क्लैपर (इलेक्ट्रॉनिक्स)

धनात्मक बायस विभव क्लैम्पिंग इनपुट तरंग को लंबवत रूप से अनुवादित करता है ताकि इसके सभी भाग लगभग 0 V से अधिक हों। आउटपुट का ऋणात्मक स्विंग -0.6 V से नीचे नहीं जाएगा, एक सिलिकॉन PN डायोड मानते हुए प्रतिचित्रण है।

क्लैपर (या क्लैम्पिंग परिपथ या क्लैम्प) वह विद्युत परिपथ है जो एक चर धनात्मक या ऋणात्मक डीसी विभव को जोड़कर परिभाषित विभव के सिग्नल के धनात्मक या ऋणात्मक शीर्ष परिकलन को ठीक करता है। क्लैपर सिग्नल (क्लिपिंग) के शीर्ष-टू-शीर्ष परिकलन को प्रतिबंधित नहीं करता है; यह पूरे सिग्नल को ऊपर या नीचे ले जाता है ताकि इसकी शीर्षों को निश्चित स्तर पर रखा जा सके।

डायोड क्लैम्प (एक सरल, सामान्य प्रकार) में एक विशेष डायोड होता है, जो केवल एक दिशा में विद्युत प्रवाह का संचालन करता है और सिग्नल को निश्चित मान से अधिक होने से रोकता है; और एक संधारित्र, जो संग्रहीत आवेश से डीसी ऑफ़सेट प्रदान करता है। संधारित्र एक प्रतिरोधक भार के साथ एक स्थिर समय बनाता है, जो आवृत्तियों की सीमा निर्धारित करता है जिस पर क्लैपर प्रभावी होगा।

सामान्य कार्य

एक क्लैपर एक तरंग के ऊपरी या निचले चरम को एक निश्चित डीसी विभव स्तर पर बाँध देगा। इन परिपथों को डीसी विभव पुनर्स्थापक के रूप में भी जाना जाता है। यह पूरे सिग्नल को ऊपर या नीचे ले जाता है ताकि इसकी शीर्षों को निश्चित स्तर पर रखा जा सके। क्लैम्पर्स का निर्माण धनात्मक और ऋणात्मक दोनों ध्रुवों में किया जा सकता है। बायस होने पर, क्लैम्पिंग परिपथ विभव की निचली सीमा (या ऊपरी सीमा, ऋणात्मक क्लैम्पर्स के मामले में) को 0 वोल्ट तक ठीक कर देगा। ये परिपथ संधारी रूप से युग्मित सिग्नल की तुलना में एक तरंग के शीर्ष को एक विशिष्ट डीसी स्तर पर जकड़ते हैं, जो अपने औसत डीसी स्तर के बारे में संचरण करता है।

क्लैंपिंग नेटवर्क वह है जो एक सिग्नल को एक अलग डीसी स्तर पर क्लैंप करेगा। नेटवर्क में एक संधारित्र, एक डायोड और वैकल्पिक रूप से एक प्रतिरोधक तत्व और/या विद्युत भार होना चाहिए, लेकिन यह एक अतिरिक्त शिफ्ट प्रारम्भ करने के लिए एक स्वतंत्र डीसी आपूर्ति को भी नियोजित कर सकता है। R और C के परिमाण को इस तरह चयन किया जाना चाहिए कि स्थिर समय RC यह सुनिश्चित करने के लिए काफी बड़ा है कि डायोड के गैर-चालक होने के अंतराल के दौरान संधारित्र के प्रतिकूल विभव महत्वपूर्ण रूप से निर्वहन नहीं करता है।

प्रकार

क्लैंप परिपथ को उनके संचालन द्वारा वर्गीकृत किया जाता है: ऋणात्मक या धनात्मक, और बायस या बायस। एक धनात्मक क्लैम्प परिपथ (नेगेटिव शीर्ष क्लैपर) एक इनपुट सिग्नल से विशुद्ध रूप से धनात्मक तरंग का उत्पादन करता है; यह इनपुट सिग्नल को ऑफसेट करता है ताकि सभी तरंग 0 V से अधिक हो। ये परिपथ संधारी रूप से युग्मित सिग्नल की तुलना में एक तरंग के शीर्ष को एक विशिष्ट डीसी स्तर पर जकड़ते हैं, जो अपने औसत डीसी स्तर के बारे में संचरण करता है। एक ऋणात्मक क्लैंप इसके विपरीत क्लैंप एक इनपुट सिग्नल से पूरी तरह से ऋणात्मक तरंग का उत्पादन करता है। डायोड और ग्राउंड के बीच एक बायस विभव उस राशि से आउटपुट विभव को ऑफसेट करता है।

उदाहरण के लिए, शीर्ष मान 5 V का इनपुट सिग्नल (V_INpeak = 5 V) 3 V (V_BIAS = 3 V), शीर्ष आउटपुट विभव होगा:

V_OUTpeak = 2 × V_INpeak + V_BIAS

V_OUTpeak = 2 × 5 V + 3 V

V_OUTpeak = 13 V

 

