Limiter i mnożnik napięcia

Wraz z układami kształtującymi fale, takimi jak obcinacze i cęgi, diody służą do konstruowania innych obwodów, takich jak ograniczniki i powielacze napięcia, które omówimy w tym rozdziale. Diody mają również inne ważne zastosowanie znane jako prostowniki, które zostaną omówione później.

Ograniczniki

Inną nazwą, z którą często spotykamy się podczas przeglądania tych cążek i zacisków, jest obwód ogranicznika. ZAlimiter Obwód można rozumieć jako taki, który ogranicza napięcie wyjściowe od przekroczenia określonej wartości.

Jest to mniej więcej obwód obcinacza, który nie pozwala na przekroczenie określonej wartości sygnału. W rzeczywistości obcinanie można nazwać skrajnym ograniczeniem. Dlatego ograniczenie można rozumieć jako płynne obcinanie.

Poniższy obraz przedstawia kilka przykładów obwodów ogranicznika -

Działanie obwodu ogranicznika można zrozumieć na podstawie jego charakterystyki przenoszenia. Przykład takiej krzywej jest następujący.

Dolną i górną granicę określa wykres, który wskazuje charakterystykę ogranicznika. Napięcie wyjściowe dla takiego wykresu można rozumieć jako

$$ V_ {0} = L _ {-}, KV_ {i}, L _ {+} $$

Gdzie

$$ L _ {-} = V_ {i} \ leq \ frac {L _ {-}} {k} $$

$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$

$$ L _ {+} = V_ {i} \ geq \ frac {L _ {+}} {K} $$

Rodzaje ograniczników

Istnieje kilka typów ograniczników, takich jak

Unipolar Limiter - Ten obwód ogranicza sygnał w jeden sposób.
Bipolar Limiter - Ten obwód ogranicza sygnał w dwojaki sposób.
Soft Limiter - Wyjście może się zmienić w tym obwodzie nawet przy niewielkiej zmianie na wejściu.
Hard Limiter - Wyjście nie będzie łatwo zmieniać się wraz ze zmianą sygnału wejściowego.
Single Limiter - Ten obwód wykorzystuje jedną diodę do ograniczania.
Double Limiter - Ten obwód wykorzystuje dwie diody ograniczające.

Mnożniki napięcia

Istnieją aplikacje, w których w niektórych przypadkach konieczne jest zwielokrotnienie napięcia. Można to łatwo zrobić za pomocą prostego obwodu z diodami i kondensatorami. Podwojenie napięcia powoduje, że obwód taki nazywany jest podwajaczem napięcia. Można to rozszerzyć, aby utworzyć potrójnik napięcia lub czteroręcznik napięcia lub tak dalej, aby uzyskać wysokie napięcia DC.

Aby lepiej zrozumieć, rozważmy obwód, który mnoży napięcie przez współczynnik 2. Obwód ten można nazwać Voltage Doubler. Poniższy rysunek przedstawia obwód podwajacza napięcia.

Przyłożone napięcie wejściowe będzie sygnałem AC, który ma postać fali sinusoidalnej, jak pokazano na poniższym rysunku.

Pracujący

Obwód powielacza napięcia można zrozumieć analizując każde półcyklu sygnału wejściowego. Każdy cykl powoduje, że diody i kondensatory działają w inny sposób. Spróbujmy to zrozumieć.

During the first positive half cycle- Po przyłożeniu sygnału wejściowego kondensator $ C_ {1} $ jest ładowany, a dioda $ D_ {1} $ jest spolaryzowana do przodu. Podczas gdy dioda $ D_ {2} $ jest spolaryzowana odwrotnie, a kondensator $ C_ {2} $ nie pobiera żadnego ładunku. To sprawia, że wyjście $ V_ {0} $ będzie $ V_ {m} $

Można to zrozumieć na poniższym rysunku.

Stąd w czasie od 0 do $ \ pi $, wytwarzane napięcie wyjściowe będzie wynosić $ V_ {max} $. Kondensator $ C_ {1} $ jest ładowany przez diodę polaryzowaną do przodu $ D_ {1} $, aby uzyskać wyjście, podczas gdy $ C_ {2} $ nie ładuje się. To napięcie pojawia się na wyjściu.

