Klemmerschakelingen – DC-herstellers voor composiet video

Klemmers, of DC-herstellers, zijn eenvoudige maar krachtige apparaten die de piek van een golfvorm verschuiven naar een vooraf bepaald DC-niveau. De typische topologie bestaat uit een condensator in serie met een diode en een DC-referentie. Wanneer het invoersignaal de opgeslagen lading van de condensator overschrijdt, geleidt de diode, wat de piek beperkt tot het gewenste niveau. Het verwijderen van de diode verandert het netwerk in een gewone koppelcondensator zonder klemmende werking.

Wat is klemspanning?

Klemspanning is de DC-waarde waaraan de piek van een golfvorm beperkt wordt. In een standaard klemmer met een siliciumdiode is de praktische klem de voorwaartse val van de diode (≈0,7 V) boven of onder de referentie. Bijvoorbeeld, met een 0 V referentie wordt de positieve piek geklemd op +0,7 V.

Hoe een klemmer werkt

Overweeg een sinusoïdale bron van 5 V piek (V(4)) die een klemmer voedt zoals getoond in figuur (a). Tijdens de eerste positieve half-cyclus geleidt de diode, de condensator opladend zodat zijn linkerknooppunt stijgt naar +5 V (≈+4,3 V na de diodeval). Het rechterknooppunt zit dan op –5 V ten opzichte van massa. Wanneer de bronspanning weer boven de opgeslagen spanning van de condensator stijgt, geleidt de diode opnieuw, wat de positieve piek van de uitgang houdt van 0 V te overschrijden. De negatieve piek zwaait echter naar –5 V, zodat de golfvorm effectief met 5 V omhoog verschoven wordt.

Varianten:

• Figuur (b): Diode omgekeerd – negatieve piek geklemd op 0 V.
• Figuur (c): Diode verbonden met 5 V referentie – negatieve piek geklemd op 5 V (≈4,3 V met diodeval).

SPICE model voor de drie configuraties:

 *SPICE 03443.eps V1 6 0 5 D1 6 3 diode C1 4 3 1000p D2 0 2 diode C2 4 2 1000p C3 4 1 1000p D3 1 0 diode V2 4 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

Uitleg van knooppunten: V(4) is de 5 V piek bron; V(1) is de uitgang van figuur (a); V(1,4) is de DC-spanning op de condensator in figuur (a); V(2) is de uitgang van figuur (b); V(3) is de uitgang van figuur (c).

Het veranderen van de DC-referentie (bijv. van 5 V naar 10 V) verhoogt simpelweg het geklemde niveau; de amplitude van de golfvorm blijft ongewijzigd. Het verhogen van de sinusgolf-amplitude (van 5 V naar 7 V) verhoogt de uitgangsamplitude, maar de geklemde piek blijft op de referentie.

Klemmerschakelingen als DC-herstellers

In composiet videosystemen (NTSC) moeten synchronisatiepulsen op een vast 100% modulatie niveau blijven ongeacht de helderheid van het beeld. Een klemmer, optredend als DC-hersteller, klemt de top van de synchronisatiepulsen aan een referentiespanning die volledige modulatie vertegenwoordigt, wat drift voorkomt veroorzaakt door variërende videocontent.

Kernpunten:

• Een koppelcondensator alleen produceert een signaal gecentreerd op zijn gemiddelde DC-niveau (meestal 0 V).
• Een klemmer voegt een DC-referentie en een diode toe, klemt één piek en verschuift de golfvorm.
• Gangbare toepassingen omvatten het herstellen van sync-niveaus in composiet video.

Gerelateerd werkblad: Klemmer en Klemmerschakelingen Werkblad