Iмакс. – предельное значение тока в прямом включении (справочный параметр).

Выпрямительные диоды применяются в выпрямителях источников питания и в детекторах, формируя однополярные сигналы относительно заданного уровня. В селекторах и других преобразователях выделяются сигналы с заданными амплитудными параметрами. Каскады в этих устройствах с применением диодов называют амплитудными ограничителями.

П ри анализе схем с диодами используют идеализированную ВАХ диода, представленную на рис.5. Из характеристики следует, что при прямом включении, если напряжение на аноде превышает напряжение в цепи катода на величину U_д0, то сопротивление диода равно нулю. Цепь диода включена. Если напряжение на аноде меньше напряжения в цепи катода на величину U_д0, то сопротивление диода равно бесконечности. Цепь диода выключена. При малых амплитудах преобразуемых сигналов значение U_д0 значительно влияет на выходные параметры и это значение необходимо учитывать. Если не даётся справочный параметр прямого падения напряжения U_д0, то при анализе можно принимать значения напряжения энергетического пробоя проводимости p-n перехода (уровень Ферми), которое зависит от материала полупроводника и технологии изготовления p-n перехода. Для германия это напряжение может находится в пределах от 0,3 до 1,5 В, для кремния – в пределах от 0,5 до 2 В. Чаще применяются значения для германия 0,3 В, для кремния 0,7 В.

При амплитудных значениях Uм Uд0 процессы преобразования можно рассматривать относительно нуля, не учитывая значение Uд0.

В цепях преобразования сигналов диод включается в цепь последовательно или параллельно сопротивлению нагрузки. Сопротивление нагрузки – это может быть сосредоточенное сопротивление на резисторах или входное сопротивление устройства. При последовательном включении сопротивление нагрузки выполняет и функцию сопротивления ограничения (рис.6, рис. 7). При параллельном включении необходимо использовать сопротивление ограничения (рис. 8, рис 9). В реальных цепях для нормального преобразования всегда необходимо выполнять условия, чтобы сопротивление нагрузки было намного больше сопротивления ограничения и сопротивления диода в прямом включении (R_н >> R_огр R_н>> R_пр) и с другой стороны намного меньше сопротивления диода в обратном включении R_н<< R_обр.

При решении задач с переменными сигналами в устройствах амплитудных ограничителей необходимо:

-определить по диаграммам прямое и обратное включение диода относительно уровня ограничения;

-по прямому включению относительно уровня ограничения отложить напряжение прямого падения на диоде U_д0, именно это напряжение является границей ограничения.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ.

При анализе последовательных диодных ограничителей следует учитывать:

-при напряжениях в обратном включении относительно напряжения U_д0, когда диод выключает последовательную цепь, напряжение на выходе равно уровню ограничения;

-при входных напряжениях в прямом включении относительно напряжения U_д0, когда диод включает последовательную цепь, напряжение на выходе повторяет входной сигнал.

В результате выходной сигнал имеет исходный уровень, равный уровню ограничения, а амплитуда выходного сигнала меньше на величину U_д0 по отношению к амплитуде входного сигнала.

Задача 1. На рис 6 приведена схема последовательного диодного ограничителя сверху относительно нулевого уровня, а на рис. 7 – ограничителя снизу относительно заданного уровня ограничения Е_огр = -1в .

Схема последовательного амплитудного ограничителя сверху по нулевому уровню. Входной сигнал симметричный треугольной формы с амплитудой U_mвх= 4 В. Диод с прямым падением напряжения U_д0=1,5В. Привести диаграммы напряжений на входе и выходе.

На первом этапе необходимо выбрать масштабный коэффициент по напряжению, который выбирается таким, чтобы амплитуда занимала не менее 3, но не более 6 масштабных делений. В данном случае масштабный коэффициент 1 . Зарисовываем два периода симметричных треугольных сигнала. О тносительно нуля определяем вид включения. Отрицательные напряжения на катоде относительно нуля на аноде создают условия прямого включения, а положительные напряжения создают условия обратного включения. В направлении прямого включения от нуля откладываем уровень U_д0 = (1,5) В, который определяет границу ограничения. При напряжениях, превышающих (1,5) В, напряжение на выходе будет равным нулю, т.е. уровню ограничения, диод выключен и размыкает входную цепь от нагрузки. При напряжениях, меньших (1,5) В диод включён – напряжение на выходе повторяет входное, которое меньше на уровень прямого падения напряжения на диоде U_д0.

Задача 2.

Схема диодного последовательного амплитудного ограничителя снизу по уровню Е_огр.= -1 В. Входной сигнал симметричный треугольной формы с амплитудой U_mвх= 4В. Диод КД202Б Привести диаграммы напряжений на входе и выходе.

Прямое падение напряжения не дано. Принимаем U_д0 = 0,7В, так как для диода используется кремниевый полупроводник.

