1. 개요
다이오드 클리핑 회로는 전기 회로에서 특정 전압 레벨을 초과하는 신호를 잘라내거나 클리핑(Clipping)하는 역할을 합니다.
이 회로는 전압이 일정 범위 내에 유지되도록 하고, 신호의 형태를 보호하거나 조절하는 데 중요한 역할을 합니다.
다이오드 클리핑 회로는 일반적으로 다이오드를 사용하여 입력 신호의 양 끝을 차단하거나 제한하여 출력 신호를 생성합니다.
이 회로는 입력 신호의 전압이 특정 임계값을 초과할 때 다이오드가 동작하여 신호를 제한하거나 클리핑하는데 사용됩니다.
다이오드 클리핑 회로는 여러 가지 용도로 사용됩니다.
주요 목적 중 하나는 신호를 정형화하거나 보호하는 것입니다.
예를 들어, 입력 신호가 특정 전압 이상이 되면 다이오드가 동작하여 신호를 제한하고 잘라내어 회로나 장치를 보호합니다.
또한 클리핑 회로는 전기 회로의 출력을 원하는 방향으로 조절하는 데 사용될 수도 있습니다.
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2. 다이오드 클리핑 회로 동작 원리
2-1) Positive 다이오드 클리핑 회로
이 다이오드 클리핑 회로에서, 입력 신호의 양의 절반 주기 동안, 다이오드는 전류가 흐르기 위해 전진 편향됩니다.
이는 입력 전압의 크기가 일정 임계값 이상인 경우에 발생합니다.
예를 들어, 일반적으로 실리콘 다이오드의 경우 이 임계값은 +0.7 볼트이고, 게르마늄 다이오드의 경우에는 약 0.3 볼트입니다.
전진 편향된 상태에서, 다이오드는 입력 신호의 양의 절반 주기 동안 일정한 전압인 0.7V로 클램핑됩니다.
이는 입력 신호가 다이오드의 전압 기준을 초과할 때부터 발생하며, 다이오드는 이러한 전압을 유지하기 위해 동작합니다.
따라서 출력 전압은 양의 절반 주기 동안 항상 0.7 볼트로 유지되며 이를 “클리핑”이라고 합니다.
반면에, 음의 절반 주기 동안, 다이오드는 역편향 상태로 동작하며 전류가 흐르지 않습니다.
이는 입력 신호의 음의 절반 주기 동안 다이오드가 전류를 차단하고 출력 신호를 변경하지 않는다는 것을 의미합니다.
따라서 이러한 동작으로 인해 다이오드 클리핑 회로는 입력 파형의 양의 절반을 제한하고 음의 절반은 통과시키므로 양의 클리핑 회로로 알려져 있습니다.
2-2) Negative 다이오드 클리핑 회로
음의 다이오드 클리핑 회로는 입력 신호의 음의 절반 주기 동안에만 동작합니다.
이 회로는 주로 입력 신호의 음의 피크를 제한하는 데 사용됩니다.
이 회로의 동작은 다이오드의 역방향 편향 상태에 의해 결정됩니다.
입력 신호가 음의 절반 주기 동안에는 다이오드가 전류를 차단하고, 따라서 출력 신호는 다이오드를 통과하지 않고 원래 입력 신호와 동일한 형태를 유지합니다.
즉, 입력 신호의 음의 피크가 다이오드의 역방향 전압을 초과하는 경우, 다이오드가 활성화되어 전류를 차단하고 입력 신호의 크기를 제한합니다.
이러한 방식으로 음의 클리핑 회로는 입력 파형의 음의 피크를 제한하고, 그 이외의 부분은 정상적으로 전달되도록 설계됩니다.
이러한 클리핑 회로는 주로 신호 처리 및 신호 정형에 사용되며, 음의 신호의 피크 값을 제한하여 회로나 장치를 보호하고 신호의 형태를 유지하는 데 도움이 됩니다.
2-3) Clipping of Both Half Cycles
Both half cycles clipping은 입력 신호의 양쪽 절반 주기를 모두 클리핑하는 회로를 의미합니다.
이 회로는 양의 절반 주기 동안에도 동작하며, 입력 신호의 음의 절반 주기와 같은 방식으로 작동합니다.
