ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 20

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ НА СТАБИЛИТРОНАХ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование переходных характеристик нелинейных цепей на стабилитронах, практическое изучение схем и работы последовательных и параллельных ограничителей амплитуды сигнала на полупроводниковых стабилитронах.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ: Лабораторный стенд “Ограничители на стабилитронах”, ЛАТР, выпрямитель В 4-12, понижающий трансформатор ТБ-63, два вольтметра, авометр, электронный осциллограф.

ВВЕДЕНИЕ

Для преобразования формы импульсных сигналов в устройствах автоматики и вычислительной техники часто применяются схемы, содержащие элементы с нелинейной характеристикой. Наиболее распространенным типом нелинейных преобразователей импульсов являются амплитудные ограничители. Классическим и хорошо знакомым примером ограничителя является схема однополупериодного выпрямления переменного тока (без сглаживающего фильтра), в которой синусоидальный сигнал ограничивается “снизу” на уровне (обрезаются полностью отрицательные полупериоды сигнала).

В тех случаях, когда диодный ограничитель должен ограничить амплитуду сигнала на уровне , используются более сложные схемы с введением источников тока, определяющих уровень ограничения сигнала (см. лабораторную работу “Исследование переходных характеристик простейших нелинейных цепей”).

Однако, эти схемы можно значительно упростить, применив в ограничителе вместо обычных выпрямительных диодов стабилитроны.

Рисунок 3

Рисунок 1

Рисунок 2

Как известно, в отличие от обычного (например, выпрямительного) диода, пропускающего электрический ток практически только в одном направлении (прямая ветвь вольтамперной характеристики), стабилитрон при некоторой величине обратного напряжения U_обр = U_ст (напряжение стабилизации) начинает пропускать ток и в обратном направлении. Это позволяет создавать простые схемы ограничителей амплитуды на уровне E₀ = U_ст без включения дополнительных источников тока.

Рисунок 4

Рисунок 6

Ограничители на стабилитронах, как и ограничители на обычных диодах, делятся на параллельные (стабилитрон и нагрузка включены параллельно друг другу) и последовательные (стабилитрон и нагрузка включены последовательно), а также на односторонние (ограничивающие сигнал с одной стороны - сверху или снизу) и двусторонние (ограничивающие с обеих сторон).

Рисунок 5

На рис. 1 и 2 приведены схемы параллельных ограничителей на стабилитронах, ограничивающие импульсы (полупериоды) одной полярности на уровне E₀₁ = U_ст, а импульсы другой полярности на уровне . На рис. 3 дана схема двустороннего параллельного ограничителя с уровнями ограничения E₀₁ = U_ст1 и E₀₂ = U_ст2.

Рисунок 7

Оригинальную форму имеют сигналы на выходах последовательных ограничителей на стабилитронах, на входы которых подается синусоидальный сигнал. На рис. 4 и 5 приведены схемы односторонних последовательных ограничителей, а на рис. 6 - двустороннего последовательного ограничителя. В этих схемах ограничиваются (обрезаются) не вершины импульсов (полупериодов), а их основания в пределах от 0 до U_ст.

Работа ограничителей на стабилитронах, как и ограничителей на обычных диодах, описывается переходной характеристикой, т.е. зависимостью U_вых=F(U_вх). Для снятия этой характеристики собирается цепь по схеме рис. 7. Характеристика снимается как при прямой, так и при обратной полярности входного напряжения.

Для наблюдения осциллограмм напряжения на выходе ограничителя собирается цепь по схеме рис. 8.

Рисунок 8

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать цепь по схеме рис. 7 и снять переходные характеристики всех схем ограничителей (рис. 1-6).

2. Собрать цепь по схеме рис. 8 и зарисовать в тетрадях осциллограммы сигналов до и после ограничителя для всех схем ограничителей (рис. 1-6).

3. Объяснить принцип работы схем ограничителей, пользуясь полученными переходными характеристиками.