На первом этапе необходимо выбрать масштабный коэффициент по напряжению, который выбирается таким, чтобы амплитуда занимала не менее 3, но не более 6 масштабных делений. В данном случае масштабный коэффициент 1 . Зарисовываем два периода симметричных треугольных сигнала. Относительно напряжения ограничения Е_огр= 1В определяем вид включения. Напряжения превышающие (1) В создают условия прямого включения, а меньшие – обратное. Относительно напряжения Е_огр = 1В откладываем уровень U_д0= 0,7В в направлении прямого включения (увеличение) до уровня ( 0,3)В. При напряжениях меньших ( 0,3) В в (обратное включение) диод выключен, следовательно, напряжение на выходе будет равно напряжению Е_огр = 1В, которое является исходным уровнем выходного сигнала. При напряжениях больших ( 0,3) В диод включён и входное напряжение повторяется на выходе с уменьшением амплитуды на величину U_д0.

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ.

При анализе параллельных диодных ограничителей следует учитывать:

-при напряжениях в обратном включении относительно напряжения U_д0, когда диод выключает цепь, параллельную нагрузке R_н, напряжение на выходе повторяет входной сигнал;

-при входных напряжениях в прямом включении относительно напряжения U_д0, когда диод включает цепь, параллельную нагрузке, напряжение на выходе остаётся на уровне U_д0 относительно уровня ограничения Е_огр: (Е_огр+U_д0) для ограничителей сверху и (Е_огр- U_д0) для ограничителей снизу. Включённый диод шунтирует нагрузку.

В результате выходной сигнал имеет исходный уровень, равный напряжению на уровне U_д0 относительно уровня ограничения Е_огр. Амплитуда выходного сигнала больше на величину U_д0 по отношению к амплитуде входного сигнала относительно уровня ограничения.

При параллельном включении сопротивление ограничения выполняет свою функцию по предотвращению теплового пробоя, когда диод включён, и шунтирует сопротивление нагрузки. На рис 8 приведена схема параллельного диодного ограничителя сверху относительно нулевого уровня, а на рис. 9 – ограничителя снизу.

Задача 3.

Схема параллельного амплитудного ограничителя сверху по нулевому уровню. Входной сигнал симметричный треугольной формы с амплитудой U_mвх= 4 В. Диод с прямым падением напряжения U_д0=1,5В. Привести диаграммы напряжений на входе и выходе.

Н а первом этапе необходимо выбрать масштабный коэффициент по напряжению, который выбирается таким, чтобы амплитуда занимала не менее 3, но не более 6 масштабных делений. В данном случае масштабный коэффициент 1 .

О тносительно уровня ограничения, равного нулю, определяем вид включения. Положительные напряжения на аноде относительно нуля на катоде создают условия прямого включения, а отрицательные напряжения создают условия обратного включения. Откладываем уровень для ограничителя сверху (Е_огр+U_д0) относительно нуля в направлении прямого включения (0+1,5=+1,5В), При напряжениях, превышающих (+1,5+0) В, диод включен и шунтирует сопротивление нагрузки. Напряжение на выходе будет равным U_д0. При напряжениях, меньших (+1,5) В диод выключён – напряжение на выходе повторяет входное В результате амплитуда выходного сигнала относительно уровня ограничения становиться больше на величину U_д0.

Задача 4.

Схема параллельного амплитудного ограничителя снизу по уровню ограничения Е_огр.= +2В. Входной сигнал симметричный треугольной формы с амплитудой U_mвх= 9 В. Диод с прямым падением напряжения U_д0=1,5В. Привести диаграммы напряжений на входе и выходе.

Н а первом этапе необходимо выбрать масштабный коэффициент по напряжению, который выбирается таким, чтобы амплитуда занимала не менее 3, но не более 6 масштабных делений. В данном случае масштабный коэффициент 2 .

Относительно уровня ограничения Е_огр = +2В определяем вид включения. Отрицательные напряжения на катоде относительно положительного напряжения ограничения на аноде (+2В) создают условия прямого включения, а положительные напряжения создают условия обратного включения. Откладываем уровень абсолютного ограничения для ограничителя снизу (Е_огр-U_д0). . Этот уровень станет равным (2-1,5=+0,5В). При напряжениях, меньших (+0,5) В, диод включен и шунтирует сопротивление нагрузки. Напряжение на выходе будет равным (+0,5В). При напряжениях, больших (+0,5В) диод выключён – напряжение на выходе повторяет входное. Амплитуда выходного напряжения относительно уровня ограничения будет больше на величину U_д0.

В некоторых преобразователях требуется двухстороннее ограничение. Для реализации двухстороннего ограничения используют последовательное включение амплитудных ограничителей сверху и снизу в различных сочетаниях. Наиболее распространенными схемами применения являются последовательно-последовательные и параллельно-параллельные двухсторонние диодные ограничители, представленные на рис. 9 и рис.!0. Необходимыми условиями при реализации двухстороннего диодного ограничителя Е_огр.св>Е_огр.сн.