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1. 클램퍼 회로
1.1. 실험 목적
클램퍼 회로의 실험 목적은 다음과 같다.
첫째, 클램퍼의 출력 전압을 계산하고 측정하는 것이다. 클램퍼 회로는 입력 파형의 형태를 변화시키지 않고 상하로 이동시키는 회로로, 출력 전압을 계산하고 측정하는 것이 중요하다.
둘째, PSpice를 이용하여 클램퍼 회로의 시간 영역(과도) 해석을 수행하는 것이다. 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 비교함으로써 클램퍼 회로의 동작을 보다 심도 있게 이해할 수 있다.
1.2. 관련 이론
이전의 클리퍼 회로가 입력에 대해 필요 없는 부분을 잘라내어 출력 전압을 조절하는 방식을 사용했다면 이번 클램퍼 회로는 입력에 특정한 레벨의 전압을 가감하여 파형의 형태를 변화시키지 않고 상하로 이동시키는 회로를 말한다. 이것을 위해 구조적으로는 커패시터를 사용하며 파형의 측면에서는 파형의 형태가 변했는지 그리고 피크에서 피크까지의 전압 차가 같은지를 통해 클리퍼와 클램퍼 회로를 쉽게 구분할 수 있다. 만약, 다이오드의 문턱 전압을 무시한다면 음의 반주기에서 다이오드는 단락 되어 모든 전압이 커패시터에 걸려 충전되고 출력단에는 +0[V]가 나타난다. 이후 양의 반주기가 될 때 다이오드는 역방향으로 개방되고 충전된 커패시터와 더해진 입력 전압이 출력되게 되어 +2E[V]가 나타난다. 이러한 과정을 통해 클램퍼 회로가 입력 파형을 형태의 변화 없이 이동시키게 된다. 단, 커패시터에 충전을 충분히 해야 하기 때문에 시정수에 비해 입력 파형의 주기가 매우 커야 할 것이다. 다이오드의 문턱 전압을 고려하게 된다면 커패시터에 충전 시 0.7[V]만큼 감소된 전압이 충전될 것이므로 출력 파형 또한 전체적으로 0.7[V]만큼 내려가게 된다.
1.3. 실험 결과
1.3.1. 다이오드의 방향 반대
다이오드의 방향을 반대로 연결하게 되면 클램퍼 회로의 동작 원리가 변화한다. 다이오드의 방향을 반대로 하면, 양의 반주기에서 다이오드가 역방향으로 동작하고 음의 반주기에서 다이오드가 순방향으로 동작한다.
음의 반주기에서 다이오드가 순방향으로 동작하게 되면 다이오드에 0.7V의 문턱 전압이 걸려서 출력단에 -0.7V가 나타나게 된다. 그리고 이 전압이 커패시터에 충전되어 -4.8V의 전압이 걸리게 된다.
이후 양의 반주기에서는 입력 전압과 커패시터에 충전된 -4.8V 전압이 더해져서 +8.8V의 출력 전압이 나타나게 된다.
따라서 다이오드의 방향을 반대로 연결하면 출력 전압이 입력 전압보다 양의 반주기에선 4.8V 증가하고, 음의 반주기에선 0.7V 감소하는 것으로 확인되었다.
1.3.2. 건전지를 포함한 클램퍼 회로
건전지를 포함한 클램퍼 회로에서는 다이오드의 방향과 관계없이 출력전압이 변화한다.
이 회로에서 양의 반주기에는 다이오드가 순방향 바이어스 되어 0.7[V]의 문턱전압이 걸린다. 따라서 건전지 전압과 이 문턱전압의 차이인 +2.2[V]가 출력단에 나타난다. 음의 반주기에서는 다이오드가 개방되므로 건전지 전압과 충전된 커패시터 전압의 합인 ?6.2[V]가 출력단에 출력된다.
실험 결과, 양의 반주기에서 +2.16[V], 음의 반주기에서 ?6.24[V]가 측정되었다.
다이오드의 방향을 반대로 할 경우, 음의 반주기에서 다이오드가 순방향 바이어스 되어 0.7[V]의 문턱전압이 걸리고, 이로 인해 출력단에 +0.8[V]가 나온다. 양의 반주기에서는 충전된 커패시터 전압과 건전지 전압이 더해져 +8.8[V]가 출력된다.
실험 결과, 양의 반주기에서 +9.2...
