Ограничители амплитуд.
В цифровой электронике среди широкого круга устройств, предназначенных для формирования и преобразования импульсов, применяются так называемые ограничители амплитуд.
Ограничителем называется электронное устройство, выходное напряжение которого остается постоянным, если значение входного находится в заданных пределах и пропорционально входному, если оно выходит за эти пределы.
Различают ограничители односторонние и двухсторонние. Первые, в свою очередь делятся на ограничители сверху и снизу.
На рис.1 приведены передаточные характеристики и эпюры входного и выходного напряжений ограничителя сверху. Uвых Uвых Uогр Uвх t Uвх Uпор
t Рис.1
Как видно из рисунка, амплитудная характеристика ограничителя существенно нелинейна и имеет характерную точку излома передаточной кривой. При Uвх £ Uпор выходное напряжение пропорционально входному. При Uвх > Uпор выходное напряжение остается на постоянном уровне, называемым верхним уровнем ограничения по выходу - Uогр верх. В общем случае напряжения Uпор и Uогр не равны друг другу.
Uвых Uвых
Uвх t
Uогр
Uпор
t
Рис.2
На рис.2 приведены аналогичные кривые для ограничителя снизу. Амплитудная характеристика отличается только местом расположения излома на передаточной кривой. Соответственно изменяются соотношения между Uвх и Uпор . При Uвх ³ Uпор выходное напряжение пропорционально входному. При Uвх £ Uпор выходное напряжение остается на постоянном уровне, называемым нижним уровнем ограничения по выходу и ограничения входного сигнала наблюдается внизу.
Uвых Uвых
Uогр верх
t
Uвх
Uогр ниж
Uпор ниж
Uпор верх
t Рис.3
Работа двухстороннего ограничителя поясняется на рис.3. Передаточная характеристика имеет две характерные точки, соответственно, во входном напряжении различаются два пороговых значения: Uпор верх и Uпор ниж, а в выходном – два уровня ограничения - Uогр верх и Uогр верх. Выходное напряжение двухстороннего ограничителя пропорционально входному, если оно находится между двумя пороговыми значениями, т.е.
Uпор ниж ³Uвх ³ Uпор верх
Вне этих пределов выходное напряжение остается постоянным, принимая значения либо Uогр ниж , либо Uогр верх:
Uвых = Uогр верх при Uвх > Uпор верх
Uвых = Uогр ниж при Uвх < Uпор ниж
Наиболее простыми по исполнению являются диодные ограничители. Различают последовательные и параллельные ограничители. В последовательных ограничителях диод включен последовательно с нагрузкой, в параллельных – параллельно нагрузке. Схему диодного ограничителя составим самостоятельно отталкиваясь от схемы однопериодного выпрямителя, на вход которого подается синусоидальное напряжение (см.рис.3а). Uвх
VD
R
» Uвх Uвых
t
а) б)
Рис.3
Эпюра выходного напряжения представлена на рис.3б. Из этого рисунка следует, что в терминах сегодняшней темы схему на рис.3а можно рассматривать как односторонний ограничитель снизу с Uогр ниж =0. Для смещения Uогр ниж в отрицательную область следует подать на диод напряжение величиной U см , как показано на рис4а. Тогда при изменении входного напряжения в пределах Uсм <Uвх диод будет открыт, т.к. смещен в прямом направлении и сигнал без изменений будет передаваться в нагрузку. Лишь при Uвх = Uсм напряжение на диоде будет равно нулю, диод закроется, а Uвых повторяет Uсм. VD Uвых R Uвых Uвх _ Uсм » = Uсм + а) б)
Рис.4
Эпюра выходного напряжения показана на рис.4б. Если поменять полярность Uсм на обратную, то при небольшом положительном входном напряжении диод будет заперт и на выходе будет присутствовать постоянное напряжение Uсм. Диод откроется при уровне входного сигнала большем, чем Uсм (Uвх > Uсм ) и только в этом случае Uвых = Uвх. Т.о. Uогр ниж оказалось смещено в положительную область (см рис.5б).
Uвых VD R Uвых »Uвх + t = Uсм _ а) б)
Рис.5.
Для одностороннего ограничения сверху необходимо изменить полярность включения диода, как показано на рис.6а.
VD Uвых
R
Uвых
Uвх _ Uпор верх t
» = Uсм
+
а) б)
Рис.6.
Очевидно, что для получения отрицательного Uпор верх (эпюра на рис.6б) напряжение смещения должно иметь полярность как показано на рис.6а. В этом случае для прохождения входного сигнала на выход напряжение на входе должно быть более отрицательно, чем Uсм. Чтобы получить положительное Uпор верх , необходимо изменить полярность Uсм на обратную.
Схему диодного, двухстороннего ограничителя амплитуды легко получить, объединяя исследованные схемы (рис.7а).
VD1 VD2 Uвых
R1 R2 Uпор верх
Uвых t
_ + Uпор ниж
» = Uсм1 = Uсм2
+ _
а) б)
Рис.7
Последовательный диодный ограничитель амплитуды имеет одну особенность, которая может стать решающей при применении в электронных устройствах. Между источником сигналов и таким ограничителем нельзя включить разделительный конденсатор, т.к. цепь окажется разорванной по постоянному току. От этого недостатка свободен параллельный диодный ограничитель. Как следует из названия, диод в таких ограничителях подключается параллельно нагрузке. Схема параллельного диодного ограничителя приведена на рис.8а. Работа ограничителя, как и ранее, основана на ключевых свойствах диода. Закрытый диод не оказывает влияние на работу схемы. В открытом состоянии диод своим малым сопротивлением шунтирует нагрузку, тем самым, как бы изолируя, ее от источника сигнала. Сопротивление R выбирается большим и его присутствие в схеме является обязательным – без него независимо от состояния диода Uвых =Uвх.
R Uвых
Rн Uгор верх
VD
Uвх Uвых t
Uсм +
» = _
а) б)
Рис.8
Если Uсм равно нулю, то диод открывается только при положительной полуволне на входе ограничителя. Следовательно, выходное напряжение будет состоять из отрицательных полуволн синусоидального входного напряжения и Uогр верх =0. Для изменения Uогр верх вводят последовательно с диодом постоянное напряжение смещения Uсм. При изменении входного напряжения в пределах Uвх £ Uсм диод будет закрыт, т.к. к диоду приложено обратное напряжение и выходной сигнал будет повторением входного (для простоты пренебрегаем падением напряжения на диоде). При Uвх > Uсм диод открывается, и нагрузка подключается к источнику напряжения смещения и изолируется от входного сигнала. Для ограничения снизу следует изменить полярность подключения диода. Схема двухстороннего диодного ограничителя приведена на рис.9а и получается сочетанием двух односторонних ограничителей. Рис.9б поясняет работу двухстороннего ограничителя.
R Uвых
VD1 VD2 Uсм1
Uвых
R t
Uвх Uсм1 Uсм2 _ Uсм2
» + = =
_ +
а) б)
Рис.9.
При Uсм2 £ Uвх £ Uсм1 диоды закрыты и ограничение отсутствует, при Uвх < Uсм2 VD2 открыт и Uвых ограничивается снизу на уровне Uсм2, при Uвх > Uсм1 открыт VD1 и Uвых ограничивается снизу на уровне Uсм1.
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 421;