книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

в данной стадии в виде емкости С весьма большой величины (С ^ со)-.

^<сн( —In 0,55) ^ 0,6тн .

Втечение второй стадии, называемой стадией восстанов­ ления обратного сопротивления диода, происходит исчезно­ вение избыточного заряда во всей базе. При этом напряже­ ние на диоде и его ток стремятся к своим стационарным зна­

220

тельности запирания диода, основанному на замене диода

влияние рекомбинации носителей на процесс рассасывания заряда базы. Так как емкость С д ^> Сб , то в большинстве случаев можно пренебречь барьерной емкостью. Длитель­ ность выключения диода (при анализе по рассматриваемой

221

ГЛ А В А Д Е В Я Т А Я

НЕ Л И Н Е Й Н Ы Е УСТРОЙСТВА. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ

ИФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

§9.1. АМПЛИТУДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

А.ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБЩИЕ

ПОЛОЖЕНИЯ

1. Амплитудным ограничителем (короче, ограничителем)

вует линейному режиму работы четырехполюсника); На амплитудной характеристике фиксируются два уровня, оп­ ределяющие нижний уровень ограничения Uorp х и верхний уровень ограничения Uorpi; между этими уровнями характе­ ристика линейна. При идеальной работе ограничителя его

222

настолько велик, что в пределах величин действующих сиг­ налов он не оказывает влияния на работу ограничите­ ля. Такой ограничитель называется односторонним. На рис. I, б, в изображены амплитудные характеристики и сиг­ налы на выходе односторонних ограничителей (при ивх = = ^вхш sin wt). Соответствующий рис. 1, б ограничитель называется ограничителем СВЕРХУ, а соответствующий рис. 1, Ô —ограничителем СНИЗ У. В первом случае можно,

шей простоты устройства односторонних ограничителей они применяются также при осуществлении двухстороннего ограничения сигналов; в этом случае применяется комби­ нация из двух односторонних ограничителей (СВЕРХУ

иСНИЗУ).

3.Реальные характеристики ограничителей отличаются от ука'занных на рис. 1: при работе в режиме ограниче­ ния величина выходного, сигнала не вполне постоянна и не­ сколько отличается от уровня ограничения; в линейном режиме работы коэффициент передачи К* не вполне постоя­ нен. Техническими требованиями к ограничителю опре­ деляются уровни ограничения и нужное качество (четкость) ограничения, т. е. допустимое отклонение реальных харак­ теристик ограничителя от идеальных. Часто желательно

иметь возможно больший коэффициент передачи К*.

4 . Наиболее широкое применение нашли ограничите­ ли, использующие в качестве нелинейных элементов полу-

223

проводниковые диоды (диодные ограничители). Такие огра­ ничители наиболее просты, надежны в работе и обеспечи­ вают хорошее качество ограничения. Однако у диодных огра­ ничителей коэффициент передачи К* < 1.

Ограничители с нелинейным элементом в виде транзис­ тора позволяют осуществлять двухстороннее ограничение и одновременно производить усиление сигналов; поэтому они называются усилителями-ограничителями. При примене­ нии в таких устройствах обратных связей удастся повысить качество ограничения [106]. Однако транзисторные ограни­ чители более сложны и менее надежны в работе. Поэтому они применяются в основном в схемах двухстороннего огра­ ничения, если диодные ограничители не позволяют полу­ чить нужное качество ограничения.

В качестве нелинейных элементов ограничителей иногда используются индуктивные катушки или трансформаторы с ферритовыми сердечниками, работающими в режиме на­ сыщения (см. §9.3).

Б. ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ДИОДА

5. Принцип построения таких схем основан на ключевых свойствах диода: в отпертом состоянии он осуществляет приключение нагрузочного элемента к источнику входных сигналов, а в запертом состоянии — отключает нагрузку от источника. Схема ограничителя совпадает со схемой

РИС. 2.

диодного ключа (см. рис. 8.48, а), .где еу = еи — источник входных сигналов, a Ry = Ra — его внутреннее сопротивле­ ние: Согласно изложенному в §8.5, п. 2, эта схема преобра­ зуется к виду, показанному на рис. 2, а (см. рис. 8.48, б),

224

где сопротивление R учитывает сопротивление /?„ нагруз­ ки, а постоянное напряжение £ о г р служит для установки нужного уровня ограничения. Связь между параметрами исходной схемы и преобразованной схемы выражается фор­ мулами (8.106) и (8.107).

