Диодный двусторонний ограничитель – Ограничители напряжения: Простейшие способы ограничения напряжений и защиты от кратковременных импульсных перенапряжений

Содержание

Диодные ограничители | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Продолжаю рассказывать про импульсные устройства и всё, что с ними связано. В предыдущей статье я рассказывал про RC и RL цепи и как они влияют на прохождение через них различных импульсов. Сегодняшняя статья про амплитудные ограничители и фиксаторы уровня сигнала. Что же это такое и зачем они нужны?

Амплитудные ограничители. Введение

Амплитудный ограничитель представляет собой электронное устройство, которое имеет пороги ограничения, за пределами которых входной сигнал практически не изменяется и остаётся равным пороговому значению. Исходя из этого, можно выделить три типа амплитудных ограничителей:

  • ограничитель по максимуму или сверху. В данном случае сигнал на выходе устройства при превышении порогового значения тока или напряжения остаётся практически неизменным;
  • ограничитель по минимуму или снизу. В таком устройстве устройства остаётся неизменным при значении входного сигнала меньше некоторого порогового значения;
  • двухсторонний ограничитель. Такое устройство ограничивает сигнал и по максимуму и по минимуму входного сигнала.

Абсолютное большинство амплитудных ограничителей строят на основе ключевых свойств радиоэлектронных элементов, поэтому основным элементом ограничителей являются диоды или транзисторы в ключевом режиме работы. Диодные ограничители довольно простые по устройству, поэтому наиболее часто встречающиеся. Амплитудные ограничители на основе транзисторов несколько сложнее по устройству, но кроме амплитудного ограничения они позволяют усиливать сигнал, поэтому их ещё называют усилителями-ограничителями.

Различают также последовательные и параллельные ограничители. Эта их особенность зависит от способа включения ключевого элемента относительно нагрузки. Необходимо отметить, что последовательные ограничители включаются в работу, когда ключ разомкнут, а параллельные ограничители работают в режиме ограничения в случае замкнутого ключевого элемента.

Последовательные диодные ограничители

Как говорилось выше, ограничители бывают по максимуму, по минимуму и двухсторонние, которые ограничивают уровень сигнала сверху и снизу. Устройство последовательных диодных ограничителей довольно простое и оно основано на ключевом свойстве полупроводникового диода: в открытом состоянии диод пропускает электрический ток, а в закрытом – электрический ток через диод не проходит.

Последовательные диодные ограничители состоят из диода (VD1), источника смещения (ECM) и сопротивления нагрузки (R1). Различие состоит в том, как подключен диод: в ограничителе по минимуму диод включен в прямом направлении, а в ограничителе по максимуму – в обратном направлении.

Рассмотрим принцип работы ограничителя по минимуму. При значении входного напряжения UВХ меньше, чем напряжение смещения ЕСМ, диод VD1 будет находиться в закрытом состоянии и напряжение на выходе UВЫХ будет соответствовать напряжению смещения. Как только входное напряжение превысит напряжение смещения, диод откроется и через него начнёт проходить электрический ток, а напряжение на выходе будет соответствовать входному напряжению.


Схема и эпюры напряжения последовательного ограничителя по минимуму.

Принцип работы ограничителя по максимуму состоит в следующем. При значении входного напряжения UВХ меньше напряжения смещения диод VD1 находится в открытом состоянии и напряжение на выходе UВЫХ будет равным напряжению смещения. Как только входное напряжение превысит значение напряжения смещения, диод откроется и выходное напряжение будет равным входному напряжению.


Схема и эпюры напряжения последовательного ограничителя по максимуму.

Для ограничения сигналов сверху и снизу используются двухсторонние ограничители, которые чаще всего состоят из двух последовательно включённых односторонних ограничителей.


Схема двухстороннего последовательного ограничителя и эпюры напряжения.

