リミッターと電圧乗算器

クリッパーやクランパーなどの波形整形回路とともに、ダイオードを使用して、リミッターや電圧マルチプライヤなどの他の回路を構築します。これについては、この章で説明します。ダイオードには、整流器として知られる別の重要なアプリケーションもあります。これについては後で説明します。

リミッター

これらのクリッパーとクランパーを通過するときによく遭遇する別の名前は、リミッター回路です。 *リミッター*回路は、出力電圧が所定の値を超えないように制限する回路として理解できます。

これは多かれ少なかれ、指定された信号の値を超えることを許可しないクリッパー回路です。実際には、クリッピングは制限の極端な範囲と呼ぶことができます。したがって、制限はスムーズなクリッピングとして理解できます。

次の画像は、リミッター回路のいくつかの例を示しています-

リミッターと電圧乗数

リミッター回路の性能は、その伝達特性曲線から理解できます。このような曲線の例は次のとおりです。

伝達特性曲線

下限と上限は、リミッターの特性を示すグラフで指定されています。このようなグラフの出力電圧は次のように理解できます。

V _ \ {0} = L _ \ {-}、KV _ \ {i}、L _ \ {+}

どこで

L _ \ {-} = V _ \ {i} \ leq \ frac \ {L _ \ {-}} \ {k}

$$ KV _ \ {i} = \ frac \ {L _ \ {-}} \ {k} <V _ \ {i}

L _ \ {+} = V _ \ {i} \ geq \ frac \ {L _ \ {+}} \ {K}

リミッターの種類

次のようなリミッターにはいくつかの種類があります

ユニポーラリミッター-この回路は信号を一方向に制限します。
Bipolar Limiter -この回路は、2つの方法で信号を制限します。
ソフトリミッター-入力がわずかに変化しても、この回路では出力が変化する場合があります。
ハードリミッター-出力は入力信号の変化に応じて簡単には変化しません。
シングルリミッター-この回路は1つのダイオードを使用して制限します。
ダブルリミッター-この回路は、制限用に2つのダイオードを使用しています。

電圧増倍器

場合によっては電圧を増倍する必要があるアプリケーションがあります。これは、ダイオードとコンデンサを使用した簡単な回路の助けを借りて簡単に行うことができます。電圧を2倍にすると、このような回路は電圧ダブラーと呼ばれます。これを拡張して、Voltage TriplerまたはVoltage Quadruplerなどを作成し、高いDC電圧を取得できます。

理解を深めるために、電圧を2倍する回路を考えてみましょう。この回路は Voltage Doubler と呼ばれます。次の図は、倍電圧器の回路を示しています。

電圧ダブラー

印加される入力電圧は、下図に示すように正弦波の形のAC信号です。

入力波形

ワーキング

電圧逓倍回路は、入力信号の各半サイクルを分析することで理解できます。サイクルごとに、ダイオードとコンデンサが異なる方法で動作します。これを理解してみましょう。

最初の正の半サイクル中-入力信号が印加されると、コンデンサ$ C _ \ {1} $が充電され、ダイオード$ D _ \ {1} $が順方向にバイアスされます。ダイオード$ D _ \ {2} $は逆バイアスされ、コンデンサ$ C _ \ {2} $は充電されません。これにより、出力$ V _ \ {0} $が$ V _ \ {m} $になります

これは次の図から理解できます。

最初の正の半サイクル

したがって、0〜$ \ pi $の間、生成される出力電圧は$ V _ \ {max} $になります。コンデンサ$ C _ \ {1} $は順方向バイアスされたダイオード$ D _ \ {1} $を介して充電されて出力されますが、$ C _ \ {2} $は充電されません。この電圧は出力に現れます。

負の半サイクル中-その後、負の半サイクルに達すると、ダイオード$ D _ \ {1} $は逆バイアスになり、ダイオード$ D _ \ {2} $は順バイアスになります。ダイオード$ D _ \ {2} $は、このプロセス中に充電されるコンデンサ$ C _ \ {2} $を介して電荷を取得します。次に、電流がコンデンサ$ C _ \ {1} $を流れ、放電します。次の図から理解できます。

