مدار برش دیود

مدار برش دیود – دیود قطع کننده‌، همچنین به عنوان محدود كننده دیود شناخته می شود ، یك مدار شكل دهنده موج است كه یك فرم موج ورودی گرفته و كلیپ می شود یا نیمه بالایی‌، نیمه پایینی یا هر دو نیمه آن را با هم قطع می كند.

این برش سیگنال ورودی ، یک شکل موج خروجی تولید می کند که شبیه نسخه مسطح ورودی است.

به عنوان مثال‌، دیود نیمه موج یک مدار برش است‌، زیرا تمام ولتاژهای زیر صفر از بین می‌روند.

اما از مدار برش دیود می توان برای تغییر شکل موج ورودی با استفاده از دیودهای سیگنال و شواتکی و یا ایجاد ولتاژ بیش از حد با استفاده از دیودهای زنر ، از برنامه های متنوعی استفاده کرد تا اطمینان حاصل شود که ولتاژ خروجی هرگز از حد مشخصی محافظت نمی کند که مدار را از مدار ولتاژ بالا محافظت می کند.

سپس می توان از مدار برش دیود در برنامه های محدود کننده ولتاژ استفاده کرد.

ما در آموزش‌ دیود سیگنال دیدیم که وقتی یک دیود بایاس به جلو باشد اجازه‌می‌دهد جریان از‌طریق خود عبور‌کند و ولتاژ را‌بگیرد.

وقتی دیود بایاس معکوس باشد‌، هیچ جریانی از آن عبور‌نمی‌کند.

پس ولتاژ روی پایانه‌های آن بی‌تأثیر است و این عملکرد اساسی مدار قطع دیود‌ است.

گرچه ولتاژ ورودی به مدارهای قطع دیود می تواند هر شکل موجی داشته باشد.

در اینجا فرض خواهیم کرد که ولتاژ ورودی سینوسی است. مدارهای زیر را در نظر بگیرید.

مدارهای قطع کننده مثبت دیود

در‌این مدار برش دیود‌، دیود در‌طول نیم‌چرخه مثبت شکل موج ورودی سینوسی‌، بایاس به جلو (آند مثبت تر از کاتد)‌است.

برای اینکه دیود به سمت مغرض تبدیل شود‌، باید ولتاژ ورودی آن بیشتر از‌+0.7 ولت باشد‌(0.3 ولت برای دیود ژرمانیم).

وقتی این اتفاق می افتد دیودها شروع به هدایت می کنند و ولتاژ روی خود را 0.7 ولت ثابت نگه می دارند تا اینکه شکل موج سینوسی زیر این مقدار قرار گیرد.

بنابراین ولتاژ خروجی که از طریق دیود گرفته می‌شود هرگز نمی‌تواند در طول نیم سیکل مثبت از 0.7 ولت فراتر‌رود.

در‌طول نیمه سیکل منفی‌، دیود با تعصب معکوس‌(کاتد مثبت تر از آند)‌است که جریان جاری را از‌طریق خود مسدود می‌کند.

در نتیجه هیچ تاثیری بر نیمه منفی ولتاژ سینوسی که بدون تغییر به بار منتقل می شود ، ندارد.

بنابراین دیود نیمه مثبت شکل موج ورودی را محدود می‌کند و به عنوان یک مدار قطع کننده مثبت شناخته می‌شود.

مدار برش دیود منفی

دیود در طول نیمه سیکل منفی شکل موج سینوسی بایاس است و آن را محدود می کند و یا آن را به -0.7 ولت محدود می کند.

در حالی که اجازه می دهد نیمه بایک مثبت در هنگام بایاس معکوس بدون تغییر عبور کند.

از آنجا که دیود نیمه سیکل منفی ولتاژ ورودی را محدود می‌کند‌، بنابراین مدار قطع کننده منفی نامیده می‌شود.

برش از هر دو نیم چرخه

اگر دو دیود را به صورت موازی معکوس وصل کنیم ، همانطور که نشان داده شده است ، هر دو نیمه مثبت و منفی کوتاه می شوند زیرا دیود D1 نیم سیکل مثبت شکل موج ورودی سینوسی را می گیرد در حالی که دیود D2 نیم چرخه منفی را می گیرد.

سپس می توان از مدارهای قطع دیود برای نیم سیکل مثبت ، نیمه چرخه منفی یا هر دو استفاده کرد.

