波形のピークを除去する回路はクリッパーと呼ばれています。 負のクリッパーは、下の図に示されています。
クラッパー回路動作解析
この回路図は、Xcircuit回路図キャプチャプログラムで作成されました。 Xcircuitは、テキストエディタで挿入された最後の行のペアを除いて、以下のSPICE netリストの図を作成しました。
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*SPICE 03437.eps * A K ModelName D1 0 2 diode R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran .05m 3m .end |
クリッパー:-0.7Vで負のピークをクリップします。
正のハーフサイクル
5Vピーク入力の正のハーフサイクルの間、ダイオードは逆バイアスされます。 ダイオードは導通しません。 それはダイオードがそこになかったかのようです。 次の図の出力V(2)では、正のハーフサイクルは変更されません。 出力の正のピークは実際には入力正弦波V(1)に重なっているため、わかりやすくするために入力がプロット内で上方にシフトされています。 スパイス表示モジュールであるナツメグでは、コマンド”plot v(1)+1)”がこれを実現します。
V(1)+1は、実際にはV(1)であり、10Vptp正弦波であり、表示を明確にするために1Vオフセットされています。 V(2)出力はダイオードD1によって-0.7Vでクリップされます。
負の半サイクル
上図の正弦波入力の負の半サイクルの間、ダイオードは順方向バイアス、すなわち導通します。 正弦波の負の半サイクルが短絡されます。 理想的なダイオードの場合、V(2)の負の半サイクルは0Vでクリップされます。 シリコン-ダイオードの順方向電圧降下により、波形は-0.7Vでクリッピングされます。 Modelステートメントのパラメーターで特に指定されていない限り、spiceモデルはデフォルトで0.7Vになります。 ゲルマニウムまたはショットキーダイオードは低電圧でクリップします。
負のクリッピングピーク（上の図）を詳しく調べると、正弦波が-0.7Vに向かって移動している間にわずかな時間入力に従うことがわかります。 しかし、ダイオードはそのほとんどの間、完全なハーフサイクルのために導通していません。
対称クリッパー回路
上の図の既存のダイオードに反並列ダイオードを追加すると、下の図の対称クリッパーが得られます。
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*SPICE 03438.eps D1 0 2 diode D2 2 0 diode R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.05m 3m .end |
対称クリッパー:アンチパラレルダイオードは正と負の両方のピークをクリップし、±0.7V出力を残します。
ダイオードD1は、以前と同じように負のピークを-0.7Vでクリップします。 追加のダイオードD2は、0.7Vを超えると正弦波の正の半サイクルにわたって導通し、順方向ダイオードの降下となります。 残りの電圧は直列抵抗の両端で低下します。 したがって、入力正弦波の両方のピークが下の図でクリップされます。 ネットリストは上の図にあります
ダイオードD1は負のピークの間に導通するように-0.7Vでクリップします。 D2は正のピークに対して導通し、0でクリッピングします。7V
ダイオードクリッパーの一般的な形
ダイオードクリッパーの最も一般的な形を下の図に示します。 理想的なダイオードの場合、クリッピングはクリッピング電圧V1とV2のレベルで発生します。 しかし、電圧源は、実際のシリコンダイオードの0.7Vの順方向降下を考慮するように調整されています。 ダイオードが導通を開始すると、d1は1.3V+0.7V=2.0Vでクリップします。 D2が導通している場合、D2は-2.3V-0.7V=-3.0Vでクリップします。
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*SPICE 03439.eps V1 3 0 1.3 V2 4 0 -2.3 D1 2 3 diode D2 4 2 diode R1 2 1 1.0k V3 1 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.05m 3m .end |
D1は入力正弦波を2Vでクリップします。D2は-3Vでクリップします。
上の図のクリッパーは、両方のレベルをクリップする必要はありません。 1つのダイオードと1つの電圧源で1つのレベルでクリップするには、もう1つのダイオードとソースを取り外します。
ネットリストは上の図にあります。 下の図の波形は、出力v(2)でのv(1)のクリッピングを示しています。
d1は2Vで正弦波をクリップします。D2は-3Vでクリップします。
ツェナーダイオードクリッパー
“ツェナーダイオード”セクションにはツェナーダイオードクリッパー回路もあります。 ツェナーダイオードは、ダイオードとDC電圧源の両方を置き換えます。
クリッパー回路の実用化
クリッパーの実用化は、増幅された音声信号が無線送信機をオーバードライブするのを防ぐことです。 送信機を運転することに他の場所との干渉を引き起こすにせの無線信号を発生させる。 クリッパーは保護措置です。
クリッパーは、音声ピークによって無線送信機を運転しないようにします。
クリッパーをオーバードライブすることにより、正弦波を二乗することができます。 もう一つのクリッパーの適用は集積回路の露出された入力の保護である。 ICの入力は、上の図のノード”2″のように一対のダイオードに接続されています。 電圧源は、ICの電源レールに置き換えられます。 アナログアンプは、v1とV2のソースに±12Vを使用する場合があります。
- レビュー
- AC電圧源によって駆動される抵抗とダイオードは、ダイオード全体で観測された信号をクリップします。
- 一対の反並列Siダイオードが±0.7Vで対称的にクリップ
- クリッパダイオードの接地端を切断し、DC電圧に配線して任意のレベルでクリップすることができます。
- クリッパーは保護手段として機能し、信号がクリップ制限を超えるのを防ぐことができます。
関連するワークシート:
- クリッパーとクランパー回路ワークシート