양의 절반 주기 동안에는 다이오드가 전진 편향되어 있으며, 입력 신호의 양의 피크가 다이오드의 전압 기준을 초과할 때 활성화됩니다.
이때, 다이오드는 입력 신호의 양의 피크를 제한하고, 출력 신호의 양의 절반 주기 동안 일정한 전압을 유지합니다.
음의 절반 주기 동안에는 다이오드가 역방향으로 편향되어 있어서, 입력 신호의 음의 피크를 제한하는 역할을 합니다.
따라서 입력 신호의 양의 절반과 음의 절반 주기에 모두 클리핑이 발생하게 됩니다.
Both half cycles clipping 회로는 입력 신호의 모든 절반 주기를 제한하여 출력 신호를 변형시키는데 사용됩니다.
이는 입력 신호의 양쪽 절반 주기에 대해 동일한 처리가 필요한 경우에 유용합니다.
3. 바이어스 다이오드 클리핑 회로
3-1) Positive Bias Diode Clipping circuit
Positive bias diode clipping circuit는 입력 신호의 양의 절반 주기 동안에만 작동하는 클리핑 회로입니다.
이 회로는 양의 편향된 다이오드를 사용하여 입력 신호의 양의 피크 값을 제한하고, 출력 신호를 변형시킵니다.
이 회로에서는 다이오드가 전진 편향되어 있어야 합니다.
즉, 다이오드의 양극이 양의 전압에 연결되고 음극이 음의 전압에 연결되어야 합니다.
입력 신호의 양의 절반 주기 동안에는 다이오드가 활성화되어, 입력 신호의 양의 피크가 다이오드의 전압 기준을 초과할 때 전류를 제한합니다.
이를 통해 출력 신호의 양의 절반 주기 동안 일정한 전압을 유지하면서 입력 신호를 제한합니다.
음의 절반 주기 동안에는 다이오드가 역방향으로 편향되어 있으므로 전류가 흐르지 않습니다.
따라서 입력 신호의 음의 절반 주기 동안에는 다이오드가 작동하지 않고, 입력 신호는 변경되지 않습니다.
Positive bias diode clipping circuit는 일반적으로 신호 처리나 신호 형태 조정에 사용됩니다.
양의 절반 주기 동안에만 클리핑이 발생하므로 입력 신호의 양의 피크 값을 제한하여 회로나 장치를 보호하고 신호의 형태를 유지하는 데 도움이 됩니다.
3-2) Negative Bias Diode Clipping circuit
Negative bias diode clipping circuit는 음의 편향된 다이오드를 사용하여 입력 신호의 음의 절반 주기를 클리핑하는 회로를 의미합니다.
이 회로는 음의 절반 주기 동안에만 작동하며, 입력 신호의 음의 피크 값을 제한하고 출력 신호를 변형시킵니다.
음의 편향된 다이오드는 다이오드의 양극이 음의 전압에 연결되고 음극이 양의 전압에 연결될 때 생성됩니다.
이렇게 되면 음의 전압이 다이오드의 전압 기준을 초과할 때 다이오드가 활성화되고 전류를 허용하게 됩니다.
따라서 Negative bias diode clipping circuit에서는 입력 신호의 음의 절반 주기 동안에만 다이오드가 활성화되어 입력 신호의 음의 피크 값을 제한합니다.
양의 절반 주기 동안에는 다이오드가 역방향으로 편향되어 있으므로 전류가 흐르지 않습니다.
따라서 입력 신호의 양의 절반 주기 동안에는 다이오드가 작동하지 않고, 입력 신호는 변경되지 않습니다.
Negative bias diode clipping circuit는 입력 신호의 음의 절반 주기 동안에만 클리핑이 발생하므로, 입력 신호의 음의 피크 값을 제한하여 회로나 장치를 보호하고 신호의 형태를 유지하는 데 사용됩니다.
3-3) Combination Clipper circuit
Combination 클리퍼 회로는 입력 신호의 양의 부분과 음의 부분을 모두 잘라내는 회로입니다.
이 회로는 양의 편향 다이오드와 음의 편향 다이오드를 결합하여 사용합니다.
