Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Аналоговая схемотехника», страница 2

Задаваясь указанной положительной полярностью выходного напряжения, получим следующее выраже­ние для выходного напряжения:

                                      (2.1)

 

Рис. 2.2, а) схема ограничителя, б) временные диаграммы,

в) амплитудная характеристика

В качестве входного напряжения диодных ограничи­телей примем синусоидальный сигнал Uвх (рис. 2.2, б). В соответствии с выражением (2.1) на рис. 2.2, б показана форма выходного напряжения ограничителя. Выражение позволяет построить также амплитудную характеристику, если учесть, что

                           (2.2)

Амплитудная характеристика схемы приведена на рис. 2.2, в.

Другой вариант схемы получается при изменении направления вен­тиля. При этом, очевидно, что

                                      (2.3)

и в соответствии с этим выражением изменятся форма выходного напряжения и вид амплитудной характеристики.

 

 

Рис. 2.3, а) схема ограничителя, б) временные диаграммы,

в) амплитудная характеристика

Включая последовательно с вентилем источник э. д. с. Е, полу­чим схему последовательного ограничителя, выражение для которой имеет вид:

 .                                     (2.4)

Выходное напряжение и амплитудная характеристика, полученные в соответствии с этим выражением, показаны на рис. 2.3, б, в. Изменяя полярность Е и направление проводимости вентиля VD, можно получить еще три разновидности рассмотренной схемы. При этом изменение полярности Е повлечет изменение знака перед Е в выражении (2.4), а включение вентиля в противоположном на­правлении изменит символ на обратный в этом же выражении. Со­ответственно изменятся форма выходного напряжения и вид ампли­тудной характеристики.

 

Рис. 2.4, а) схема ограничителя, б) временные диаграммы,

в) амплитудная характеристика

Следующая разновидность схемы последовательного ограничите­ля изображена на рис. 2.4, а. Учитывая, что R << R_H, получим следующее уравнение:

.                                      (2.5)

Выходное напряжение и амплитудная характеристика изображены на рис. 2.4, б и в. Еще три разновидности схемы могут быть полу­чены изменением на противоположное включений вентиля  VD и ис­точника э. д. с. Е. Реальные вентили, используемые в ограничите­лях, должны иметь в сравнении с сопротивлением нагрузки доста­точно большое обратное сопротивление R_o6p и достаточно малое прямое сопротивление R_np:

R_ПР<<R_H<<R_ОБР.(2.6)

Для схем такого типа как на рис. 2.4, а, резистор R должен удов­летворять соотношению:

R_ПР<<R<<R_Н.                                  (2.7)

Необходимо обратить внимание на недостаток, свойственный огра­ничителям последовательного типа, проявляющийся при подаче входного напряжения через разделительную емкость

2. 1.3 Диодные ограничители параллельного типа

Простейшая схема ограничителя параллельного типа изображена на рис. 2.5, а. Резистор R_ОГР включается для ограничения тока диода при его открытом состоянии. Параметры схемы выбираются исходя из следующих соотношений:

 R_ПР<< R_ОГР <<R_H<<R_ОБР.                              (2.8)

С учетом этого выходное напряжение при закрытом вентиле:

                    (2.9)

при открытом вентиле:

.                 (2.10)

Выражение для выходного напряжения:

 .                                   (2.11)

Выходное напряжение и амплитудная характеристика схемы при­ведены на рис. 2.5, б и в.

 

 

Рис. 2.5, а) схема ограничителя, б) временные диаграммы,

в) амплитудная характеристика

Изменяя включение вентиля на противоположное, получим дру­гую простейшую схему такого же типа, выражение для ко­торой:

.                                  (2.12)

Включив последовательно с ограничивающим резистором источник э. д. с. Е (рис. 2.6, а), получим схему параллельного ограничителя, выходное напряжение которого (рис. 2.6, б) определяется с учетом (2.8) следующим выражением:

.                                  (2.13)

Амплитудная характеристика (рис. 2.6, в) отвечает следующим уравнениям:

      (2.14)

Источник напряжения может быть включен также последовательно с вентилем, как это изображено на рис. 2.7, а. Тогда при открытом вентиле выходное напряжение равно Е, и выражение имеет вид:

 .                                  (2.15)

Как видно из временной диаграммы (рис. 2.7, б), ограничитель «срезает» входное напряжение на уровне Е. Об этом свидетельст­вует также вид амплитудной характеристики (рис. 2.7, в). Из­менение включения зажимов источника напряжения Е и вентиля VD дает возможность получить еще по три варианта схем для каждой из приведенных на рис. 2.6, а и 2.7, а.

 

Рис. 2.6, а) схема ограничителя, б) временные диаграммы,

в) амплитудная характеристика

 

Рис. 2.7, а) схема ограничителя, б) временные диаграммы,

в) амплитудная характеристика

Так как в параллельных схемах эффект ограничения имеет место при открытом вентиле, его прямое сопротивление R_ПР должно быть по возможности минимальным.

2. 1. 4 Двухсторонние ограничители

В соответствии с названием эти ограничители имеют два уровня ограничения и ограничивают сигнал как сверху, так и снизу.

На рис. 2.8, а изображен диодный двухсторонний ограни­читель параллельного типа.

 

Рис. 2.8, а) схема ограничителя, б) временные диаграммы,

в) амплитудная характеристика

Рассматривая поочередно состояния вентилей VD2 и VD1 и учитывая, что R_огр << R_н получим следую­щее выражение для выходного напряжения:

.                                  (2.16)

При подаче на вход синусоидального напряжения (рис. 2.8, б) происходит «срезание» его сверху на уровне Е1 и снизу на уровне — Е2. Амплитудная характеристика   показана на рис.  2.8, в и соответствует следующему выражению, вытекающему из (2. 16):