Принцип работы двухстороннего ограничителя заключается в следующем. Напряжение источников смещения выбирают так, чтобы в отсутствии входного сигнала диод VD2 был открыт (ЕСМ1СМ2). Уровень ограничения напряжения по максимуму определяется напряжением смещения ЕСМ2, а уровень ограничения по минимуму – напряжением в точке соединения диодов VD1 и VD2, которое соответствует напряжению отпирания диода VD1. Диод VD1 открывается, когда напряжение на входе превышает величину напряжения ЕСМ1. При этом напряжение на выходе ограничителя примерно равно напряжению на входе, а когда входное напряжение превышает величину ЕСМ2, то диод VD2 закрывается и напряжение на выходе будет равно напряжению ЕСМ2.

Довольно часто вместо предыдущей схемы используется эквивалентная схема двухстороннего ограничителя с общим источником смещения.


Схема двухстороннего последовательного ограничителя с общим источником смещения.

Расчёт данной схемы аналогичен предыдущей, если пересчитать её параметры с помощью следующих соотношений:

Расчёт последовательных диодных ограничителей

Простейший последовательный диодной ограничитель представляет собой схему, состоящую из диода VD1, включённого последовательно с резистором R1. Данная схема в отсутствии дополнительного источника напряжения смещения Есм является ограничителем с нулевым уровнем ограничения. Фактически данная схема представляет собой диодный ключ, вследствие конечных значений сопротивления закрытого и открытого ключа, данную схему можно преобразовать в делитель напряжения на резисторах, а выходное напряжение тогда определится по следующей формуле:

  • где UBX – входное напряжение,
  • R1 – сопротивление нагрузки,
  • RVD – сопротивление диода в прямом направлении.

В случае использования дополнительного источника напряжения смещения выходное напряжение определится по следующей формуле:

  • где Есм – напряжение смещения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что при сопротивлении нагрузки R1 >> RVD, то есть чем больше сопротивление нагрузки R1 по отношению к сопротивлению диода в прямом направлении, тем больше напряжение на выходе соответствует входному напряжению.

Параллельные диодные ограничители

Так же как и последовательные диодные ограничители, параллельные диодные ограничители бывают по максимуму, по минимуму и двухсторонние. Основное отличие в принципе работы параллельных ограничителей от последовательных ограничителей состоит в том, что параллельные пропускают сигнал, когда диод находится в закрытом состоянии, и ограничивают, когда диод открыт.

Параллельные диодные ограничители в основном состоят из следующих элементов: источник напряжения смещения ЕСМ служит для установки уровня ограничения, сопротивление R1 создает вместе с диодом VD1 делитель напряжения и непосредственно диод VD1 выполняет роль ключевого элемента. Различие между ограничителями сверху и снизу, как уже говорилось выше, состоит в том, как подключен диод.

Рассмотрим схему и принцип работы параллельного ограничителя по минимуму. При значении входного напряжения UВХ меньше, чем напряжение смещения ЕСМ, диод VD1 будет находиться в открытом состоянии, а так как R1 и сопротивление диода в открытом состоянии невелико, то всё напряжение будет оставаться на сопротивлении R1, а на выходе напряжение UВЫХ будет равно сумме напряжений ЕСМ и падению напряжения на диоде. Как только входное напряжение превысит напряжение смещения, диод закроется и так как сопротивление диода в закрытом состоянии очень велико, то на выходе ограничителя будет напряжение равное входному напряжению.


Схема и эпюры напряжения параллельного ограничителя по минимуму.

Принцип работы параллельного ограничителя по максимуму отличается от параллельного ограничителя по минимуму только направлением включения диода. Таким образом, при входном напряжении UВХ меньшем напряжении смещения ЕСМ диод будет закрыт и всё входное напряжение будет приложено к нагрузке. Как только входное напряжение превысит значение равное сумме напряжения смещения и напряжения падения на диоде, то диод откроется, и напряжение на выходе останется равным сумме напряжения смещения и напряжения падения на диоде.


Схема и эпюры напряжения параллельного ограничителя по максимуму.

Как говорилось выше, существуют также двухсторонние ограничители параллельного типа, которые представляют собой последовательно соединенные параллельные ограничители по минимуму и по максимуму. По принципу работы двухсторонние ограничители аналогичны односторонним ограничителям, но в этом случае резистор R1 является общим для двух последовательно включенных ограничителей.


