11. Ограничители уровней сигналов. Назначение. Пример ограничителя с диодами и стабилитронами. Схемы, принцип действия, осциллограммы напряжений. Достоинства и недостатки.

Ограничители сигналов.

В цифровых устройствах уровни сигналов значения напряжения должны изменяться в заданных пределах, обусловленных  типом устройств. Для этого применяют ограничители уровней сигналов. Схема простейшего двустороннего ограничителя сигналов с диодами приведена на рис. 12.1.

 Рис.12.1.

Осциллограммы напряжений u_ВХ и u_ВЫХ приведены на рис. 12.2.

 

 

Рис.12.2. demo12_1.

Принцип действия ограничителя основан на выпрямительных свойствах диода. Каждый диод открывается, когда напряжение на диоде становится положительным.

Для диода D1 при положительном входном напряжении u_D1(t)=u_inp(t)-E1 и он открыт при  u_inp(t) >E1. При этом u_out(t) ≈E1.

Для диода D2 при отрицательном входном напряжении u_D2(t)=-u_inp(t)-E2 и он открыт при  u_inp(t)<-E2 , поэтому u_out(t) ≈-E2. Уровни ограничения можно изменять изменением ЭДС источников E1 и E2.

Другой вариант ограничителя со стабилитронами приведен на рис.12.3.

 

Рис.12.3. demo12_2. Ограничитель со стабилитронами.

 В этой схеме в прямом включении (когда напряжение на стабилитроне положительное) стабилитроны имеют небольшое сопротивление, а в обратном включении при достижении напряжения стабилизации (около 5 В) остается постоянным. Уровни ограничения можно изменять подбором типа стабилитрона с соответствующим напряжением стабилизации.

1. Формирователи сигналов из прямоугольных импульсов путем дифференцирования и интегрирования с использованием фильтров низких и высоких частот. Схемы, осциллограммы. Зависимость формы сигналов от постоянной времени цепи.

Общий принцип действия формирователей импульсов основан на двух операциях: нелинейной операции ограничения и на линейной операции фильтрации.

На рис. 12.4а приведена схема и осциллограммы напряжений RC –фильтра низких частот с постоянной времени  τ =RC =1 кОм*1мкФ =1мс. Форма выходного напряжения зависит от длительности импульсов T_и .

 При τ = T_и /10 (T_и = 10 мс, F=100 Гц ) импульсы напряжения на выходе получаются экспоненциальными.

При τ = T_и *10  (T_и = 100 мкс, F=10 кГц ) импульсы напряжения на выходе получаются треугольными (рис.12.4б).

 

 Рис.12.4. demo12_3. Формирователь с фильтром низких частот при τ = T_и /10 .

 Рис.12.4б. demo12_4. Формирователь с фильтром низких частот при τ = T_и *10.

В этом варианте форма выходного напряжения соответствует результату операции интегрирования входного напряжения.

На рис. 12.5а приведена схема и осциллограммы напряжений RC –фильтра высоких частот с постоянной времени  τ =RC =1 кОм*1мкФ =1мс. Здесь так же форма выходного напряжения зависит от длительности импульсов T_и .

 При τ = T_и /10  (T_и = 10 мс, F=100 Гц ) импульсы напряжения на выходе получаются короткими и соответствуют как результат дифференцирования. При τ = T_и *10  (T_и = 100 мкс, F=10 кГц ) импульсы напряжения на выходе получаются со спадающими вершинами (рис.12.5б). Если T_и >>τ, то формы выходного и входного импульсов совпадают. Именно такое соотношение выбирают в цепях связи частей импульсного устройства по переменной составляющей сигнала.

 Рис.12.5а. demo12_5. Формирователь с фильтром высоких частот при τ = T_и /10 (операция дифференцирования). .

 Рис.12.5б. demo12_6. Формирователь с фильтром высоких частот при τ = T_и *10.

Такая схема позволяет используется для подавления постоянной составляющей импульсного напряжения.