Begrenzer
Englisch: clamper
Eine Schaltung, die die Amplitude einer Wellenform begrenzt.
Clamper: eine Schaltung, die Signalspitzen auf eine Referenzspannung fixiert
Ein Clamper ist eine elektronische Schaltung, die den Arbeitspunkt eines Wechselsignals verschiebt, ohne dessen Form oder Amplitude zu verändern. Sie zwingt die Wellenform, symmetrisch um einen neuen Spannungspegel zu schwingen, meist gegen Masse oder ein anderes Referenzpotenzial. Die Schaltung besteht aus einer Diode und einem Kondensator, manchmal mit einem Widerstand, so angeordnet, dass die Diode in einer Halbwelle leitet und in der anderen sperrt. Dies ermöglicht es, dass sich Ladung auf dem Kondensator aufbaut und eine neue Baseline entsteht.
Der einfachste Clamper besteht aus einem Serienkondensator, der in eine gegen Masse (oder eine Vorspannung) geschaltete Diode führt. Der Kondensator wird aufgeladen, bis die Durchlassspannung der Diode erreicht ist. Im nächsten Zyklus addiert sich die Kondensatorspannung zur Eingangsspannung und drückt die Wellenform so nach oben, dass ihr negatives Maximum gerade die Referenzspannung berührt. Ein parallel zur Diode geschalteter Widerstand bietet einen Entladungsweg zwischen den Zyklen und ermöglicht es der Schaltung, sich anzupassen, wenn sich Eingangsfrequenz oder Signalform ändern.
Häufige Schaltungsvarianten und Anwendungen
Positive Clamper sperren das negative Maximum auf eine Referenzspannung; negative Clamper sperren das positive Maximum. In Fernsehempfängern stellten Clamper den Gleichspannungspegel von Videosignalen nach der Wechselkopplung über die Übertragungsstrecke wieder her. HF- und Mikrowellen-Messtechnik nutzt Clamper, um die Baseline von Impulssignalen für genaue Messungen einzustellen. Oszilloskope mit Clamping-Schaltungen können eine Wellenform relativ zu einem Trigger oder einer Messbasis fixieren, ohne sie zu verzerren.
Die Leistung eines Clampers hängt stark von der Durchlassspannung der Diode (typischerweise 0,6 bis 0,7 Volt bei Silizium), der Kondensatorleckage und der Zeitkonstante ab, die sich aus Widerstand und Kondensator ergeben. Ist die Zeitkonstante zu kurz, entlädt sich der Kondensator zwischen den Zyklen und die Clampspannung driftet ab. Ist sie zu lang, reagiert die Schaltung träge auf Änderungen von Eingangsfrequenz oder Tastverhältnis. Für schnelle Videosignale oder Impulszüge mit veränderlichem Tastverhältnis nutzen Präzisions-Clamper aktive Bauelemente wie Operationsverstärker, um die Referenzspannung zu regeln und Fehler durch die Diodenvorspannung zu reduzieren.
Der Begriff 'Clamper' beschreibt die Wirkung der Schaltung, die ein Maximum der Wellenform auf einen festen Punkt fixiert oder klemmt. In Videoanwendungen wird er manchmal 'DC Restorer' genannt, weil er den bei der Wechselkopplung verlorenen Gleichspannungspegel wiederherstellt. Dies unterscheidet sich von einem Limiter oder Clipper, der das Signal oberhalb oder unterhalb eines Schwellwerts abschneidet, und von einem Peak Detector, der das Maximum zwar misst, es aber nicht in nachfolgende Zyklen zurückführt.