다이오드 클리퍼 & 클램퍼 회로
다이오드를 이용하여 입력신호를 변환시키는 대표적인 회로에는 클리퍼(clipper) 회로와 클램퍼(clamper) 회로가 있다.
클리퍼 회로
클리퍼 회로는 임의로 정한 기준값(직류 전원을 이용)보다 크거나 작은 신호를 없애는 다이오드 회로이다. 클리퍼 회로는 신호를 전송할 때 기준값보다 높은 부분 또는 낮은 부분 등 원하지 않는 부분을 없애고 전송하는 데 사용하고 있다.
클리퍼 회로는 다이오드, 저항, 직류전원 등으로 구성되어 있다.
클리퍼 회로에는 입력신호에 대해 다이오드를 직렬 또는 병렬로 연결하는 두 가지 회로 종류가 있을 수 있다. 또한 다이오드의 방향과 직류전원의 방향을 변화시킴으로써 입력신호의 다양한 클리핑(clipping, 자름)이 가능하다.
클램퍼 회로
클램퍼 회로는 입력신호의 형태는 변화시키지 않고 임의의 다른 기준값(직류전원을 이용)보다 입력신호 전체를 올리거나 내려서 입력신호를 그곳에 클램핑(clamping, 고정)시키는 회로이다.
클램퍼 회로는 다이오드, 축전기, 저항 등으로 구성되어 있다.
그리고 클램퍼 회로에서도 클리퍼 회로에서와 같이 다이오드와 직류전원의 방향에 따라 입력신호의 다양한 클램핑이 가능하다.
지금부터 다양한 클리퍼 & 클램퍼 회로에 대해 공부하는 데에 모든 다이오드는 이상적인 다이오드로 가정한다.
다이오드에서 전류의 방향, on / off는 이전 글을 참고하면 좋을것같다.
2022.03.23 - [self 반도체&전자회로 공부] - [pn접합의 특성] pn 접합이란? 다이오드
클리퍼 회로
클리퍼 회로에서는 다이오드를 병렬로 연결하는 경우와 직렬로 연결하는 등 두 가지가 있을 수 있다.
먼저 다이오드를 병렬로 연결한 경우이다. 이것은 다이오드의 정류작용(반파정류)을 보여주고 있다.
위쪽 그림은 sin파의 + 부분이 입력될 때에는 다이오드가 on 상태가 된다. 다이오드가 on 상태가 되면 모든 입력전압은 저항에 떨어지며 다이오드는 전도(conducting)상태이므로 출력은 0 이 된다. (이상적인 다이오드로 가정했음)
반면에 - 부분이 입력될 때에는 다이오드는 off 상태가 된다. 다이오드가 off 상태가 되면 출력은 입력신호가 동일하게 된다.
결과적으로 - 부분만 통과되는 출력 모양을 보여 주고 있다.
아래쪽 그림을 보면 sin파의 + 부분이 입력되면 다이오드는 off 상태가 되므로 출력신호는 입력신호와 같아지게 된다.
반면에 - 부분이 입력되면 다이오드는 on 상태가 되므로 출력은 0이 된다.
결과적으로 + 부분만 통과되는 출력 모양을 보여 주고 있다.
이렇게 다이오드가 병렬로 연결된 회로에 직류전원이 연결된 경우를 보자.
다이오드의 연결 방향에는 두 가지가 있을 수 있다. 다이오드의 방향이 아래로 향하는 경우와 위로 향하는 두 가지가 있다. 위의 그림은 다이오드가 아래로 향하고 있을 때 직류 전원을 두 가지 방향으로 연결한 회로이다.
위쪽 그림을 보면 직류전원의 방향이 아래를 향하고 있는 경우이다.
여기서 다이오드가 on이 되기 위해서는 입력신호(v_i)가 직류전원 V_B 보다 커야만 한다. (다이오드가 on이 되면 전도상태)
즉, V_B > v_i 이면 다이오드가 on이 되므로 출력은 직류전원 V_B가 된다.
따라서 입력신호가 V_B 보다 크면 출력은 V_B가 되고 그렇지 않은 경우 다이오드가 off 상태 이므로 출력은 입력과 동일하게 된다.
아래쪽 그림은 직류 전원의 방향이 반대가 될 경우 이다.(위를 향하고 있는 경우)
여기서 다이오드가 on 되어 전도상태가 되려면 v_i + V_B > 0 이 되어야 한다. 즉, v_i > - V_B 가 되어야 한다.