Схема и эпюры напряжения параллельного двухстороннего ограничителя.

Расчёт параллельных диодных ограничителей

Простейший параллельный диодный ограничитель представляет собой схему состоящую из диода VD1, включённого параллельно нагрузке и ограничительного резистора R1. В отсутствии источника напряжения смещения Есм данная схема является амплитудным ограничителем с нулевым уровнем ограничения. Как и схема с последовательным диодом, данную схему можно представить в виде делителя напряжения на резисторах, в которой выходное напряжение будет равно:

  • где UBX – входное напряжение,
  • R1 – ограничительный резистор,
  • RVD – сопротивление диода в обратном направлении.

В случае использования дополнительного источника напряжения смещения выходное напряжение определится по следующей формуле:

  • где Есм – напряжение смещения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что при сопротивлении нагрузки R1 VD, то есть чем меньше ограничительное сопротивление по отношению к сопротивлению диода в обратном направлении, тем напряжение на выходе больше соответствует входному напряжению.

Амплитудные ограничители находят самое широкое распространение в импульсных схемах и могут выполнять следующие функции:

  • формирование импульсов с плоской вершиной;
  • пропускание импульсов с определённой полярностью и амплитудой;
  • формирование импульсов стандартной амплитуды;
  • ограничение уровня сигнала для сокращения длительности фронта и среза;
  • фиксирование уровня сигнала для поддержание напряжения и тока на заданном уровне;
  • демпферирование колебаний ударного возбуждения в контурах.

Теория это хорошо, но теория без практики — это просто сотрясание воздуха. Перейдя по ссылке всё это можно сделать своими руками

Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети

www.electronicsblog.ru

Амплитудные ограничители в электронике: схемы, односторонние, двусторонние

Различают односторонние и двусторонние амплитудные ограничители.

Односторонний ограничитель — это устройство, напряжение на выходе которого Uвых(t) остается на постоянном уровне Uотp, когда входное напряжение Uвх(f) либо превышает некоторое пороговое значение Uпор (ограничение сверху), либо ниже порогового значения (ограничение снизу). Иначе выходное напряжение повторяет форму входного.

Двусторонние ограничители ограничивают сигнал на двух уровнях.

{xtypo_quote}На рис. 3.79, а приведены передаточная характеристика и графики входного и выходного напряжений для одностороннего ограничителя сверху, на рис. 3.79, б для одностороннего ограничителя снизу, а на рис. 3.79, в — для двустороннего ограничителя.{/xtypo_quote}

Диодные ограничители амплитуды

Наиболее простыми являются ограничители на диодах. Диодные ограничители бывают последовательные и параллельные. В последовательных ограничителях диод включен последовательно с нагрузкой, а в параллельных — параллельно нагрузке.

Рассмотрим идеализированную схему последовательного диодного ограничителя (рис. 3.80). До тех пор пока входное напряжение меньше Е0, диод закрыт и Uвых равно E0. В промежутках времени, когда входное напряжение превышает Е0 диод открыт и Uвых повторяет Uвх. Таким образом, рассмотренный ограничитель является последовательным диодным ограничителем на положительном уровне снизу.

Практически используемая схема рассмотренного ограничителя приведена на рис. 3.81. Она позволяет регулировать уровень ограничения, сделав одно из сопротивлений R1 или R2 переменным. Данную схему можно преобразовать в предыдущую, применив теорему об эквивалентном генераторе. Тогда Rн и Е0 будут иметь следующие значения:

Rн = R1/R2

E0 = ER/(R1 +R2)

Рассмотрим принцип действия параллельного диодного ограничителя (рис. 3.82). Лишь в промежутках времени, когда входное напряжение более отрицательно, чем Е0, диод открыт (его при анализе можно заменить закороткой) и Uвых равно Е. Во все остальные моменты времени диод закрыт (его при анализе можно заменить разрывом цепи) и Uвых повторяет Uвх. Таким образом, данный ограничитель является параллельным диодным ограничителем на отрицательном уровне снизу.

Рассмотрим работу параллельного ограничителя в случае, когда сопротивление нагрузки соизмеримо с ограничителем (рис. 3.83).

