클램퍼 회로 – 복합 비디오용 DC 복원기

클램퍼, 또는 DC-복원기 회로는 파형의 피크를 미리 정해진 DC 레벨로 이동시키는 단순하면서 강력한 소자입니다. 일반적인 토폴로지는 직렬 커패시터, 다이오드, DC 레퍼런스로 구성됩니다. 입력 신호가 커패시터의 저장 전하를 초과하면 다이오드가 전도하여 피크를 원하는 레벨로 제한합니다. 다이오드를 제거하면 네트워크는 클램핑 작용 없는 단순 커플링 커패시터가 됩니다.

클램프 전압이란?

클램프 전압은 파형의 피크가 제한되는 DC 값입니다. 실리콘 다이오드를 가진 표준 클램퍼에서, 실용적 클램프는 레퍼런스 위/아래로 다이오드 순방향 강하(≈0.7V)입니다. 예: 0V 레퍼런스에서 양의 피크는 +0.7V에서 클램프됨.

클램퍼 동작 원리

그림 (a)와 같이 5V 피크(V(4))의 정현파 소스가 클램퍼에 공급되는 경우를 고려. 첫 양의 반주기 동안 다이오드가 전도하여 커패시터를 충전, 왼쪽 노드가 +5V(다이오드 강하 후 ≈+4.3V)로 상승. 오른쪽 노드는 그라운드 대비 –5V에 위치. 소스 전압이 다시 커패시터 저장 전압 위로 상승하면 다이오드가 다시 전도하여 출력의 양의 피크가 0V를 초과하지 않게 유지. 그러나 음의 피크는 –5V로 스윙하므로, 파형이 효과적으로 5V만큼 위로 이동.

변형:

• 그림 (b): 다이오드 반전 – 음의 피크가 0V에 클램프됨.
• 그림 (c): 다이오드가 5V 레퍼런스에 연결 – 음의 피크가 5V(다이오드 강하 시 ≈4.3V)에 클램프됨.

*SPICE 03443.eps
V1 6 0 5
D1 6 3 diode
C1 4 3 1000p
D2 0 2 diode
C2 4 2 1000p
C3 4 1 1000p
D3 1 0 diode
V2 4 0 SIN(0 5 1k)
.model diode d
.tran 0.01m 5m
.end

노드 설명: V(4)는 5V 피크 소스; V(1)은 그림 (a) 출력; V(1,4)는 그림 (a) 커패시터의 DC 전압; V(2)는 그림 (b) 출력; V(3)은 그림 (c) 출력.

DC 레퍼런스 변경(예: 5V에서 10V)은 단순히 클램프 레벨을 높임; 파형 진폭은 변경되지 않음. 사인파 진폭 증가(5V에서 7V)는 출력 진폭을 증가시키지만 클램프된 피크는 레퍼런스에 유지.

클램퍼 회로로서의 DC 복원기

복합 비디오 시스템(NTSC)에서, 싱크 펄스는 그림 밝기에 관계없이 고정 100% 변조 레벨을 유지해야 합니다. DC 복원기 역할을 하는 클램퍼는 싱크 펄스 상단을 완전 변조를 나타내는 레퍼런스 전압에 클램프하여, 변화하는 비디오 콘텐츠로 인한 드리프트를 방지합니다.

핵심 포인트:

• 커플링 커패시터만으로는 평균 DC 레벨(보통 0V) 중심으로 신호 생성.
• 클램퍼는 DC 레퍼런스와 다이오드를 추가하여 한 피크를 클램프하고 파형 이동.
• 일반적 응용: 복합 비디오에서 싱크 레벨 복원.

관련 워크시트: 클리퍼 및 클램퍼 회로 워크시트