ch6 วงจรตัดและปรับระดับสัญาณ

LOGO

รหัสวิชา 353152 วงจรอิเล็กทรอนิกส์ 1

Clipper AND Clamper Circuits

1

บทที่ 6 วงจรตัดและปรับระดับสัญญาณ

205231 วงจรและระบบอิเล็กทรอนิกส์ 12

วงจรตดัสัญญาณ (Clipper Circuits)

วงจร clipper ใชไ้ดโอดตดัสญัญาณบางส่วนออกโดยสญัญาณส่วนท่ีเหลือมีลกัษณะเหมือนเดิม

วงจร clipper มีอยู ่2 ประเภท Series Parallel

Clipper Circuit

Clipper Circuit


Clipper Circuits

Series clipper จะต่อไดโอดอนุกรมกบัขั้ววดั vo

Parallel clipper จะต่อไดโอดขนานกบัขั้ววดั vo


Clipper Circuits: Series

Series clipper มี 2 ชนิดSimple: ไม่ต่อไฟตรงอนุกรมกบัไดโอดBiased: ต่อไฟตรงอนุกรมกบัไดโอด

Simple Series Clipper Biased Series Clipper


Clipper Circuits: Simple Series

พิจารณาเม่ือใชแ้บบจ าลองไดโอดชนิด Ideal วงจร simple series clipper สามารถตดัแรงดนัท่ีมากกวา่หรือนอ้ยกวา่ศูนย์ โดยลกัษณะการต่อของไดโอดจะเป็นตวับ่งบอกวา่กระแสจะไหลผา่นโหลดในทิศทางไหนและจะตดัแรงดนัดา้นท่ีมากกวา่หรือนอ้ยกวา่ศูนย์

vi > 0 Diode ON vo = vi

vi < 0 Diode OFF vo = 0

ตดัแรงดนัท่ีนอ้ยกวา่ศูนย์


Clipper Circuits: Simple Series : Transfer Function

สมการ และกราฟ แสดงความสมัพนัธ์ของ vi และ vo: vo = f (vi) จากวงจรรูปท่ีแลว้ จะไดค้วามสมัพนัธ์ระหวา่ง vi และ vo วา่

เขียนกราฟ transfer function ได้

0 ; 0

0 ;

i

ii

ov

vvv

vi

vo vo = viSlope = 1

vo = 0


Clipper Circuits: Biased Seriesพิจารณาเม่ือใชแ้บบจ าลองไดโอดชนิด Ideal ใน Biased series clipper จะมีแหล่งจ่ายไฟตรงคงท่ี ซ่ึงจะเปล่ียนค่าระดบัแรงดนัตดัสญัญาณ

การหา vo ของ Biased series clipper ใหห้า vi1 ก่อน แลว้พิจารณาวา่วงจร clipper ตดัแรงดนัท่ีมากกวา่หรือนอ้ยกวา่ศูนยข์อง vi1

RL

+

-

vi(t)

+

-

vo(t)

V

+

-

vi1(t)

vi(t)

vi1(t)

-V

vo(t)

ไดโอดตดัแรงดนั vi1ท่ีนอ้ยกวา่ศูนย์

1i iv v V

vi > V D ON vo = vi V

vi < V D OFF vo = 0


Clipper Circuits: Biased Series : Transfer Function

ความสมัพนัธ์ระหวา่ง vi และ vo วา่

Vv

Vv-Vvv

i

ii

o ; 0

;

vi

vo vo = vi - VSlope = 1

vo = 0

V


Ex: การวเิคราะห์ Clipper with Silicon Diodes

คิด Si Diodes

vD > 0.7V, Diode จึงท างาน

vi 3V > 0.7 V

vi > 3.7 V ; Diode ON

vo = vi 3.7 V

ถา้ vi < 3.7 V ; Diode OFF

vo = 0 Vแทน Si Diode ดว้ยแหล่งจ่าย 0.7 V

Vi

3 V Si

+

Vo

-

+10

-10

+

-

Vi

3 V 0.7 V

+

Vo

-


Ex: การวเิคราะห์ Clipper with Silicon Diodes

7.3 ; 0

7.3 ; 7.3

i

ii

ov

vvv

3.7 V vi

vo

Graph vo

Transfer Function

+10

-10

Vp = 10 - 3.7 = 6.3 V

VoVi

3.7 V


Clipper Circuits: Parallel

Parallel clipper มี 2 ชนิดเหมือนกนัSimple: ไม่ต่อไฟตรงอนุกรมกบัไดโอดBiased: ต่อไฟตรงอนุกรมกบัไดโอด

11

Simple Parallel Clipper Biased Parallel Clipper


Clipper Circuits: Simple Parallel

พิจารณาเม่ือใชแ้บบจ าลองไดโอดชนิด Ideal ส าหรับวงจร simple parallel clipper

vi > 0 Diode on vo = 0

vi ≤ 0 Diode off vo = vi

12

Clip บน


Clipper Circuits: Simple Parallel : Transfer Function

ความสมัพนัธ์ระหวา่ง vi และ vo คือ

13

0 ; 0

; 0

i

o

i i

vv

v v

vi

vo

vo = viSlope = 1

vo = 0


Ex: จงเขียนกราฟ vo และกราฟ Transfer function

14

คิด Ideal DiodesvD > 0V, Diode จึงท างาน

- vi + 4V > 0V

vi < +4V ; Diode ON

vo = + 4V

ถา้ vi > +4V ; Diode OFF

vo = vi


Ex: จงเขียนกราฟ vo และกราฟ Transfer function

Transfer Function

15

4 V ; 4 V

; 4 V

i

o

i i

vv

v v

Slope = 1

vi

vo

4V

4Vvo = vi

vo = 4V


Ex: ค านวณดว้ย Silicon Diode

16

คิด VT = 0.7 V

vD > 0.7V, Diode จึงท างาน

- vi + 4V > 0.7V

vi < +3.3V ; Diode ON

vo = + 3.3 V

ถา้ vi > +3.3V ; Diode OFF

vo = vi

Si


Ex: ค านวณดว้ย Silicon Diode : Transfer Function

Transfer Function

17

3.3 V ; 3.3 V

; 3.3 V

i

o

i i

vv

v v

Slope = 1

vi

vo

3.3V

3.3V

Silicon Diode ท าใหเ้ง่ือนไขการ ON/OFF เปล่ียนค าตอบตอ้งระบุ ขนาดแรงดนัต่างๆใหช้ดัเจน

