อธิบายวงจรปัตตาเลี่ยน: ประเภทหลักการทํางานและการใช้งาน

วงจรปัตตาเลี่ยนใช้เพื่อจํากัดแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณสูงหรือต่ํา โดยจะลบเฉพาะส่วนของรูปคลื่นที่เกินระดับที่ตั้งไว้ในขณะที่ปล่อยให้ส่วนที่เหลือไม่เปลี่ยนแปลง วงจรปัตตาเลี่ยนช่วยควบคุมระดับสัญญาณ ลดแรงดันไฟกระชาก และป้องกันวงจร บทความนี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับวิธีการทํางานของวงจรปัตตาเลี่ยน ประเภท การใช้งาน และข้อจํากัด

ค 1. วงจรปัตตาเลี่ยนโอเวอร์ view

ค 2. หลักการทํางานของวงจรปัตตาเลี่ยน

ค 3. การควบคุมระดับการตัดในวงจรปัตตาเลี่ยน

ค 4. ประเภทวงจร Series และ Shunt Clipper

ค 5. ประเภทของวงจรปัตตาเลี่ยน

ค 6. วงจรปัตตาเลี่ยนใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์

ค 7. Zener Diode Clippers สําหรับการจํากัดแรงดันไฟฟ้าคงที่

ค 8. วงจรปัตตาเลี่ยนที่มีความแม่นยําเพื่อการจํากัดสัญญาณที่แม่นยํา

ค 9. การเลือกส่วนประกอบในการออกแบบวงจรปัตตาเลี่ยน

ค 10. เอฟเฟกต์ที่ไม่เหมาะในวงจรปัตตาเลี่ยนที่ใช้งานได้จริง

ค 11. ข้อจํากัดของวงจรปัตตาเลี่ยน

ค 12. สรุป

ค 13. คําถามที่พบบ่อย

Figure 1. Clipper Circuit

วงจรปัตตาเลี่ยนโอเวอร์ view

วงจรปัตตาเลี่ยนเป็นวงจรปรับสภาพสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่จํากัดว่าแรงดันสัญญาณจะสูงหรือต่ําเพียงใด เมื่อสัญญาณอินพุตถึงระดับที่ตั้งไว้วงจรจะหยุดแรงดันไฟฟ้าไม่ให้เพิ่มขึ้นหรือลดลงเกินจุดนั้น สัญญาณที่เหลือจะไม่เปลี่ยนแปลง ยกเว้นส่วนที่เกินขีดจํากัด ซึ่งถูกตัดออกหรือ "ถูกตัด"

บทบาทหลักของวงจรปัตตาเลี่ยนคือการควบคุมระดับสัญญาณ ช่วยรักษาแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในช่วงที่ปลอดภัยหรือใช้งานได้ และลดแรงดันไฟกระชากที่ไม่ต้องการซึ่งอาจส่งผลต่อการทํางานของวงจร ปัตตาเลี่ยนทํางานเฉพาะกับรูปคลื่นสัญญาณและไม่จ่ายไฟ หน้าที่ของมันแตกต่างจากตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าซึ่งควบคุมระดับพลังงานมากกว่ารูปร่างของสัญญาณ

หลักการทํางานของวงจรปัตตาเลี่ยน

Figure 2. Working Principle of a Clipper Circuit

•เมื่อสัญญาณอินพุตอยู่ต่ํากว่าระดับการตัดไดโอดจะยังคงปิดอยู่และสัญญาณจะผ่านวงจรตามปกติ

• เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าถึงหรือเกินระดับการตัด ไดโอดจะเปิดขึ้นและเริ่มดําเนินการ

•ไดโอดนําไฟฟ้าป้องกันไม่ให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหรือลดลงเกินขีด จํากัด ที่ตั้งไว้โดยการปิดกั้นหรือเปลี่ยนเส้นทางแรงดันไฟฟ้าส่วนเกิน

•รูปคลื่นเอาต์พุตจึงถูกเก็บไว้ภายในปริมาตรที่กําหนด tag ช่วง โดยมีเพียงส่วนที่เกินขีด จํากัด เท่านั้นที่จะถูกตัดออก

การควบคุมระดับการตัดในวงจรปัตตาเลี่ยน

ในวงจรปัตตาเลี่ยนขีด จํากัด แรงดันไฟฟ้าไม่ได้ถูกตั้งค่าไว้ที่ค่าอ้างอิงหรือค่าอคติ การตัดจะเริ่มขึ้นเล็กน้อยก่อนหรือหลังจุดนั้น เนื่องจากไดโอดต้องการปริมาตรขนาดเล็ก tage เพื่อเปิด

แรงดันไฟฟ้านี้ขึ้นอยู่กับการลดลงไปข้างหน้าของไดโอดซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและปริมาณกระแสที่ไหลผ่าน เมื่อกระแสเพิ่มขึ้นระดับการตัดอาจเปลี่ยนสูงกว่าที่คาดไว้เล็กน้อย

