книги / Сборник задач и упражнений по импульсной технике

ГЛАВА 4

АМПЛИТУДНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

§4.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ИРАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

Вглаве собраны задачи и упражнения по ограничителям амплитуды на полупроводниковых диодах, которые применя­ ются для формирования импульсов, селекции сигналов по амп­ литуде и полярности, фиксирова­

теля является ограничитель на нулевом уровне (рис. 4.1, а, б). Для нормальной работы ограничителей необходимо обеспе­

61

Так как Добр > R n, то ывых- <С Um- Качество ограничения существенно зависит от коэффициента выпрямления диода

Сопротивление нагрузки R H без учета паразитных емкостей

определяется по формуле R „ = R ap V^k^. Ограничение свер­ ху с нулевым порогом можно получить, изменив полярность включения диода (рис. 4.1, а).

Рис. 4.2

Для получения ограничения снизу на отрицательном уров­ не последовательно с нагрузкой включается источник постоян­ ного напряжения £ х (рис. 4.2, а, б).

Для получения ограничения сверху на уровне £ а, необходи­ мо изменить полярность подключения источника и диода (рис. 4.2, а).

а)

Рис. 4.4

Напряжение источников Е выбирают так, чтобы в отсутствие входного сигнала диод Д а был открыт (£1 <С £ г)- Верхний уро­ вень ограничения определяется напряжением £ а, а нижний —

62

потенциалом катодов ик0, соответствующим границе отпира­ ния Дг. Диод Дх Отпирается, когда напряжение на входе пре­ вышает значение

На практике широко используется схема двустороннего последовательного ограничителя с, общим источником смеще­ ния (рис. 4.4). Эта схема эквивалентна предыдущей (см.

рис. 4.3, а), если пересчитать ее параметры с помощью следую­ щих соотношений:

Существенное влияние на работу последовательных диод­ ных ограничителей оказывают паразитные емкости: между-

63

Для лучшего ограничения стремятся выбрать R Hкак можно, больше R Пр, но увеличение R K ограничивается допустимым временем среза. Поэтому R „ при заданном tcP выбирают из со­ отношения

полярность указана в скобках) диод закрыт. Амплитуда напря­ жения на выходе при этом составляет

так как R „ > Я огр.

Для получения ограничения снизу необходимо изменить по­ лярность включения диода (рис. 4.6, а).

Для получения ограничения сверху на ненулевом уровне последовательно с диодом Дх включается источник Ех (рис. 4.7, а), снизу— изменяется полярность включения источника и диода (показано пунктиром на рис. 4.7, а, б).

Сочетание схем позволяет получить двустороннее ограни­ чение входного напряжения (рис. 4.7, в).

Существенное влияние на работу параллельных ограничи­ телей оказывают паразитные емкости. Подключаясь парал-

G4

лельно /?„, они не позволяют напряжению на выходе изменять­ ся скачками.

В схеме рис. 4.8 при действии переднего фронта входного импульса емкость С0 + Сд заряжается, формируя передний фронт (см. рис. 4.5, 6); /ф яг 2,3 (С0 + Ся) /?огр. При дейст­ вии заднего фронта емкость (Сд -|- С„) разряж ается, формируя срез /ср яг 2,3 (С0 + Сд) Я огр.

Для получения лучшего ограничения желательно R ocр увеличивать, но это приводит к затягиванию фронтов, поэтому

Необходимость иметь дополнительный источник Е являет ся недостатком диодных ограничителей.

Рис. 4.8 Рис. 4.9

При формировании импульсов из синусоидального напря­ жения длительность фронтов отлична от нуля. Величину

прямоугольных импульсов, то длительность фронта обычно мала* поэтому ее приближенно можно определить по формуле

65

6 6

В интегральной микросхемотехнике в качестве диодов ис­ пользуются транзисторы в диодном включении. При этом пара­ метры диода — транзистора меняются в зависимости от схемы включения. Возможны пять схем диодного включения транзистора (рис. 4.13, а — д).

В схемах рис. 4.13 а, г используется эмиттернын переход — напряжение пробоя (/проС и обратные токи / обр mas малы (так как у эмиттерного перехода малые площадь и ширина); при­

меняется для работы с малыми напряжениями (3—5) В. В схе­ мах рис. 4.13, б, д используется коллекторный переход и для них характерны относительно большие значения С/проб и / обр гаах. В схеме рис. 4.13, в эмиттерный и коллекторный пере­ ходы соединены параллельно, вследствие чего (Уо0р мало, а обратный ток равен сумме обратных токов обоих переходов, по значение тока через диод возрастает.

Прямые падения напряжения наибольшие для схемы рис. 4.13, а и наименьшие для схемы рис. 4.13, г. Емкость-транзис­ тора в диодном включении определяется емкостью соответст­ вующего перехода и минимальна в схеме рис. 4.13, г.

У п р а ж н е н и я и з а д а ч и

§ 4.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

4.1.Какие устройства называют о г р а н и ч и т е л я м и ?

4.2.Для каких целей применяют диодные ограничители?

67

Лг

4.8*. На вход ограничителя сверху на нулевом уровне (см. рис. 4.1, а) подается синусоидальный сигнал с амплиту­ дой 30 В. В схеме использован кремниевый микросплавной диод типа КД 504 А с параметрами: постоянное прямое напря-

4.9.Решите задачу 4.7, если внутреннее сопротивление ис­ точника синусоидального напряжения Rt = 500 Ом.

4.10.Решите задачу 4.7, если внутреннее сопротивление

источника R i~ 1 кОм.

4.11.Решите задачу 4.7, если параллельно диоду (рис. 4.14, а) поставили такой же диод, а внутреннее сопротивление источника сигнала R t = 500 Ом.

4.12.Решите задачу 4.7, если последовательно с диодом

(рис. 4.14, б) поставили такой же диод, а внутреннее сопротив­ ление источника сигнала Rt = 1 кОм.

4.13. На схемы, указанные по вариантам, подаются им­ пульсы (рис. 4.15). Внутренние сопротивления источников смещения Е и сигнала £ Р равны 0, диод идеальный (R np = 0, Яовр = °°)- Нарисуйте временные диаграммы выходных сиг­

68

налов. Определите напряжение на выходе схемы при отсут­ ствии входных импульсов ((/пых (0)). Определите амплитуды

Варианты

Рис. 4.16

Рис. 4.17

4.14. Выполните задание задачи 4.13 для указанных по вариантам схем и заданных значений амплитуд входных им­

Варианты

Рис. 4.18

=ОО.

Указание. Используйте решение задачи 4.15.

ступают импульсы рис. 4.15. Определите форму выходного напряжения, если амплитуда входных импульсов a) Um =

=18 В, б) Um = 8 В.

4.20.Определите максимальный ток через диод в указан­ ных схемах, если на вход подаются импульсы (см. рис. 4.15)

4.21. Определите максимальное обратное напряжение, дей­ ствующее на диод в схемах задачи 4.20.

70