Исходная схема (рис. 3.83, а) по теореме об эквивалентном генераторе преобразуется в эквивалентную схему (рис. 3.83, б), в которой ограничивается уже не входное напряжение, а эквивалентное, являющееся результатом деления входного напряжения между сопротивлениями R0 и Rн,

Uвх.э = UmRн / (Rн + R0)

Rн = R0|Rн

Диаграммы работы этого ограничителя приведены на рис. 3.84. В момент начала ограничения (t1) входное напряжение будет соответствовать некоторому напряжению — E1.

Рассмотрим двусторонний диодный ограничитель (рис. 3.85), который является комбинацией двух параллельных односторонних диодных ограничителей.

Из анализа схемы видно, что диод Д1 открыт лишь в промежутках времени, когда входное напряжение меньше −E1 и Uвых на этом промежутке ограничивается на уровне −E1. Диод Д2 открыт лишь в промежутках времени, когда Uвх больше, чем Е2, и в этих промежутках времени Uвых ограничивается уровнем Е2.

Ограничители амплитуды на операционных усилителях

Широкое распространение нашли ограничители амплитуды, построенные на основе ОУ. Рассмотрим некоторые из них. На рис. 3.86, а приведена схема одностороннего ограничителя на основе ОУ, на рис. 3.86, б — передаточная характеристика ограничителя, а на рис. 3.86, в — временные диаграммы его работы.

Основой данного ограничителя является инвертирующий усилитель на основе ОУ. В промежутках времени, когда напряжение Uвых отрицательное или меньше, чем Uст + Uд, диод закрыт (его при анализе можно заменить разрывом цепи) и устройство работает как обычный инвертирующий усилитель (Uст — напряжение стабилизации стабилитрона, Uд — прямое падение напряжения на диоде). В промежутках времени, когда напряжение Uвх выше уровня Uст + Uд, диод открыт, а стабилитрон находится в режиме стабилизации и напряжение Uвых ограничивается на уровне Uст + Uд. Входное напряжение U1, при котором начинается ограничение выходного, определяется выражением

U1= − (Uст + Uд) / K

K = R2 / R1

Рассмотрим двусторонний ограничитель на основе ОУ (рис. 3.87, а).

Если к стабилитрону приложено прямое напряжение, то он выполняет функции диода, и напряжение Uпр на нем достаточно мало (около 0,7 В). Поэтому при положительном выходном напряжении стабилитрон СТ1 выполняет функции диода, и как только выходное напряжение достигает уровня Uст2 + Uпр, оно ограничивается на этом уровне (Uст2 − напряжение стабилизации стабилитрона СТ2). При отрицательном выходном напряжении стабилитрон СТ2 используется как диод. Как только напряжение Uвых достигает значения − (Uст1 + Uпр), оно ограничивается на этом уровне (рис. 3.87, б) (Uст1 — напряжение стабилизации стабилитрона СТ1). Входные напряжения U1 и U2, при которых начинаются ограничения, определяются выражениями

U1 = (Uст1 + Uпр) / K

U2 = − (Uст2 + Uпр) / K

K = R2 / R1

pue8.ru

Введение.

Министерство
высшего и среднего специального
образования России

Московское
высшее техническое училище им. Н.Э.
Баумана

Машиностроительный
факультет

Кафедра
М-5

ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА №2

по
курсу “Микроэлектроника”

“ДИОДНЫЕ
ОГРАНИЧИТЕЛИ И ФИКСАТОРЫ УРОВНЯ”

Москва

1976 г.

Ограничители
и фиксаторы уровня являются схемами
с нелинейными элементами (электронными
лампами, полупроводниковыми диодами,
транзисторами) и широко используются
в импульсных устройствах для преобразования
формы и параметров импульсов.

I. Ограничители.

Ограничителем
называется устройство, напряжение на
выходе которого остается постоянным
независимо от напряжения на входе, если
входное напряжение превышает определенный
уровень, называемый порогом ограничения.