برای دیودهای ایده آل ، شکل موج خروجی در بالا صفر است.

با این‌حال‌، به‌دلیل افت‌ولتاژ بایاس به‌جلو در دیودها‌، نقطه قطع واقعی به ترتیب در +0.7 ولت و -0.7‌ولت اتفاق می‌افتد.

اما ما می توانیم این آستانه ± 0.7 ولت را به حداکثر مقدار (VPEAK) شکل موج سینوسی افزایش دهیم یا با اتصال دیودهای بیشتر در سری و ایجاد مضربی از 0.7 ولت یا اضافه کردن یک تعصب ولتاژ به دیودها. .

مدار برش دیود بایاس

برای تولید مدارهای قطع کننده دیود برای شکل موج ولتاژ در سطوح مختلف‌، یک ولتاژ بایاس‌، VBIAS بصورت سری با دیود اضافه می شود تا همانطور که نشان داده شده است‌، یک قیچی ترکیبی تولید می کند.

قبل از‌اینکه دیود به‌اندازه کافی برای هدایت جهت هدایت‌شود‌، ولتاژ کل ترکیب سری باید از VBIAS + 0.7V بیشتر باشد.

به عنوان مثال:

اگر سطح VBIAS روی 4.0 ولت تنظیم شود‌، ولتاژ سینوسی در ترمینال آند دیود باید بیشتر از 4.0 + 0.7 = 4.7 ولت باشد تا بایاس به جلو تبدیل شود.

هر سطح ولتاژ آند بالاتر از این نقطه بایاس قطع می شود.

قطع مثبت دیود بایاس

به همین ترتیب ، هنگامی که یک دیود نیمه سیکل منفی شکل موج خروجی را هدایت می کند‌ با معکوس کردن دیود و ولتاژ بایاس باتری‌، به همان اندازه نشان داده می‌شود‌‌ VBIAS – 0.7V.

دیود قطع کننده بایاس منفی

با متغیر بودن ولتاژ بایاس دیودها ، یک سطح متغیر دیود یا محدود کننده دیود حاصل می شود.

اگر قرار باشد هر دو نیم دوره مثبت و منفی قطع شوند‌، از دو دیود قطع کننده مغرض استفاده می‌شود.

اما برای قطع دیود مثبت و منفی ، ولتاژ بایاس لازم نیست یکسان باشد.

ولتاژ بایاس مثبت می‌تواند در یک سطح باشد‌، به عنوان مثال 4 ولت و ولتاژ بایاس منفی در سطح دیگر!

به عنوان مثال 6 ولت همانطور که نشان داده شده است.

برش دیود از سطوح مختلف بایاس

هنگامی که ولتاژ نیمه‌سیکل مثبت به +4/7 ولت برسد‌، دیود D1 شکل موج را در‌4/4 + ولتاژ هدایت و محدود‌می‌کند.

دیود D2 تا زمانی که ولتاژ به –6،7 ولت نرسد ، هدایت نمی کند.

بنابراین ‌، تمام ولتاژهای مثبت بالاتر از 4/4 ولت و ولتاژهای منفی زیر –6.7 ولت به طور خودکار بریده می‌شوند.

مزیت مدار برش دیود بایاس این است که از بیش از حد مجاز ولتاژ سیگنال خروجی برای هر دو نیم سیکل شکل شکل موج ورودی جلوگیری می کند.

که می تواند ورودی از یک حسگر پر سر و صدا یا ریل های مثبت و منفی منبع تغذیه باشد.

اگر سطح برش دیود خیلی کم تنظیم شود یا شکل موج ورودی خیلی زیاد باشد ، حذف هر دو قله شکل موج می تواند با یک شکل موج به شکل موج مربع درآید.

مدارهای قطع کننده دیود زنر

استفاده از ولتاژ بایاس به این معنی است که می‌توان میزان شکل موج ولتاژ قطع‌شده را به‌طور دقیق کنترل کرد.

اما یکی از معایب اصلی استفاده از مدارهای قطع کننده دیود بایاس ولتاژ این است که آنها به منبع باتری EMF اضافی نیاز دارند که ممکن است مشکلی باشد یا نباشد.

یک روش آسان برای ایجاد مدار برش دیود بایاس بدون نیاز به منبع اضافی EMF‌، استفاده از‌دیودهای زنر است.

