는 보호 장치입니다.
클리퍼는 음성 피크로 인해 무선 송신기의 과도한 구동을 방지합니다.
사인파는 클리퍼를 오버드라이브하여 제곱할 수 있습니다. 클리퍼의 또 다른 응용 분야는 집적 회로의 노출된 입력을 보호하는 것입니다. IC의 입력은 위 그림의 노드 "2"와 같이 한 쌍의 다이오드에 연결됩니다. 전압원은 IC의 전원 공급 레일로 대체됩니다. 예를 들어, CMOS IC는 0V와 +5V를 사용합니다. 아날로그 증폭기는 V1 및 V2 소스에 ±12V를 사용할 수 있습니다.
- 검토
- AC 전압원에 의해 구동되는 저항기와 다이오드는 다이오드에서 관찰되는 신호를 잘라냅니다.
- 한 쌍의 역평행 Si 다이오드는 ±0.7V에서 대칭적으로 클립됩니다.
- 클리퍼 다이오드의 접지된 끝은 분리되어 DC 전압에 연결되어 임의의 레벨에서 클리핑될 수 있습니다.
- 클리퍼는 신호가 클립 한계를 초과하지 못하도록 막아주는 보호 수단으로 사용할 수 있습니다.