Ограничители
находят применение в импульсных
устройствах для формирования из
синусоидального напряжения импульсов
(селекции) по амплитуде и полярности,
выравнивания амплитуд и сглаживания
вершин импульсов, уменьшения длительностей
фронтов импульсов и многих других целей.

В зависимости
от схемы включения и режима работы
нелинейного элемента ограничителя
различают 3 вида ограничения:

  1. по
    максимуму (ограничение сверху) –рис.
    1.

рис.1

  1. по минимуму
    (ограничение снизу) –рис. 2.

рис.2

3) двустороннее,
при котором происходит ограничение и
по минимуму и по максимуму –рис. 3.

рис.3

Действие
диодных ограничителей основано на
использовании нелинейных свойств диода.
В схемах ограничителей могут применяться
как вакуумные, так и полупроводниковые
диоды. Последние имеют большие преимущества
в экономичности, надежности, размерах
и весе по сравнению с вакуумными диодами
и могут заменять их в большинстве схем.

По характеру
включения диода относительно нагрузки
различают последовательные и параллельные
диодные ограничители.

Последовательные диодные ограничители.

Одна из
вакуумных схем диодного ограничителя
приведена на рис. 4.

рис.4

рис.5

Диод
ограничителя включается между входом
и выходом схемы, последовательно с
нагрузкой. На катод диода подано
напряжение смещения Е. Очевидно, что
диод будет работать на прямой ветви
характеристики, если напряжение на его
аноде больше напряжения на катоде, то
есть когда Uвх˃ Е.
Тогда сигнал через открытый диод
переходит на выход не меняя своей формы.

Если
напряжение входного сигнала Uвхменьше напряжения смещения Е, диод
работает на обратной ветви характеристики,
где его внутреннее сопротивление велико
и разделяет вход схемы от выхода. При
этом к выходным клеммам через сопротивлениеRприложено напряжение
смещения Е. Форма напряжений на входе
и выходе схемы иллюстрируется на рис.
5.

Если принять
вольт-амперную характеристику диода
линейной как в области прямых, так и
обратных токов, то, используя метод
наложения, можно выходное напряжение
любой схемы последовательного диодного
ограничителя записать так:

(I)

Здесь
-внутренне
сопротивление диода, величина которого
определяется состоянием диода.

Первое
слагаемое уравнения (I) представляет
собой переменную, а второе-постоянную
составляющую выходного напряжения.

Формула
(I) показывает, что четкость ограничения,
то есть поддержания на выходе напряжения,
равного напряжению смещения или входному,
определяется соотношениями сопротивленийи
R.

При обработке
импульсов с крутыми фронтами нужно
учитывать переходные характеристики
схемы. Рассмотрим ограничитель снизу
с нулевым порогом ограничения (рис. 6):

рис.6

рис.7

При
формировании отрицательного напряжения
(рис. 7) в момент
диод запирается. Из-за наличия емкостейисначала происходит скачоквеличиной:

(2)

а потом разряд
общей емкости
через сопротивление R с постоянной
времени:

(3)

При
формировании положительного периода
в момент
диод включается и своим сопротивлением
шунтирует сопротивление R. Напряжение
на выходе при этом быстро нарастает с
постоянной времени:

(4)

Следовательно,
при использовании диодного последовательного
ограничителя фронты импульса получаются
неодинаковыми.

studfiles.net

Параллельные диодные ограничители.

В
данном типе ограничителя (рис. 8) диод
включается параллельно нагрузке, а
резистор- последовательно.

рис.8

рис.9

Если
диод Д закрыт, что соответствует случаю
Uвх< Е, то входное
напряжение поступает на вход без
изменения формы. Если Uвх>
Е, диод Д открыт и подключает
выход к источнику смещения, при этом
напряжение на выходе остается постоянным
и равным Е (см. рис. 9).

Выходное
напряжение может быть подсчитано по
следующей формуле

(5)

Здесь

сопротивление диода, зависящее от его
состояния.

Четкость
ограничения согласно (5) зависит от
соотношения сопротивлений R и.
Ввиду того, что диод не может полностью
шунтировать выход, т.к. его прямое
сопротивление не равно нулю, схема
параллельного ограничителя не дает
четкого ограничения.

