Tổng quan về mạch xén diode

Tổng quan về mạch xén diođe

1.      Khái niệm mạch xén

Mạch xén hoặc clipper là mạch được sử dụng để 'xén' điện áp đầu vào ngăn không cho nó đạt được giá trị lớn hơn giá trị được xác định trước. Như bạn có thể thấy trong hình bên dưới, mạch này xén bỏ giá trị đỉnh dương hoặc âm của một chu kỳ.

Các thành phần cơ bản cần thiết cho một mạch xén là diode và điện trở. Để sửa mức xén tới mức mong muốn, cần nguồn DC. Khi diode được phân cực thuận, nó hoạt động như một công tắc đóng và khi bị phân cực ngược, nó hoạt động như một công tắc mở. Các mức xén khác nhau có thể đạt được bằng cách thay đổi lượng điện áp của pin và cũng có thể thay thế vị trí của diode và điện trở.

Tùy thuộc vào các tính năng của diode mà vùng dương hoặc âm của tín hiệu đầu vào bị xén bớt ra Vì vậy mạch xén diode có thể là mạch xén dương hoặc âm

Có hai loại xén chung: nối tiếp và song song (hoặc shunt). Mạch xén nối tiếp là mạch mà trong đó diode mắc nối tiếp với tải, trong khi mạch xén song song có diode trong một nhánh song song với tải.

2.      Mạch xén dương và Mạch xén âm

a.      Mạch xén dương

Trong mạch xén dương, nửa chu kỳ dương của điện áp đầu vào sẽ bị loại bỏ. Dưới đây là hình minh họa :

Như thể hiện trong hình, diode mắc nối tiếp với tải. Trong nửa chu kỳ dương của dạng sóng đầu vào, diode bị phân cực ngược, duy trì điện áp đầu ra ở 0V. Điều này làm cho nửa chu kỳ dương bị xén bớt. Trong nửa chu kỳ âm của đầu vào, diode bị phân cực thuận và do đó nửa chu kỳ âm xuất hiện trên đầu ra.

Trong hình (b), diode được mắc song song với tải. Đây là sơ đồ của một mạch xén sogn song dương. Trong nửa chu kỳ dương, diode hoạt động như một công tắc đóng. Điều này làm cho điện áp rơi trên diode hoặc trên điện trở tải R L bằng không. Do đó, điện áp đầu ra trong nửa chu kỳ dương bằng không, như thể hiện trong dạng sóng đầu ra. Trong nửa chu kỳ âm của điện áp tín hiệu đầu vào, diode D bị phân cực ngược và hoạt động như một công tắc mở. Do đó, toàn bộ điện áp đầu vào xuất hiện trên diode hoặc trên điện trở tải RL nếu R nhỏ hơn RL nhiều.

Trên thực tế, mạch hoạt động như một bộ chia điện áp với điện áp đầu ra là [/R +] Vmax = -Vmax khi RL>> R

b.      Mạch xén âm

Mạch xén âm gần giống như mạch xén dương, chỉ có một điểm khác biệt. Nếu diode trong hình (a) và (b) được mắc với cực ngược, thì các mạch sẽ trở thành mạch xén nối tiếp âm và mạch xén song song âm. Và nó được thể hiện trong hình (a) và (b) dưới đây:

Các mạch trên đều sử dụng trong trường hợp diode là một diode lý tưởng. Tuy nhiên trên thực tế, điện áp đánh thủng sẽ tồn tại (0,7V đối với silicon và 0,3 V đối với Germanium). Khi điều này được tính đến, các dạng sóng đầu ra cho các dao cắt dương và âm sẽ có hình dạng như trong hình bên dưới.

3.      Mạch xén phân cực âm và mạch xén phân cực dương

Mạch xén phân cực là mạch chỉ loại bỏ một phần nhỏ của nửa chu kỳ dương hoặc âm của điện áp tín hiệu được loại bỏ. Khi một phần nhỏ của nửa chu kỳ âm được loại bỏ, nó được gọi là mạch xén thiên vị âm. Sơ đồ mạch và dạng sóng được hiển thị trong hình dưới đây.

Trong mạch xén này, khi điện áp tín hiệu đầu vào là dương, diode bị phân cực ngược. Điều này làm cho nó hoạt động như một công tắc mở. Do đó, toàn bộ nửa chu kỳ dương xuất hiện trên tải, như được minh họa bằng dạng sóng đầu ra (hình (a)). Khi điện áp tín hiệu đầu vào âm nhưng không vượt quá điện áp V, diode D vẫn bị phân cực ngược và hầu hết điện áp đầu vào xuất hiện trên đầu ra. Khi trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu đầu vào, điện áp tín hiệu sẽ nhiều hơn điện áp V, diode sẽ phân cực thuận và do đó dẫn rất nhiều. Điện áp đầu ra bằng -V và duy trì ở -V miễn là cường độ của điện áp tín hiệu đầu vào lớn hơn độ lớn của điện áp V. Do đó, mạch xén phân cực âm sẽ loại bỏ điện áp đầu vào khi điện áp tín hiệu đầu vào trở nên lớn hơn điện áp. Việc xén  có thể được thay đổi bằng cách đảo ngược các kết nối nguồn và diode, như được minh họa trong hình (b).

Dưới đây là một số dạng mạch xén phân cực với diode là lý tưởng

4.      Mạch xén hai đầu

Khi một phần của cả dương và âm của mỗi nửa chu kỳ của điện áp đầu vào sẽ được cắt (hoặc loại bỏ) gọi là mạch xén hai đầu. Mạch được đưa ra trong hình dưới đây:

Đối với tín hiệu điện áp đầu vào dương khi điện áp đầu vào vượt quá điện áp V1 diode D1 dẫn trong khi diode D2  bị đảo ngược và do đó điện áp +V1 xuất hiện trên đầu ra. Điện áp đầu ra này luôn được duy trì miễn là điện áp tín hiệu đầu vào vượt quá +V1. Mặt khác, đối với tín hiệu điện áp đầu vào âm, diode D1 vẫn bị phân cực ngược và diode D2 chỉ dẫn điện khi điện áp đầu vào vượt quá điện áp V2. Do đó, trong nửa chu kỳ âm, đầu ra vẫn ở mức -V2 miễn là điện áp tín hiệu đầu vào lớn hơn -V2.

5.      Ứng dụng của mạch xén

-Được sử dụng trong các máy phát FM để giảm tiếng ồn

-Để giới hạn đầu vào điện áp cho một thiết bị

-Để sửa đổi dạng sóng hiện có thành đầu ra mong muốn