이 경우 출력은 -V_B가 된다.
따라서 입력신호가 -V_B 보다 크면 출력은 -V_B가 되고 그렇지 않은 경우 출력은 입력과 동일하게 된다.
이 그림은 다이오드가 위로 향하고 있을 때 직류전원이 두 가지 방향으로 연결된 경우를 나타내고 있다.
먼저 위 쪽 그림을 보면 다이오드, 직류전원 모두 위를 향하고 있는 방향이다.
여기서 다이오드가 on이 되기 위해서는 v_i + V_B < 0 이 되어야 한다.
즉, v_i < -V_B 인 경우 출력은 -V_B가 된다. 따라서 입력신호가 -V_B 보다 작으면 출력은 -V_B가 되고 그렇지 않은 경우 출력은 입력과 동일하게 된다.
반대로 직류전원의 방향이 아래쪽을 향하고 있는 경우에는 다이오드가 전도가 되려면 v_i - V_B < 0 이 되어야 한다.
즉, v_i < V_B 인 경우 출력은 V_B가 된다. 따라서 입력신호가 V_B보다 작으면 출력은 V_B가 되고, 그렇지 않은 경우 출력은 입력과 동일하게 된다.
위 그림은 직류전원이 없는, 다이오드가 직렬로 연결된 경우이다.
이 경우 회로는 정류회로가 된다.
다이오드가 직렬로 연결되어 있고, 직류전원도 연결되어 있는 경우들을 보자.
먼저 위쪽 그림에서 다이오드가 on 상태가 되기 위해서는 v_i - V_B > 0 이 되어야 한다. 즉 v_i > V_B 인 경우 다이오드가 on 된다.
이때 폐회로에 Kirchoff 법칙을 적용하면
임을 구할 수 있다. 즉, V_R이 곧 출력이 된다.
그리고 다이오드가 off 상태가 되면 출력은 0 이다.
따라서 v_i > V_B인 경우 출력은 V_R이 되고 그렇지 않을 경우 출력은 0 이다.
아래쪽 그림에서 다이오드가 on 상태가 되기 위해서는 v_i + V_B > 0 이 되어야 한다. 즉 v_i > -V_B 인 경우 다이오드가 on 된다.
이때 폐회로에 Kirchoff 법칙을 적용하면
임을 알 수 있다. 이 V_R이 곧 출력이다.
그리고 다이오드가 off 상태가 되면 출력은 0 이다. 따라서 v_i > -V_B 인 경우 출력은 v_i + V_B가 되고 그렇지 않을 경우 출력은 0 이다.
바로 위 회로에서 다이오드의 연결 방향이 반대인 경우이다. 다이오드가 직렬로 연결되어 있고, 직류전원도 연결되어 있다.
먼저 위쪽 그림에서 다이오드가 on 상태가 되기 위해서는 v_i - V_B < 0 이 되어야 한다. 즉, v_i < V_B 인 경우 다이오드가 on이 된다.
이때 폐회로에 Kirchoff 법칙을 적용하면
임을 구할 수 있다. 즉, V_R이 곧 출력이 된다.
그리고 다이오드가 off 상태가 되면 출력은 0 이다. 따라서 v_i < V_B 인 경우 출력은 v_i - V_B 가 되고 그렇지 않을 경우 출력은 0 이다.
아래쪽 그림에서 다이오드가 on 상태가 되기 위해서는 v_i + V_B < 0 이 되어야 한다. 즉 v_i < -V_B 인 경우 다이오드가 on이 된다.
이때 폐회로에 Kirchoff 법칙을 적용하면
임을 알 수 있다. 이 V_R이 곧 출력이다.
그리고 다이오드가 off 상태가 되면 출력은 0 이다. 따라서 v_i < -V_B 인 경우 출력은 v_i + V_B 가 되고 그렇지 않을 경우 출력은 0 이다.
두 개의 다이오드를 병렬로 연결하여 만든 슬라이서(slicer)회로이다.
슬라이서 회로는 v_i >V_B1 인 경우와 v_i < V_B2 인 경우를 없애는 회로로써
인 경우만 출력하는 회로이다.
'과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초' 책을 공부하여 작성 하였습니다.
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