Переходные
процессы в таком ограничителе рассмотрим
на при­мере схемы рис.10

R

Uвх
Uвых

Cд Со

рис.10

При
формировании в момент
отрицательного периода диод запирается
и емкости (Cд +
Co)
заряжаются через сопротивлениеRдо напряженияU1с постоянной времени=R
(Cд
+
Co).

При
формировании положительного фронта
емкости (Cд +
Co)
стремиться перезарядиться отU1доU2 cпостоянной=
R (Cд
+
Co)
но как только напряжение на них
превысит нулевой уровень, отпирает­ся
диод. Таким образом, при одинаковых
постоянных времени получается различная
длительность положительного и
отрицательного фронтов.

Двусторонние диодные ограничители.

Двустороннее
ограничение получается последовательным
вклю­чением двух отдельных ограничителей.

II. Фиксаторы уровня.

Схемы
фиксации начального уровня импульсных
сигналов (или схемы восстановления
постоянной составляющей сигнала)
применяют в импульсных устройствах
потому, что разделительные конденсаторы
и трансформаторы схем не пропускают
постоянного напряжения или тока.

Фиксаторы
уровня используют нелинейные элементы
— обычно ва­куумные или полупроводниковые
диоды. Одна их схем фиксаторов уров­ня
показана на рис.11

рис.11

рис.12

Переходная
дифференцирующая цепь RCимеет большую постоянную времени и
конденсаторСудерживает заряд в
течение нескольких периодов повторения
входных импульсов.

Отрицательный
входной сигнал запирает диод Д, и
сигнал

проходит к
выходным зажимам схемы. В момент времени
t1при переходе
сигнала к положительной полярности
диодДоткрывается, замыкая накоротко
выход схемы. При этом емкостьСбыстро заряжает­ся через сопротивление
открытого диода до напряжения, равного
амплитуде входного сигнала и сохраняет
заряд в период (t1,
t2)
действия положительного сигнала.

В момент
t2входное
напряжение падает, а напряжение на
емкости ввиду большой постоянной времени
разрядаRC остается
постоян­ным. Поэтому на выходе сигнал
уменьшается на величину размаха сигнала.
В моментt3 диод
снова открывается и выходное напряжение
возвращается к нулевому уровню.

Таким
образом, на аноде фиксатора уровня
сохраняется форма входного напряжения,
но выходное напряжение изменяется от
нулевого уровня только в одну сторону.
Происходит фиксация верхнего уровня
сигнала, а его постоянная составляющая
смещается от нулевого уровня, чем и
осуществляется ее восстановление.
Переменная составляющая сигнала должна
воспроизводиться на выходе с минимальными
искажениями и неизменной амплитудой
напряжения.

studfiles.net

Двусторонний ограничитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Двусторонний ограничитель

Cтраница 2

На рис. 36.13, б изображена схема двустороннего ограничителя.
 [17]

Рассмотрим принципы работы и основные особенности некоторых схем двусторонних ограничителей.
 [18]

На рис. 40 — 6 6 изображена схема двустороннего ограничителя.
 [20]

Комбинируя ограничители сверху и снизу, получают схемы двусторонних ограничителей. Наряду с этой схемой используются и двусторонние ограничители с последовательным включением диодов.
 [22]

На рис. 3 — 19 показана схема усилителя с диодным двусторонним ограничителем амплитуды. Такие ограничители могут быть использованы как на выходе усилителя, так и между каскадами. Пока уровень сигнала не достиг порога ограничения, диоды ие шунтируют анодную нагрузку каскада Rz и сигнал проходит на последующий каскад без ослабления. Как только амплитуда сигнала достигает уровня ограничения, сопротивление диодов резко падает. Анодная нагрузка R2 оказывается зашун-тированной, и уровень выходного сигнала упадет.
 [24]