ระดับการตัดจริงจึงเป็นค่าโดยประมาณแทนที่จะเป็นจุดคงที่อย่างสมบูรณ์ เอฟเฟกต์นี้เป็นพื้นฐานเมื่อวงจรทํางานกับแรงดันไฟฟ้าต่ําหรือต้องการการควบคุมสัญญาณที่แม่นยํา

ประเภทวงจร Series และ Shunt Clipper

ด้าน	วงจรปัตตาเลี่ยนซีรีส์	วงจรปัตตาเลี่ยนปัด
ตําแหน่งไดโอด	วางให้สอดคล้องกับเส้นทางสัญญาณ	เชื่อมต่อผ่านเอาต์พุต
การตัดแอ็คชั่น	หยุดสัญญาณบางส่วนเมื่อถึงขีดจํากัด	เปลี่ยนเส้นทางแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินออกจากเอาต์พุต
การไหลของสัญญาณ	ถูกขัดจังหวะชั่วคราวระหว่างการตัด	ยังคงไหลระหว่างการตัด
ผลกระทบต่อภาระ	ปฏิสัมพันธ์กับโหลดมากขึ้น ปฏิสัมพันธ์กับโหลดน้อยลง
วัตถุประสงค์ทั่วไป	ใช้เพื่อปิดกั้นส่วนที่ไม่ต้องการของสัญญาณ ใช้เพื่อจํากัดและป้องกันระดับสัญญาณ

วงจรปัตตาเลี่ยนบวกเป็นวงจรปัตตาเลี่ยนประเภทหนึ่งที่จํากัดส่วนบวกของสัญญาณอินพุต จุดประสงค์คือเพื่อป้องกันไม่ให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเหนือระดับที่เลือกในขณะที่ปล่อยให้สัญญาณที่เหลือผ่านไป การควบคุมนี้ทําได้โดยการจัดเรียงไดโอดในการกําหนดค่าต่างๆ ภายในวงจรปัตตาเลี่ยน วงจรปัตตาเลี่ยนบวกมีสามรูปแบบทั่วไป:
•ปัตตาเลี่ยนบวกซีรีส์ - ในวงจรปัตตาเลี่ยนนี้ไดโอดและตัวต้านทานจะถูกวางเป็นอนุกรมกับเส้นทางสัญญาณ ในระหว่างครึ่งบวกของสัญญาณอินพุตไดโอดจะยังคงมีอคติย้อนกลับเพื่อป้องกันการไหลของกระแส เป็นผลให้ส่วนบวกของแรงดันไฟฟ้าถูกลบออกจากเอาต์พุต
• ปัตตาเลี่ยนบวกแบบขนาน - ในการจัดเรียงนี้ ไดโอดจะเชื่อมต่อแบบขนานกับเอาต์พุต เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้ากลายเป็นบวกและถึงระดับการตัดไดโอดจะนําและเปลี่ยนเส้นทางแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินออกจากเอาต์พุต
• ปัตตาเลี่ยนบวกอคติ - วงจรปัตตาเลี่ยนนี้มีอคติ DC พร้อมกับไดโอด อคติที่เพิ่มเข้ามาจะเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าที่การตัดเริ่มต้นทําให้สัญญาณบวกถูกจํากัดไว้ที่ค่าเฉพาะแทนที่จะเป็นศูนย์โวลต์โดยตรง

วงจรปัตตาเลี่ยนเชิงลบเป็นวงจรปัตตาเลี่ยนประเภทหนึ่งที่จํากัดส่วนลบของสัญญาณอินพุต บทบาทของมันคือป้องกันไม่ให้แรงดันไฟฟ้าลดลงต่ํากว่าระดับที่เลือกในขณะที่ปล่อยให้ส่วนที่เหลือของสัญญาณผ่าน ทําได้โดยการวางไดโอดในทิศทางเฉพาะภายในวงจรปัตตาเลี่ยน รูปแบบทั่วไปของวงจรปัตตาเลี่ยนเชิงลบ ได้แก่ :
•ปัตตาเลี่ยนเชิงลบแบบอนุกรม - ในวงจรปัตตาเลี่ยนนี้ไดโอดจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับเส้นทางสัญญาณ แต่อยู่ตรงข้ามกับปัตตาเลี่ยนบวกแบบอนุกรม ในระหว่างครึ่งลบของอินพุตสัญญาณไดโอดจะบล็อกการไหลของกระแสลบโดยลบแรงดันไฟฟ้าลบออกจากเอาต์พุต
• ปัตตาเลี่ยนเชิงลบแบบขนาน - ที่นี่ไดโอดถูกวางขนานกับเอาต์พุต เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้ากลายเป็นลบและถึงระดับการตัดไดโอดจะนําและเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าลบออกจากเอาต์พุต
• ปัตตาเลี่ยนเชิงลบที่มีอคติ - วงจรปัตตาเลี่ยนนี้มีอคติ DC พร้อมกับไดโอด อคติที่เพิ่มเข้ามาจะเปลี่ยนจุดที่การตัดเริ่มต้นทําให้แรงดันไฟฟ้าลบถูกจํากัดที่ระดับต่ํากว่าศูนย์โวลต์
วงจรปัตตาเลี่ยนจํากัดระดับแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไป ช่วยป้องกันความเสียหายต่อส่วนประกอบวงจร
พวกเขารักษาระดับสัญญาณให้อยู่ในช่วงที่ต้องการ ดังนั้นเอาต์พุตจึงยังคงเหมาะสําหรับการประมวลผลต่อไป
วงจรปัตตาเลี่ยนจะลบส่วนที่เลือกของรูปคลื่นเพื่อสร้างรูปร่างสัญญาณที่สะอาดและควบคุมได้มากขึ้น
ปริมาณที่ไม่ต้องการ tag ไฟกระชากและจุดสูงสุดของสัญญาณที่คมชัดจะลดลง ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพสัญญาณโดยรวม
• ระดับการตัดถูกกําหนดโดยแรงดันพังทลายซีเนอร์
• เหมาะสําหรับขีด จํากัด แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น
•อนุญาตให้ตัดสมดุลเมื่อเชื่อมต่อซีเนอร์ไดโอดในทิศทางตรงกันข้าม
•ต้องการกระแสไฟเพียงพอเพื่อรักษาการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม
• สร้างสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้ามากขึ้นระหว่างการทํางาน
•กระจายพลังงานมากกว่าวงจรปัตตาเลี่ยนโดยใช้ไดโอดมาตรฐาน