धनात्मक बायस

एक धनात्मक बायस क्लैंप।

इनपुट एसी सिग्नल के ऋणात्मक चक्र में, डायोड अग्र बायस्ड है और संचालन करता है। जो कि संधारित्र को V_IN के चरम ऋणात्मक मान पर आवेशित करता है। धनात्मक चक्र के दौरान, डायोड रिवर्स बायस्ड होता है और इस प्रकार प्रतिक्रिया नहीं करता है। आउटपुट विभव इसलिए संधारित्र और इनपुट विभव में संग्रहीत विभव के बराबर है, तो V_OUT = V_IN + V_INpeak, इसे विलार्ड परिपथ भी कहा जाता है।

ऋणात्मक बायस

एक ऋणात्मक बायस क्लैंप

एक ऋणात्मक बायस क्लैंप समतुल्य धनात्मक क्लैंप के विपरीत है। इनपुट एसी सिग्नल के धनात्मक चक्र में, डायोड अग्र पक्षपातपूर्ण है और विद्युत विभव आयोजित करता है, जो कि संधारित्र को V_IN के चरम धनात्मक मूल्य पर आवेश करता है। ऋणात्मक चक्र के दौरान, डायोड रिवर्स बायस्ड होता है और इस प्रकार प्रतिक्रिया नहीं करता है। आउटपुट विभव इसलिए संधारित्र में संग्रहीत विभव के बराबर है और इनपुट विभव फिर से है, इसलिए V_OUT = V_IN − V_INpeak प्रदर्शित करता है।

धनात्मक पक्षपात

एक धनात्मक बायस क्लैंप

एक धनात्मक बायस विभव क्लैंप समकक्ष बायस क्लैंप के समान है लेकिन पूर्वाग्रह राशि V_BIAS द्वारा आउटपुट विभव ऑफ़सेट के साथ इस प्रकार, V_OUT = V_IN − (V_INpeak + V_BIAS) प्रदर्शित करता है।

ऋणात्मक पक्षपात

एक ऋणात्मक बायस क्लैंप

एक ऋणात्मक बायस विभव क्लैंप इसी तरह एक समान बायस क्लैंप के समान है, लेकिन आउटपुट विभव के साथ पूर्वाग्रह राशि V_BIAS द्वारा ऋणात्मक दिशा में ऑफसेट होता है, इस प्रकार, V_OUT = V_IN − (V_INpeak + V_BIAS) प्रदर्शित करता है।

ऑप-एम्प परिपथ

सटीक ऑप-एम्प क्लैंप परिपथ

यह आंकड़ा एक गैर-शून्य निश्चित क्लैम्पिंग विभव के साथ एक संचालन एंप्लीफायर ऑप-एम्प आधारित क्लैंप परिपथ दिखाता है। यहाँ लाभ यह है कि क्लैम्पिंग स्तर बिल्कुल निश्चित विभव पर है। डायोड के अग्र विभव ड्रॉप को ध्यान में रखने की कोई आवश्यकता नहीं है (जो पूर्ववर्ती सरल परिपथ में जरूरी है क्योंकि यह निश्चित विभव में जोड़ता है)। परिपथ आउटपुट पर डायोड विभव ड्रॉप के प्रभाव को एम्पलीफायर के लाभ से विभाजित किया जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप एक नगण्य त्रुटि होगी। साधारण डायोड परिपथ की तुलना में छोटे इनपुट सिग्नल पर परिपथ में रैखिकता में भी काफी सुधार होता है और यह विद्युत भार में बदलाव से काफी हद तक अप्रभावित रहता है।

इनपुट सुरक्षा के लिए क्लैम्पिंग

क्लैम्पिंग का उपयोग किसी इनपुट सिग्नल को उस डिवाइस में अनुकूलित करने के लिए किया जा सकता है जो मूल इनपुट की सिग्नल रेंज का उपयोग नहीं कर सकता है या क्षतिग्रस्त हो सकता है।

संचालन के सिद्धांत

एसी इनपुट विभव के पहले ऋणात्मक चरण के दौरान, धनात्मक क्लैपर परिपथ में संधारित्र तेजी से आवेशित होता है। जैसा कि V_in धनात्मक हो जाता है, संधारित्र विभव डबलर के रूप में कार्य करता है; चूंकि इसने V_in के समतुल्य को संग्रहित किया है अतः ऋणात्मक चक्र के दौरान, यह धनात्मक चक्र के दौरान लगभग उतना ही विभव प्रदान करता है। यह विद्युत भार द्वारा देखे गए विभव को अनिवार्य रूप से दोगुना कर देता है। जैसा V_in ऋणात्मक हो जाता है, तो संधारित्र V_in के समान विभव की बैटरी के रूप में कार्य करता है. विभव स्रोत और संधारित्र एक दूसरे का प्रतिकार करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत भार द्वारा देखा गया शून्य का शुद्ध विभव होता है।