During the negative half cycle- Następnie, gdy nadejdzie ujemna połowa cyklu, dioda $ D_ {1} $ zostaje spolaryzowana do tyłu, a dioda $ D_ {2} $ zostaje spolaryzowana do przodu. Dioda $ D_ {2} $ pobiera ładunek przez kondensator $ C_ {2} $, który jest ładowany podczas tego procesu. Prąd przepływa następnie przez kondensator $ C_ {1} $, który się rozładowuje. Można to zrozumieć na poniższym rysunku.

Stąd w czasie od $ \ pi $ do $ 2 \ pi $, napięcie na kondensatorze $ C_ {2} $ będzie wynosić $ V_ {max} $. Podczas gdy kondensator $ C_ {1} $, który jest w pełni naładowany, ma tendencję do rozładowywania się. Teraz napięcia z obu kondensatorów razem pojawiają się na wyjściu, czyli 2V_ {max} $. Zatem napięcie wyjściowe $ V_ {0} $ podczas tego cyklu wynosi $ 2V_ {max} $

During the next positive half cycle- Kondensator $ C_ {1} $ zostaje naładowany z zasilania, a dioda $ D_ {1} $ zostaje przesunięta w przód. Kondensator $ C_ {2} $ utrzymuje ładunek, ponieważ nie znajdzie sposobu na rozładowanie, a dioda $ D_ {2} $ zostaje spolaryzowana odwrotnie. Teraz napięcie wyjściowe $ V_ {0} $ w tym cyklu pobiera napięcia z obu kondensatorów, które razem pojawiają się na wyjściu, czyli 2 $ V_ {max} $.

During the next negative half cycle- Następna ujemna połowa cyklu powoduje, że kondensator $ C_ {1} $ ponownie rozładowuje się z pełnego naładowania, a dioda $ D_ {1} $ odwraca polaryzację, podczas gdy $ D_ {2} $ w przód i kondensator $ C_ {2} $ ładować dalej, aby utrzymać swoje napięcie. Teraz napięcie wyjściowe $ V_ {0} $ w tym cyklu pobiera napięcia z obu kondensatorów, które razem pojawiają się na wyjściu, czyli 2 $ V_ {max} $.

W związku z tym napięcie wyjściowe $ V_ {0} $ jest utrzymywane na poziomie 2 $ V_ {max} $ przez całą jego pracę, co sprawia, że obwód podwaja napięcie.

Powielacze napięcia są najczęściej używane tam, gdzie wymagane są wysokie napięcia DC. Na przykład lampy elektronopromieniowe i monitor komputerowy.

Dzielnik napięcia

Podczas gdy diody są używane do zwielokrotnienia napięcia, zestaw rezystorów szeregowych można przekształcić w małą sieć, aby podzielić napięcie. Takie sieci nazywane są jakoVoltage Divider sieci.

Dzielnik napięcia to obwód, który zamienia większe napięcie na mniejsze. Odbywa się to za pomocą rezystorów połączonych szeregowo. Wynik będzie ułamkiem wkładu. Napięcie wyjściowe zależy od rezystancji obciążenia, które napędza.

Spróbujmy dowiedzieć się, jak działa obwód dzielnika napięcia. Poniższy rysunek jest przykładem prostej sieci dzielnika napięcia.

Jeśli spróbujemy narysować wyrażenie na napięcie wyjściowe,

$$ V_ {i} = i \ left (R_ {1} + R_ {2} \ right) $$

$$ i = \ frac {V- {i}} {\ left (R_ {1} + R_ {2} \ right)} $$

$$ V_ {0} = i \: R_ {2} \ rightarrow \: i \: = \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} $$

Porównując oba,

$$ \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} $$

$$ V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2} $$

To jest wyrażenie pozwalające uzyskać wartość napięcia wyjściowego. Stąd napięcie wyjściowe jest dzielone w zależności od wartości rezystancji rezystorów w sieci. Dodano więcej rezystorów, aby uzyskać różne ułamki różnych napięć wyjściowych.

Przyjrzyjmy się przykładowemu problemowi, aby lepiej zrozumieć dzielniki napięcia.