همانطور که می‌دانیم‌، دیود زنر نوع‌دیگری از دیود است که به‌طور خاص برای کار در‌منطقه خرابی بایاس آن ساخته شده‌است‌.

به همین ترتیب می تواند برای تنظیم ولتاژ یا برنامه های قطع دیود زنر استفاده شود.

در منطقه رو به جلو‌، زنر دقیقاً مانند یک دیود سیلیکونی معمولی با افت ولتاژ 0.7 ولت (700 میلی ولت) در هنگام هدایت‌، همانند بالا عمل می‌کند.

با این حال‌، در منطقه بایاس معکوس‌، ولتاژ مسدود می‌شود تا زمانی که به ولتاژ خرابی دیودهای زنر برسد.

در این مرحله ، جریان معکوس از طریق zener به شدت افزایش می یابد.

اما ولتاژ zener ، VZ در سراسر دستگاه ثابت می ماند حتی اگر جریان zener ، IZ متفاوت باشد.

سپس می توانیم با استفاده از آنها برای برش دادن شکل موج‌، این عمل zener را به خوبی نشان دهیم.

دیود قطع کننده زنر

دیود زنر مانند یک مدار برش دیود بایاس عمل می کند و ولتاژ بایاس برابر با ولتاژ شکست زنر است.

در این‌مدار در طول نیمه مثبت شکل موج‌، دیود زنر بایاس معکوس است بنابراین شکل‌موج در ولتاژ زنر‌،‌VZD1 قطع می‌شود.

در طول نیمه سیکل منفی ، زنر مانند یک دیود طبیعی با مقدار اتصال 0.7 ولت معمول خود عمل می‌کند.

ما می توانیم با استفاده از ویژگیهای ولتاژ معکوس دیودهای زنر ، این ایده را بیشتر توسعه دهیم تا هر دو نیمه شکل موج را با استفاده از سری دیودهای زنر پشت به پشت متصل کنیم ، همانطور که نشان داده شده است.

برش دیود زنر کامل

شکل موج خروجی از مدارهای قطع دیود زنر موج کامل‌، شبیه مدار قطع دیود مغرضانه ولتاژ قبلی است.

شکل موج خروجی در ولتاژ زنر به علاوه افت ولتاژ 0.7 ولت دیود دیگر قطع می شود.

بنابراین به عنوان مثال:

نیمه چرخه مثبت در‌مجموع دیود زنر ،‌ZD1 به علاوه 0.7V از ZD2 و بالعکس برای نیمه چرخه منفی کاهش می‌یابد.

دیودهای زنر با دامنه‌وسیعی از ولتاژ تولید می‌شوند و می‌توان از‌آنها برای‌ارجاع ولتاژهای مختلف در هر نیم سیکل‌، همانند‌بالا استفاده‌کرد.

دیودهای زنر با ولتاژهای تجزیه زنر‌، ولتاژ متناوب از‌2.4 تا 33 ولت‌، با تحمل معمول 1 ‌یا 5٪ در‌دسترس‌هستند.

توجه داشته باشید که پس از هدایت در منطقه شکست معکوس‌، جریان کامل از طریق دیود زنر عبور می‌کند.

بنابراین یک مقاومت محدود کننده جریان مناسب‌، R1 باید انتخاب شود.

خلاصه دیود قطع کننده

علاوه بر اینکه به عنوان یکسوساز استفاده می شود ، می توان از دیودها برای بالا یا پایین ، یا هر دو شکل موج در سطح dc خاص استفاده کرد و بدون اعوجاج ، آن را به خروجی منتقل کرد.

در مثالهای بالا ما فرض‌کردیم که شکل موج سینوسی است اما در‌تئوری می‌توان از هر‌شکل موج ورودی شکل استفاده کرد.

مدارهای قطع دیود برای از بین بردن نویز دامنه یا افزایش ولتاژ ، تنظیم ولتاژ یا تولید شکل موج های جدید از یک سیگنال موجود مانند مربع کردن قله های شکل موج سینوسی برای بدست آوردن یک شکل موج مستطیل مانند شکل بالا استفاده می شود.

متداول ترین کاربرد “برش دیود” به عنوان یک چرخ دنده یا دیود چرخدار است.

که به‌طور موازی از طریق یک بار القایی متصل می‌شود تا از ترانزیستور سوئیچینگ از حالت ولتاژ معکوس محافظت‌کند.