Ограничители электрических сигналов


 

Четырехполюсник, на выходе которого напряжение uвых(t) остается практически неизменным и равным U0, в то время как входное напряжение uвх(t) может превышать или быть ниже какого-то наперед заданного напряжения Е, называется ограничителем.

 
 

Если uвх(t) > Е, то ограничение происходит сверху (рис. 19.19). Если uвх(t) < E', то ограничение происходит снизу (рис. 19.20). Если E < uвх(t) < E', то ограничение двустороннее (рис. 19.21). Если входной сигнал не превосходит по амплитуде пороговых уровней, то он должен воспроизводиться без искажений. Таким образом, ограничитель является нелинейным четырехполюсником, который в идеальном случае имеет идеально ломаные амплитудные характеристики ивых(t) = f[uвx(t)]. В ка­честве нелинейных элементов в ограничителях в основном применяют полупроводниковые диоды.

Рассмотрим ограничители на полупроводниковых диодах. В зависи­мости от способа включения диода различают последовательные (рис. 19.22, а, б) и параллельные (рис. 19.23, а, б) схемы ограничения электрических сигналов. На рис. 19.22 приведены также их времен­ные диаграммы напряжений. Когда напряжение на аноде диода отри­цательно, диод заперт и выходное напряжение uвых(t) ≈ Е, так как об­ратное сопротивление диода Rобр значительно больше сопротивления нагрузки R.
 
 

Если Uд > 0, то диод открыт и при условии, что прямое сопротивление диода Rд << R, напряжение на выходе почти равно входному. Следовательно, порог ограничения сигнала определен равенством нулю напряжения на диоде.

 
 

Если изменять значение и полярность напряжения источника по­стоянного напряжения Е, то можно в довольно широких пределах изменять уровень ограничения. Положим, что прямое сопротивление диода Rд мало зависит от температуры окружающей среды и постоян­но, тогда для последовательного ограничителя справедливо следующее равенство:

(19.13)

Чем больше неравенство R >> Rд, тем точнее напряжение на выходе повторяет входное напряжение. Ограничением в выборе R яв­ляется появление при высоких частотах паразитной емкости на выходе схемы (точки 2-2') емкости диода Сд и, как следствие, искажение формы импульса. Паразитные емкости (возможность их существования) показаны пунктиром на схемах рис. 19.22, а, б.

Диод выбирают, исходя из требований к обратному напряжению, значениям прямого тока и емкости Сд.

Схемы параллельных ограничителей и их временные диаграммы приведены на рис. 19.23, а, б. При открытом диоде выходное напряжение uвых(t) мало отличается от Е, если попрежнему выполняется условие Rд << R0, где R0 — сопротивление, ограничивающее ток в цепи при открытом диоде. Для схемы рис. 19.23, а справедливо следующее выражение:

(19.14)

При Rд/R0 << 1 можно считать, что напряжение на выходе uвых = E.

При запертом диоде выходное напряжение почти повторяет входное, так как Ro6p >> R0. Как и в последовательной схеме, уровень огра­ничения в параллельном диодном ограничителе определяется напряже­нием Е.

В параллельных ограничителях, схемы которых подобны представлен­ным на рис. 19.23, а, б, также проявляются паразитные емкости С0 (пунктир на рисунке), особенно на высоких частотах. Поэтому для сокращения длительности фронта импульса следует значение ограничи­вающего сопротивления R0 выбирать не слишком большим.

Отметим, что параллельный ограничитель на диоде обеспечивает худшую по сравнению с последовательным ограничителем четкость ограничителя, так как в параллельной схеме четкость ограничения опре
деляется отношением Rд/R0, а в последовательной — отношением Roбp/R. Однако Rобр > R и неравенство Rобр >> R реализуется на практике легче, чем Rд << R0. К недостаткам параллельных ограничителей отно­сится и то, что в этом случае источник Е должен иметь малое соб­ственное внутреннее сопротивление.

Схема рис. 19.23,б тоже имеет недостаток: на высоких частотах и при крутых перепадах напряжения дифференциальная емкость р-n-пере-хода создает в режиме ограничения (диод заперт) паразитную связь между входом и выходом.

Двустороннее ограничение напряжения рассмотрим на примере применения операционного усилителя в качестве активного ограничи­вающего прибора. Схемное решение приведено на рис. 19.24, а, а времен­ные диаграммы — на рис. 19.24, б. Ограничение напряжения происходит следующим образом: до тех пор, пока выходное напряжение uвыx(t) по абсолютному значению не превысит сумму напряжения стабили­зации uст одного из стабилитронов, например Д2 (на временной диаграм­ме Uст2) и прямого падения напряжения на другом стабилитроне Д1 (uпр1), устройство работает как обычный инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления по входу, равным отношению R2/R1. Если же наступает неравенство uвых(t) > uст2 + uпр1, стабилитрон Д2 пробьется и напряжение будет ограничено на уровнях uпрl и uст2.

 



Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 589;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.009 сек.