11.8. Схемы фиксации уровня

Многие импульсы имеют какую-нибудь одну полярность — отрицательную или положительную. Этим они отличаются, на­пример, от прямоугольных колебаний, которые так же, как и синусоидальные колебания, содержат полупериоды положитель­ной и отрицательной полярности; напряжения таких сигналов имеют значения выше или ниже нулевого уровня. При усиле­нии импульсных сигналов в обычных транзисторных или лам­повых схемах с емкостной связью постоянная составляющая импульсов теряется. Это происходит из-за действия емкостной связи: конденсатор не пропускает постоянной составляющей тока Поэтому при передаче однополярных импульсов через конденсатор на выходе линейной цепи получаются колебания прямоугольной формы без постоянной составляющей напряже­ния содержащейся в передаваемых импульсах. Во многих слу­чаях требуется восстановить постоянную составляющую, чтобы получить исходные импульсы. Восстановление постоянной со­ставляющей импульсов после их прохождения через цепь с ем­костной связью осуществляется при помощи схем фиксации. Эти схемы осуществляют привязку импульсов к некоторому по­стоянному или нулевому уровню и при необходимости восста­навливают исходные характеристики импульсов. Привязку им-nvibCOB к нулевому уровню также называют восстановлением постоянной составляющей. Фиксация уровня осуществляется путем использования нелинейного элемента — чаще всего пу­тем введения диода в схему (рис. 11.8,а).

Рис. 11.7. Схема выравнивания амплитуд.

Рис. 11.8. Схемы фиксации заданного уровня импульсов.

На рис И 8 а изображен обычный двухкаскадныи усилитель на транзисторах с емкостной связью между каскадами. Для восстановления уровня постоянной составляющей в схему введен шунтирующий диод Д₁, соединяющий базу транзистора Т₂ с землей.

При достаточно длительном отсутствии входного сигнала (момент t₁) конденсатор С₁ оказывается заряженным до исход­ного установившегося напряжения 25 В, равного падению на­пряжения на резисторе R₂, полярность напряжения указана на рис. 11.8, а. С приходом первого импульса (момент R) напря­жение на резисторе R₂ возрастает от исходного установившего­ся значения до 75 В. Так как передний фронт импульса имеет небольшую длительность по сравнению с постоянной времени заряда С₁ через резистор R₃, то практически весь прирост паде­ния напряжения на резисторе R₂ передается на резистор R_z, а напряжение на конденсаторе Ci в течение длительности фрон­та импульса остается неизменным. Таким образом, амплитуда сигнала на резисторе R₃ окажется равной разности между амплитудой импульса (75 В) и исходным напряжением на кон­денсаторе C₁ (25 В), т. е. величина амплитуды импульса на R₃ составит 75 — 25 = 50 В. Так как постоянная времени CiR_s вели­ка по сравнению с длительностью импульса, то за время дли­тельности импульса (от t₂ до £з) конденсатор успевает дозаря-диться на небольшую величину. Поэтому напряжение на рези­сторе R$ уменьшится лишь на эту небольшую величину. Так, если, например, за время длительности импульса напряжение на конденсаторе возрастет до 30 В, то величина выходного им­пульса понизится на 5 В и в момент t_z, как это указано на ри­сунке, составит 45 В.

Когда импульс на входе снова уменьшится до нуля, напря­жение на R₂ опять станет равным 25 В (в момент t_z). Так как теперь напряжение на конденсаторе превышает это значение на 5 В, конденсатор начнет разряжаться через диод Д! и рези­стор R₂, что приведет к появлению на выходе (на базе транзи­стора Т₂) кратковременного отрицательного всплеска, равного небольшому падению напряжения на отпертом диоде Д_ь Су­щественным является то, что малое сопротивление отпертого диода шунтирует резистор R_s, вследствие чего резко уменьшает­ся постоянная времени разряда конденсатора. Поэтому весьма быстро незначительный отрицательный выброс выходного на­пряжения (напряжения на диоде) снижается до нуля, после че­го на конденсаторе вновь устанавливается исходный уровень на­пряжения, равный 25 В. Так как этот уровень является устано­вившимся для интервала времени между импульсами, то в те­чение этого времени ток через резистор R₃ не протекает и, сле­довательно, на нем нет падения напряжения. Таким образом, осуществляется процесс привязки выходных импульсов к нуле­вому уровню (прямоугольные колебания с отрицательными и положительными полупериодами на выходе не образуются).

В некоторых случаях возникает необходимость привязки сигнала к заранее заданному уровню напряжения, выше или ниже нулевого уровня. Такая привязка осуществляется при по­мощи схемы, изображенной на рис. 11.8,6. Здесь фиксирован­ный уровень напряжения подан в точку между соединением ре­зистора Rz с диодом и землей. Этот источник напряжения за­шунтирован конденсатором С₂ для того, чтобы уменьшить до минимума изменения напряжения сигнала на внутреннем сопро­тивлении источника. В этой схеме выходной сигнал привязан к; уровню, соответствующему напряжению источника питания. В показанной на рисунке схеме используется источник постоян­ного напряжения 10 В. Поэтому выходные импульсы будут привязаны к уровню постоянного напряжения, равного 10 В.

Выполняемая схемой функция аналогична той, которая была описана для схемы на рис. 11.8, а. Отличие заключается лишь bi том, что здесь выходные импульсы располагаются выше нулево­го уровня на величину, равную напряжению источника. При от­сутствии источника восстановленный сигнал имел бы в мо­мент t₂ высоту 50 В, так как входные импульсы начинались бы от исходного уровня 25 В и нарастали до 75 В. При подключе­нии же источника 10 В к точке соединения резистора R_s с дио­дом Д; выходные импульсы амплитудой 50 В смещаются на 10 В и оказываются привязанными к этому уровню.