양의 편향 다이오드는 입력 신호의 양의 부분을 잘라냅니다.
양의 부분은 입력 신호가 양의 전압을 가질 때 발생하는 부분입니다.
이때 양의 편향 다이오드는 전류를 통과시켜 입력 신호를 자르게 됩니다.
음의 편향 다이오드는 입력 신호의 음의 부분을 잘라냅니다.
음의 부분은 입력 신호가 음의 전압을 가질 때 발생하는 부분입니다.
음의 편향 다이오드는 음의 부분을 자르기 위해 사용됩니다.
이렇게 Combination 클리퍼 회로는 입력 신호의 모든 부분을 잘라내어 출력 신호를 형성합니다.
이렇게 하면 입력 신호의 형태를 원하는대로 수정할 수 있습니다.
이 회로는 오디오나 통신 시스템과 같은 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
4. 다양한 바이어스 다이오드 클리핑 회로
4-1) Zener Diode Clipping Circuits
바이어스 전압을 사용하는 클리핑 회로에서는 일반적으로 바이어스 전압이 입력 신호의 특정 부분에 적용됩니다.
이로써 클리핑이 발생하는 범위를 정확하게 제어할 수 있습니다.
클리핑된 전압 파형은 일반적으로 바이어스 전압 이상의 값에서 발생하며, 이전의 입력 신호를 제한합니다.
전압 바이어스 다이오드 클리핑 회로의 주요 단점 중 하나는 추가적인 전압원이 필요하다는 것입니다.
이는 회로를 구성할 때 더 많은 구성 요소와 배터리를 필요로 하며, 회로의 복잡성을 증가시킬 수 있습니다.
그러나 제너 다이오드를 사용하면 추가적인 전압원 없이도 바이어스 다이오드 클리핑 회로를 만들 수 있습니다.
제너 다이오드는 특별히 반전 바이어스 영역에서 작동되도록 설계된 다이오드로서, 역전류가 특정 전압 수준에 도달하면 일정한 전압을 유지합니다.
이를 통해 입력 신호의 특정 부분을 클리핑하거나 제한할 수 있습니다.
클리핑 회로는 일반적으로 입력 신호의 양수 부분 또는 음수 부분 중 하나를 제한하는 데 사용됩니다.
이를 통해 원하는 형태의 출력 신호를 얻을 수 있으며, 신호의 양극을 동시에 클리핑하는 것도 가능합니다.
이러한 회로는 신호 처리 및 전력 공급 회로에서 사용되며, 원하는 출력 신호 형태를 얻기 위해 클리핑 레벨을 조정할 수 있습니다.
4-2) Full-wave Zener Diode Clipping
Full-wave Zener Diode Clipping은 양수 반주기와 음수 반주기의 모두에서 작동하는 클리핑 회로입니다.
이 회로는 주로 입력 신호를 양수와 음수의 양극 모두에서 클리핑하고, 원하는 전압 수준으로 제한하는 데 사용됩니다.
전체 파형의 양수 반주기와 음수 반주기가 동시에 클리핑되므로 출력 신호는 원하는 전압 수준 이상이 되지 않습니다.
Full-wave Zener Diode Clipping 회로는 일반적으로 양수 반주기와 음수 반주기 모두에서 작동하는 두 개의 Zener 다이오드로 구성됩니다.
양수 반주기에서는 한 Zener 다이오드가 양성 클리핑을 담당하고, 음수 반주기에서는 다른 Zener 다이오드가 음성 클리핑을 담당합니다.
이렇게 되면 입력 신호의 모든 부분이 원하는 전압 수준으로 클리핑되어 출력 신호를 원하는 형태로 유지할 수 있습니다.
Full-wave Zener Diode Clipping 회로는 입력 신호의 양수 및 음수 반주기에서 모두 클리핑을 수행하므로 전체 파형이 원하는 전압 수준 이상으로 증가하지 않도록 제한됩니다.
이 회로는 신호 처리 및 전력 공급 회로에서 사용되며, 입력 신호를 안전하게 제한하고 원하는 출력 신호 형태를 유지하는 데 유용합니다.