Режим работы данной схемы меняется, когда напряже­ ние на диоде переходит через точку « д =0 (где ток диода /д = 0). Поэтому уровень ограничения в данной схеме (оди­ наковый по входу и выходу)

(см. рис. 1, в). Для ограничения СВЕРХУ следует изменить

Здесь также справедливы равенства (3), и также режим огра­ ничения получается при запертом диоде, но в отличие от схемы рис. 2, а здесь « д = £ о г р — еи .

6. Амплитудная характеристика ограничителя. Будем исходить из кусочно-линейной аппроксимации характерис­ тики диода (см. рис. 8.49). В соответствии с этим сопротивле­

ние диода RR — R£ при ия > 0 и Rn = Rä при « д < 0. Учитывая положительные направления отсчета напряжений

(рис. 2, а, б), можно записать (для любой из схем)

Из формулы (6) видно, что выходной сигнал в режиме огра­

Из этих формул видно, что в линейном режиме амплитудная

(см. рис.1). Смещение характеристики может быть нежела­ тельным; для его уменьшения следует уменьшать отноше­ ние R+ IR, что одновременно приводит к повышению коэф­ фициента передачи К*.

7 . Выбор параметров ограничителя. Из формул (6) — (9), видно, что качество работы ограничителя зависит от величины параметров б" и Ка, определяющих ЧЕТКОСТЬ

нии. Формулы (7) и (9) указывают на противоречивость тре­ бований к четкости ограничения (возрастающей с уменьше­ нием R) и к высокому значению коэффициента передачи (возрастающего с увеличением R). Поэтому реализуемое ка­ чество работы ограничителя зависит от того, насколько силь­ но выполняются неравенства

R-^R-^R^R+ = RB+R+. (9.10)

При сильном выполнении этих неравенств отмеченное про­ тиворечие практически не будет проявляться, но для этого

?26

Чем меньше произведение 7(п о~, тем, вообще говоря, вы­ ше четкость ограничения. Из соотношения (11) видно, что для получения наименьшего значения КФ~ следует приме­ нять диоды с возможно меньшей величиной отношения #д/#д • Однако такой подход к выбору типа диода практи­ чески достаточен лишь в случае, если имеется возмож­ ность варьировать величиной R, так как кроме желатель­ ного минимума п р о и з в е д е н и я параметров Кп^ имеются определенные требования к каждому из этих пapa^ метров в отдельности. При заданной же величине сопро­ тивления Rn нагрузки (см. рис. 8.48, а) сопротивление R, как это следует из формулы (8.106), может только умень­ шаться (R < RH).

При и з в е с т н о й величине R выбор типа диода сле­ дует производить из соотношения (7), которое должно вы­ полняться при наивысшей рабочей температуре, но без су­ щественного запаса. Дело в том, что для диодов характерна некоторая связь между их обратными и прямыми сопротив­ лениями: чем больше R^, тем больше также и R£. Увели­ чение же прямого сопротивления диода при малой величине Ra приводит к существенному понижению коэффициента передачи К* и к возрастанию паразитного коэффициента

Кп.

должно быть отдано диоду Д311Б, так как он, удовлетворяя тре­ бованию четкости ограничения, обладает меньшим прямым сопро­ тивлением: при 25°С и токе в 20 мА, получающемся при е и = 20 В и R = 1 кОм, его сопротивление / ? Д + Ä 25 Ом (вместо 50 Ом у

процесс в данной нелинейной схеме приходится подразде­ лять на несколько стадий.

Пусть до момента t = 0 ограничитель работал в режиме ограничения (еи = Ей < О, и в ы х ^ 0, « д ^ Я,7). При вне­ запном в момент t = 0 перепаде входного сигнала на вели­

228

(рис. 4, б). В этой стадии можно пренебречь влиянием боль­ ших сопротивлений #д и R » /?„ (/?; 7^ со, /? со) и по­ лагать, что напряжения на емкостях нарастают по экспо­ ненциальному закону с постоянной времени

«л = 0 ) . Подставляя эти значения в функцию (13) и решая

После отпирания диода его сопротивление падает до не­ большой величины /?д,что позволяет пренебречь весьма ма­ лой емкостью Cß. Этому соответствует эквивалентная схема

большой диффузионной емкости, небольшое напряжение на которой почти не меняется; следовательно, диод можно за­ менить практически короткозамкнутым элементом, чему

I