На рис. 48 в показана диаграмма напряжения на выходе иоказителя типа двустороннего ограничителя огибающей сигнала. Как видно из рисунка, огибающая сигнала в течение значительного времени его существования становится постоянной, а форма исходного гармонического сигнала изменяется. Такие искажения амплитуды гармонического сигнала приводят к появлению на выходе частот, кратных основной частоте колебаний, гармоник. Гармоники обогащают звучание электрогитары. Из рис. 48 е видно также, что из-за уменьшения амплитуды полезного сигнала произошло относительное увеличение амплитуд шумовых выбросов. В этом состоит недостаток исказителей типа ограничителя амплитуды сигнала.
 [25]

На рис. 48 в показана диаграмма напряжения на выходе псказитсля типа двустороннего ограничителя огибающей сигнала. Как видно из рисунка, огибающая сигнала в течение значительного времени его существования становится постоянной, а форма исходного гармонического сигнала изменяется. Такие искажения амплитуды гармонического сигнала приводят к появлению на выходи частот, кратных основной частоте колебаний, гармоник. Гармоники обогащают звучание электрогитары. Из рис. 48 8 видно также, что из-за уменьшения амплитуды полезного сигнала произошло относительное увеличение амплитуд шумовых выбросов. В этом состоит недостаток нсказителей типа ограничителя амплитуды сигнала.
 [26]

На рис. 1.55 приведены передаточная характеристика и временные диаграммы, иллюстрирующие работу двустороннего ограничителя.
 [27]

Параллельно контурам подключены диоды VD1, VD2 и VD3, VD4, выполняющие функции двусторонних ограничителей при приеме сильных сигналов.
 [28]

Если соединить два ограничителя, как показано на рис. 11.6 а, то получим схему двустороннего ограничителя. При такой схеме ограничиваются и положительная, и отрицательная полуволны синусоидального напряжения, и на выходе получается сигнал в виде колебаний, близких к колебаниям прямоугольной формы.
 [29]

В служебных станциях, где не важна художественность передачи, можно, срезая с помощью двустороннего ограничителя пики звуковых сигналов, уменьшить неравномерность их интенсивности, что при модуляции позволяет резко повысить среднюю глубину модуляции, при некоторых несущественных для разборчивости искажениях. Этот процесс называется клишированием.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5




www.ngpedia.ru

Параллельные диодные ограничители.

В
данном типе ограничителя (рис. 8) диод
включается параллельно нагрузке, а
резистор- последовательно.

рис.8

рис.9

Если
диод Д закрыт, что соответствует случаю
Uвх< Е, то входное
напряжение поступает на вход без
изменения формы. Если Uвх>
Е, диод Д открыт и подключает
выход к источнику смещения, при этом
напряжение на выходе остается постоянным
и равным Е (см. рис. 9).

Выходное
напряжение может быть подсчитано по
следующей формуле

(5)

Здесь

сопротивление диода, зависящее от его
состояния.

Четкость
ограничения согласно (5) зависит от
соотношения сопротивлений R и.
Ввиду того, что диод не может полностью
шунтировать выход, т.к. его прямое
сопротивление не равно нулю, схема
параллельного ограничителя не дает
четкого ограничения.

Переходные
процессы в таком ограничителе рассмотрим
на при­мере схемы рис.10

R

Uвх
Uвых

Cд Со

рис.10

При
формировании в момент
отрицательного периода диод запирается
и емкости (Cд +
Co)
заряжаются через сопротивлениеRдо напряженияU1с постоянной времени=R
(Cд
+
Co).

При
формировании положительного фронта
емкости (Cд +
Co)
стремиться перезарядиться отU1доU2 cпостоянной=
R (Cд
+
Co)
но как только напряжение на них
превысит нулевой уровень, отпирает­ся
диод. Таким образом, при одинаковых
постоянных времени получается различная
длительность положительного и
отрицательного фронтов.

Двусторонние диодные ограничители.

Двустороннее
ограничение получается последовательным
вклю­чением двух отдельных ограничителей.

II. Фиксаторы уровня.

Схемы
фиксации начального уровня импульсных
сигналов (или схемы восстановления
постоянной составляющей сигнала)
применяют в импульсных устройствах
потому, что разделительные конденсаторы
и трансформаторы схем не пропускают
постоянного напряжения или тока.

