3.Параллельные диодные ограничители.

Основным признаком таких схем является параллельное включение полупроводникового диода и сопротивления нагрузки.

Как уже говорилось выше, параллельные схемы диодного ограничителя делятся на схемы:

0. ограничения на нулевом уровне;

1. ограничения на заданном уровне (сверху, снизу);

2. двухстороннего ограничения.

Ограничение на нулевом уровне.

Данные схемы - обычные схемы простейших диодных ключей.

Схема параллельного диодного ограничителя на нулевом уровне.

В приведенной схеме сопротивление R служит для ограничения тока при открытом диоде VD.

Функционирование схемы параллельного диодного ограничителя на нулевом уровне.

Функционирование схемы рассмотрим на следующих графиках и переходных характеристиках.

Работа схемы основана на соблюдении равенства R_н>>R_VDпр. Отсюда следует, что R_вых=R_VDпр. Тогда напряжение на выходе определяется из следующего выражения:

При положительном знаке входного напряжения, т.е. U₁>0, сопротивление прямо смещенного p-n перехода диода будет во много раз меньше сопротивления ограничителя в целом, т.е. R_VDобр<<R. В результате, выходное напряжение будет по амплитуде практически равно напряжению на полупроводниковом диоде VD, U₂=U_VD0.

В случае, если U₁<0,то R_VDпр>>R, и на выходе напряжение U₂ будет равно напряжению U₁ подаваемому на вход схемы параллельного диодного ограничителя.

Таким образом, все падение напряжения приходится на закрытый диод.

При смене полярности включения диода VD все процессы в схеме происходят наоборот.

Для ограничения на требуемом уровне, отличном от нуля в схему диодного ограничителя вводится источник питания Е_см.

При этом, напряжение на выходе определяется как (каждый со своим знаком):

U_вых=U₂=U_VD+Е_см

Параллельная схема ограничения на заданном уровне

0. Ограничение сверху.

Схема параллельного диодного ограничителя сверху.

Функционирование схемы параллельного диодного ограничителя сверху.

Функционирование схемы рассмотрим на следующих графиках.

Графические зависимости показывают следующее.

В момент времени, когда напряжение на входе U_вх равно нулю диод VD заперт плюсом источника смещения. При этом U_вых равно нулю. В положительный полупериод, когда входное напряжение меньше напряжения смещения U₁<E_см диод заперт. В цепи ток не протекает, и выходное напряжение примерно равно входному, т.е. U₂U₁. В случае, когда U₁E_см диод отпирается и шунтирует сопротивление нагрузки R_н, происходит ограничение сверху на уровне E_см, т.е. напряжение на выходе равно напряжению смещения, U₂=E_см.

При отрицательной полуволне входного напряжения диод заперт и выходное напряжение схемы ограничения примерно равно входному напряжению, U₂U₁.

Если подать отрицательное смещение на схему, то процессы будут аналогичны, но при отрицательной полуволне U₁, когда -U₁=-E_см.

Работа схемы показана на следующем рисунке.

0. 

   Ограничение снизу.

Если изменить направление включения диода, и оставить подключенным источник смещения E_см, то получим ограничение снизу на уровне E_см.

Схема параллельного диодного ограничителя снизу.

Функционирование схемы параллельного диодного ограничителя снизу.

Функционирование схемы рассмотрим на следующих графиках.

Физика процессов протекающих в схеме ограничения аналогична предыдущему случаю.

Если поменять полярность напряжения смещения, то схема будет иметь следующий вид.

Её работа отражена на следующих временных диаграммах.

Схема двухстороннего ограничения.

Схема двухстороннего ограничителя.

Функционирование схемы двухстороннего ограничителя.

Функционирование схемы рассмотрим на следующих графиках.

Полярность источников смещения E_см1 и E_см2 выбираются таким образом, что бы диоды VD1 и VD2 были закрыты.

Диодный ограничитель на VD1 ограничивает положительную полуволну входного напряжения сверху на уровне E_см1, так как для положительного входного напряжения диод VD2 закрыт, а диодный ограничитель на VD2 ограничивает отрицательную полуволну входного напряжения снизу на уровне E_см2, так как для отрицательного входного напряжения диод VD1 закрыт всегда и сопротивление его обратносмещённого p-n перехода велико.

Таким образом, в параллельных схемах диодных ограничителей при запирании диода на выходе схемы появляется сигнал, а при отпирании - сигнал отсутствует.

Характеристики диодных ограничителе:

1. U_пор - пороговое напряжение, (уровень ограничения), т.е. такое напряжение на входе схемы, выше которого ( по модулю, абсолютному значению) выходное напряжение остается неизменным.

2. Коэффициент передачи.

Применение диодных ограничителей.

Прежде чем рассматривать конкретное применение диодных ограничителей необходимо рассмотреть достоинства и недостатки указанных схем.

Достоинства диодных ограничителей:

1. Простота схемы.

2. Высокие функциональные возможности (разнообразие схем ограничения).

3. Достаточно высокое качество ограничения при правильно выбранных номиналах элементов схемы.

Недостатки диодных ограничителей:

1. Ослабление сигнала в области пропускания (за счет сопротивлений полупроводникового диода R_пр и R _обр).

2. Температурная нестабильность из-за изменения контактной разности потенциалов у p-n перехода полупроводникового диода.

3. Трудности ограничения уровня малых или соизмеримых с контактной разностью потенциалов диода сигналов.

4. Разные уровни ограничения у ограничителей на диодах одного типа.

5. Колебания уровней ограничения в зависимости от входного сигнала из-за конечного значения прямого сопротивления диода.

Устранение основной массы указанных недостатков возможно при применении транзисторных ограничителей и ограничителей на операционных усилителях.

Применение диодных ограничителей:

1. Для формирования напряжения трапециидальной формы.

2. Для отбора импульсов с необходимой амплитудой (как амплитудные селекторы).

3. Для выделения импульсов одной полярности.

4. Для сглаживания искажений вершины импульсов.