負の半サイクル

したがって、$ \ pi $〜$ 2 \ pi $の間、コンデンサ$ C _ \ {2} $の電圧は$ V _ \ {max} $になります。完全に充電されたコンデンサ$ C _ \ {1} $は放電する傾向があります。これで、両方のコンデンサからの電圧が一緒に出力に表示されます。これは$ 2V _ \ {max} $です。したがって、このサイクル中の出力電圧$ V _ \ {0} $は$ 2V _ \ {max} $です

次の正の半サイクル中-コンデンサ$ C _ \ {1} $は電源から充電され、ダイオード$ D _ \ {1} $は順方向にバイアスされます。コンデンサ$ C _ \ {2} $は放電する方法を見つけられないため、電荷を保持し、ダイオード$ D _ \ {2} $は逆バイアスになります。さて、このサイクルの出力電圧$ V _ \ {0} $は、出力に一緒に現れる両方のコンデンサから電圧を取得します。これは$ 2V _ \ {max} $です。

次の負の半サイクル中-次の負の半サイクルでは、コンデンサ$ C _ \ {1} $が再びフル充電から放電し、ダイオード$ D _ \ {1} $が逆バイアスになり、$ D _ \ {2 } $フォワードとコンデンサ$ C _ \ {2} $をさらに充電して、電圧を維持します。さて、このサイクルの出力電圧$ V _ \ {0} $は、出力に一緒に現れる両方のコンデンサから電圧を取得します。これは$ 2V _ \ {max} $です。

したがって、出力電圧$ V _ \ {0} $は、その動作全体で$ 2V _ \ {max} $に維持され、回路が電圧ダブラーになります。

高い電圧が必要な場合、電圧マルチプライヤが主に使用されます。たとえば、ブラウン管やコンピューターのディスプレイ。

分圧器

ダイオードを使用して電圧を増倍しますが、直列抵抗のセットを小さなネットワークにして、電圧を分割することができます。このようなネットワークは Voltage Divider ネットワークと呼ばれます。

分圧器は、大きな電圧を小さな電圧に変える回路です。これは、直列に接続された抵抗を使用して行われます。出力は入力の一部になります。出力電圧は、駆動する負荷の抵抗に依存します。

分圧回路の仕組みを理解してみましょう。以下の図は、単純な分圧器ネットワークの例です。

電圧分割器

出力電圧の式を作成しようとすると、

V _ \ {i} = i \ left（R _ \ {1} + R _ \ {2} \ right）

i = \ frac \ {V-\ {i}} \ {\ left（R _ \ {1} + R _ \ {2} \ right）}

V _ \ {0} = i \：R _ \ {2} \ rightarrow \：i \：= \ frac \ {V _ \ {0}} \ {R _ \ {2}}

両方を比較して、

\ frac \ {V _ \ {0}} \ {R _ \ {2}} = \ frac \ {V _ \ {i}} \ {\ left（R_1 + R _ \ {2} \ right）}

V _ \ {0} = \ frac \ {V _ \ {i}} \ {\ left（R_1 + R _ \ {2} \ right）} R _ \ {2}

これは、出力電圧の値を取得する式です。したがって、出力電圧は、ネットワーク内の抵抗器の抵抗値に応じて分割されます。抵抗を追加して、異なる出力電圧の異なる部分を持たせます。

分圧器についてさらに理解するために、問題の例を考えてみましょう。

例

2つの直列抵抗2kΩと5kΩで10vの入力電圧を持つネットワークの出力電圧を計算します。

電圧分割器の例

出力電圧$ V _ \ {0} $は次の式で与えられます

V _ \ {0} = \ frac \ {V _ \ {i}} \ {\ left（R_1 + R _ \ {2} \ right）} R _ \ {2}

= \ frac \ {10} \ {\ left（2 + 5 \ right）k \ Omega} 5k \ Omega

= \ frac \ {10} \ {7} \ times 5 = \ frac \ {50} \ {7}

= 7.142v

上記の問題の出力電圧$ V_0 $は7.14vです

Electronic-circuits-limiter-voltage-multiplier

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