Фиксаторы
уровня используют нелинейные элементы
— обычно ва­куумные или полупроводниковые
диоды. Одна их схем фиксаторов уров­ня
показана на рис.11

рис.11

рис.12

Переходная
дифференцирующая цепь RCимеет большую постоянную времени и
конденсаторСудерживает заряд в
течение нескольких периодов повторения
входных импульсов.

Отрицательный
входной сигнал запирает диод Д, и
сигнал

проходит к
выходным зажимам схемы. В момент времени
t1при переходе
сигнала к положительной полярности
диодДоткрывается, замыкая накоротко
выход схемы. При этом емкостьСбыстро заряжает­ся через сопротивление
открытого диода до напряжения, равного
амплитуде входного сигнала и сохраняет
заряд в период (t1,
t2)
действия положительного сигнала.

В момент
t2входное
напряжение падает, а напряжение на
емкости ввиду большой постоянной времени
разрядаRC остается
постоян­ным. Поэтому на выходе сигнал
уменьшается на величину размаха сигнала.
В моментt3 диод
снова открывается и выходное напряжение
возвращается к нулевому уровню.

Таким
образом, на аноде фиксатора уровня
сохраняется форма входного напряжения,
но выходное напряжение изменяется от
нулевого уровня только в одну сторону.
Происходит фиксация верхнего уровня
сигнала, а его постоянная составляющая
смещается от нулевого уровня, чем и
осуществляется ее восстановление.
Переменная составляющая сигнала должна
воспроизводиться на выходе с минимальными
искажениями и неизменной амплитудой
напряжения.

studfiles.net

Двусторонний ограничитель. OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Двусторонний ограничитель

Чтобы преобразовать синусоидальное напряжение в прямоугольное, используется двусторонний ограничитель. Для этой цели может служить простое последовательное соединение двух противовключенных стабилитронов (рис. 9.14). Выбраны стабилитроны, с напряжением зенеровского пробоя 2,4 В, используется встроенная модель диода, которая может быть легко преобразована в модель стабилитрона введением параметра BV для напряжения пробоя, как показано в следующем входном файле:

Double-Ended Clipper Using Avalanche Diodes

vi 1 0 sin(0 24V 60Hz)

DA 3 2 D1

DB 3 0 D1

R 1 2 1k

.MODEL D1 D(BV=2,4V)

.TRAN 0.1ms 2 5ms

.PROBE

.END

Рис. 9.14. Двусторонний ограничитель на базе встречновключенных стабилитронов 

Проведите анализ, получите графики входного v(1) и выходного v(2) напряжений. Обратите внимание, что выходное напряжение отсекается с двух сторон из-за действия противовключенных стабилитронов. Почему отсечка происходит таким образом, что выходное напряжение изменяется между значениями ±2,4 В? Проверьте, что выходное напряжение достигает максимума в 3,628 В. Оставьте на графике только кривую v(2), чтобы сделать прямоугольную форму более очевидной. Эти графики приведены на рис. 9.15.

Рис. 9.15. Входное и выходное напряжение в схеме на рис. 9.14

Часто для этой схемы показывают передаточную характеристику (характеристику выход-вход). Вы можете увидеть эту кривую, выведя по оси X напряжение v(1) и получив затем график v(2). Этот график покажет выходное напряжение при полном колебании входного напряжения. Обратите внимание, что эта кривая немного выходит за диапазон графика. Это объясняется тем, что анализ переходных процессов проводится при синусоидальном входном напряжении. Этого можно избежать, используя вариацию по постоянному току (dc sweep). Измените входной файл следующим образом:

Double-Ended Clipper Using Avalanche Diodes

VI 1 0 24V

DA 3 2 D1

DB 3 0 D1

R 1 2 1k

.MODEL D1 D(BV=2.4V)

.DC VI -24 24 0.1

.PROBE

.END

Проведите анализ и получите более качественную характеристику передачи. Входное напряжение VI выводится по оси X. Получите график V(2) на оси Y. Характеристика показана на рис. 9.16.

Рис. 9.16. Передаточная характеристика схемы на рис. 9.14 

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

it.wikireading.ru