วงจรปัตตาเลี่ยนที่มีความแม่นยําเป็นรูปแบบหนึ่งของวงจรปัตตาเลี่ยนที่ใช้แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการพร้อมไดโอดเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้แม่นยํายิ่งขึ้น ในการตั้งค่านี้ แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการจะชดเชยแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมปกติของไดโอด ดังนั้นวงจรปัตตาเลี่ยนจึงสามารถจํากัดสัญญาณที่ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ํามากหรือแน่นอน สิ่งนี้ช่วยให้จุดตัดมีความเสถียรและคาดเดาได้มากขึ้นปรับปรุงวิธีที่วงจรปัตตาเลี่ยนควบคุมสัญญาณ
ส่วนประกอบ	สิ่งที่ต้องพิจารณาในวงจรปัตตาเลี่ยน	2022

| ไดโอด | แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า ความเร็วในการสลับ และเวลาการกู้คืน | มิซูมิ

| ซีเนอร์ไดโอด | ซีเนอร์ไดโอด แรงดันพังทลายและอัตรากําลังไฟฟ้า | มิซูมิ

| ตัวต้านทาน | การควบคุมและจํากัดกระแสไฟระหว่างการตัด | Silic Thailand

| Op-amp | ออปแอมป์ แบนด์วิดท์และอัตราการฆ่าเมื่อรวมอยู่ในวงจรปัตตาเลี่ยน

เอฟเฟกต์ที่ไม่เหมาะในวงจรปัตตาเลี่ยนที่ใช้งานได้จริง

•ไดโอดไปข้างหน้าแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ

•กระแสไฟรั่วย้อนกลับส่งผลต่อจุดอิมพีแดนซ์สูงในวงจรปัตตาเลี่ยน

•ความจุของทางแยกลดประสิทธิภาพที่ความถี่ที่สูงขึ้น

•เวลาการกู้คืนย้อนกลับสามารถบิดเบือนรูปคลื่นที่ถูกตัดได้

ข้อจํากัดของวงจรปัตตาเลี่ยน

แม้ว่าวงจรปัตตาเลี่ยนจะเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ แต่ก็มีข้อจํากัด ระดับการตัดได้รับอิทธิพลจากลักษณะไดโอด อุณหภูมิ และกระแส ทําให้การควบคุมที่แม่นยําทําได้ยากในการออกแบบพื้นฐาน ความจุของไดโอดและเวลาในการกู้คืนสามารถบิดเบือนสัญญาณได้ วงจรปัตตาเลี่ยนปรับเปลี่ยนรูปร่างของรูปคลื่น ซึ่งอาจไม่เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการความสมบูรณ์ของสัญญาณ

สรุป

วงจรปัตตาเลี่ยนมีประสิทธิภาพในการควบคุมแรงดันสัญญาณและสร้างรูปคลื่น ประเภทต่างๆ เช่น ปัตตาเลี่ยนบวก ลบ ซีเนอร์ และความแม่นยํา ให้การควบคุมและความแม่นยําในระดับที่แตกต่างกัน ปัจจัยที่แท้จริง เช่น พฤติกรรมของไดโอด อุณหภูมิ และขีดจํากัดความถี่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทํางาน จุดเหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าวงจรปัตตาเลี่ยนถูกนําไปใช้อย่างถูกต้องเมื่อต้องการขีดจํากัดสัญญาณ