vo = vivo = 3. 3V


Clipper บน-ล่าง

18

แยกคิด D1 และ D2

vD1 > 0.7V, D1 จึงท างาน

vi 5V > 0.7V

vi > +5.7V ; D1 ON

vD2 > 0.7V, D2 จึงท างาน

vi 2V > 0.7V

vi < 2.7V ; D2 ON

สังเกตเง่ือนไข ไดโอด D1, D2 ON ไม่พร้อมกนั

+

Vo

-

5 V 2 V

Si Si

+

Vi

-

D1 D2


Clipper บน-ล่าง

19

วงจรขณะ D1 ON

vo = + 5.7 V

vi > +5.7V ; D1 on

วงจรขณะ D2 ON

vo = 2.7 V

vi < 2.7V ; D2 on

ถา้ 2.7 < vi < 5.7V : All Diodes OFF ไม่มีกระแสไหล vo = vi

+

Vo

-

5 V 2 V

+

Vi

-

0.7 V

+

Vo

-

5 V 2 V

+

Vi

-

0.7 V


Clipper บน-ล่าง : Transfer Function

20

5.7 V ; 5.7 V

2.7 V ; 2.7 V

; 2.7 5.7

i

o i

i i

v

v v

v v

vi

vo

+5.72.7

Slope = 1 vo = +5.7

vo = 2.7

+10

-10

Vi

+5.7

-2.7

Vo


สรุป Clipper Circuits

21


สรุป Clipper Circuits

22


Clamper Circuits

วงจรเปล่ียนระดบัแรงดนัอา้งอิงสญัญาณ

ลกัษณะส าคญัของ Clamper คือจะเปล่ียนแรงดนัอา้งอิง สูงข้ึน หรือ ต ่าลงแต่ค่า Vp-p Input จะเท่ากบั Vp-p Output เสมอ

23

Clamper Circuits

Vi

t

0 V

Vi

t

Vp-p

Vo

t

5 V

Vo

t

Vp-p


Clamper Circuits

ส่วนประกอบวงจร Clamper Silicon / Ideal Diodes Resistor Ideal Capacitor

Ideal Capacitor คือ C ขนาด ใหญ่มากๆ อดัประจุไม่จ ากดั เม่ืออดัประจุ เตม็แลว้ จะรักษาประจุไวใ้หแ้รงดนัคงท่ี

24

C ทัว่ไปจะคายประจุและมีแรงดนัตกลง

Ideal C จะรักษาแรงดนัคงท่ี

to

+

Vc

-

5V

to

Vc

t


Clamper Circuits

- C ท าหนา้ท่ีเกบ็แรงดนัคงท่ี- Diode เป็นสวิทชใ์หก้ระแสไหลอดัประจุ

25

1. หาเง่ือนไขไดโอด ON น ากระแสอดัประจุ C

- Assume Vc = 0 (Initial) - Diode On เม่ือ vi > 0V

Ideal

2. เขียนวงจรหา Vc วา่ถกู Charge ท่ีแรงดนัสูงสุดก่ีโวลท์

ได้ Vc = V


Clamper Circuits

26

Vp-p = 2V

3. เม่ือ C ถกูอดัเตม็ท่ีแลว้ ไดโอดจะ OFF เน่ืองจาก Vc ออกแรงตา้นกระแสในวงจร ( vD ≤ 0V )

คิด Ideal C Vc = ค่าคงท่ีไดโอดจะไม่ ON อีกKVL หาสมการ vo : vo = vi – Vc = vi – V

0 ref -VrefVp-p = 2V


Ex: จงเขียนกราฟ vo ของวงจร Clamper

27

คิด Silicon Diode

vD > 0.7V, Diode ท างาน

- vi + 5V > 0.7V

vi < +4.3V ; Diode ON

ท่ี vi = -20 V ; Vc = Vcmax

Vcmax = ? ถกู Charge ท่ีสูงสุดก่ีโวลท์

vi อดัประจุสูงสุด Vcmax = 20 + 5 0.7 = 24.3 V


Ex: จงเขียนกราฟ vo ของวงจร Clamper

28

คิด Ideal C Vc = ค่าคงท่ี = 24.3 Vไดโอดจะไม่ ON อีกKVL หาสมการ vo : vo = vi + 24.3 V

Vp-p = 30VVp-p = 30V

C เร่ิมอดัประจุท่ีลกูคล่ืนท่ี 2


สรุป Clamper Circuits

29


การบา้น คร้ังท่ี 6

30

1. Determine the output voltage waveform for each circuit in Figure c to f.



2. Determine the peak forward current through each diode in Figure a to b.

3. Determine the output voltage waveform for each circuit in Figure a to b.

205231 วงจรและระบบอิเล็กทรอนิกส์ 1 32


4. Describe the output waveform of each circuit in Figure a and b. Assume the RC time constant is much greater than the period of the input.5. Repeat Problem 4 with the diodes turned around.

ch6 วงจรตัดและปรับระดับสัญาณ

Education