विद्युत भार

संधारित्र के साथ निष्क्रिय प्रकार के क्लैम्पर्स के लिए, विद्युत भार के साथ समानांतर में डायोड के बाद, विद्युत भार प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है। R और C के परिमाण को चयन किया जाता है ताकि स्थिर समय, $\tau =RC$, यह सुनिश्चित करने के लिए काफी बड़ा है कि डायोड के गैर-संवाहक अंतराल के दौरान संधारित्र में विभव महत्वपूर्ण रूप से निर्वहन नहीं करता है। एक भार प्रतिरोध जो बहुत कम (भारी भार) है, आंशिक रूप से संधारित्र का निर्वहन करेगा और तरंग शीर्षों को इच्छित क्लैंप विभव से बहाव का कारण बनेगा। यह प्रभाव कम आवृत्तियों पर सबसे अधिक होता है। उच्च आवृत्ति पर, संधारित्र के निर्वहन के लिए चक्रों के बीच कम समय होता है।

यह विद्युत भार द्वारा देखे गए विभव को अनिवार्य रूप से दोगुना कर देता है। जैसा V_in ऋणात्मक हो जाता है, विद्युत भार ऋणावेश को दूर करने के लिए संधारित्र को अनियंत्रित रूप से बड़ा नहीं बनाया जा सकता है। संचालन अंतराल के दौरान, संधारित्र को पुनःआवेशित किया जाना चाहिए। ऐसा करने के लिए लिया गया समय एक अलग स्थिर समय द्वारा नियंत्रित होता है, यह समय धारिता और चालन परिपथ के आंतरिक प्रतिबाधा द्वारा निर्धारित होता है। चूँकि शीर्ष विभव एक चौथाई चक्र में पहुँच जाता है और फिर गिरना प्रारम्भ हो जाता है, संधारित्र को एक चौथाई चक्र में पुनःआवेशित करना चाहिए। यह आवश्यकता धारिता के कम मूल्य की मांग करती है।

उच्च चालन प्रतिबाधा और कम भार प्रतिबाधा वाले अनुप्रयोगों में धारिता मूल्य के लिए दो परस्पर विरोधी आवश्यकताएं असंगत हो सकती हैं। ऐसे मामलों में, एक सक्रिय परिपथ का उपयोग किया जाना चाहिए जैसे ऊपर वर्णित ऑप-एम्प परिपथ में दिखाया गया है।

बायस बनाम गैर-बायस

एक विभव स्रोत और प्रतिरोध का उपयोग करके, क्लैपर को आउटपुट विभव को एक अलग मान से बाँधने के लिए बायस किया जा सकता है। धनात्मक या ऋणात्मक क्लैपर (क्लैपर प्रकार ऑफ़सेट की दिशा निर्धारित करेगा) के मामले में पोटेंटियोमीटर को आपूर्ति की गई विभव शून्य से ऑफ़सेट (एक आदर्श डायोड मानते हुए) के बराबर होगी। यदि ऋणात्मक विभव को धनात्मक या ऋणात्मक आपूर्ति की जाती है, तो तरंग एक्स-अक्ष को प्रतिकूल कर जाएगी और विपरीत दिशा में इस परिमाण के मान से बंधी होगी। ज़ेनर डायोड का उपयोग विभव स्रोत और पोटेंशियोमीटर के स्थान पर भी किया जा सकता है, इसलिए जेनर विभव पर ऑफ़सेट सेट किया जाता है।

उदाहरण

क्लैंपिंग परिपथ एनालॉग टेलीविजन रिसीवर्स में साधारण थे। इन सेटों में एक डीसी रिस्टोरर परिपथ होता है, जो लाइन ब्लैंकिंग (रिट्रेस) अवधि के बैक पोर्च के दौरान वीडियो सिग्नल के विभव को 0 V पर लौटाता है। कम-आवृत्ति हस्तक्षेप, विशेष रूप से पावर लाइन, सिग्नल पर प्रेरित होने से रेंडरिंग खराब हो जाती है, छवि और चरम मामलों में, सेट एनालॉग टेलीविजन सिंक्रनाइज़ेशन को खोने का कारण बनता है। इस विधि के माध्यम से इस हस्तक्षेप को प्रभावी ढंग से हटाया जा सकता है।

यह भी देखें

• क्लिपर (इलेक्ट्रॉनिक्स), एक परिपथ जो एक निश्चित सीमा लगाता है और सिग्नल को ऑफसेट नहीं करता है
• लिफाफा डिटेक्टर, एक परिपथ जो अधिकतम (या न्यूनतम) आउटपुट करता है; डायोड और संधारित्र के साथ एक क्लैपर का आदान-प्रदान
• स्कॉटकी डायोड
• स्नबर, एक परिपथ जो आर्किंग या ब्रेकडाउन को कम करने के लिए dV/dt को कम करता है या शीर्ष विभव को सीमित करता है

अग्रिम पठन

• R. M. Marston (1991). Diode, Transistor, & FET Circuits Manual. Newness. pp. 13–17. ISBN 978-1-4831-3540-3.
• Rectifier Applications Handbook HB214/D Rev. 2. ON Semiconductor. Nov 2001. pp. 160–161.
• J. A. Coekin (1975). High-Speed Pulse Techniques. Pergamon. pp. 60–64. ISBN 978-1-4831-0548-2.