Ограничители амплитуды
Ограничители амплитуды принадлежат к классу нелинейных электрических цепей, основные особенности которых были рассмотрены в разделе 2.1 настоящей главы.
Ограничителем амплитуды называется устройство, напряжение на выходе которого следует за входным напряжением до определённого его значения (порога ограничения), после чего выходное напряжение остаётся постоянным или равным нулю.
Существуют три вида ограничения:
ограничение по максимуму (ограничение сверху);
ограничение по минимуму (ограничение снизу);
двустороннее ограничение (одновременное ограничение сверху и снизу).
Верхним порогом ограничения Епв называется предельный уровень входного напряжения, выше которого выходное напряжение практически не зависит от входного.
Нижним порогом ограничения Епн называется предельный уровень входного напряжения, ниже которого выходное напряжение практически не зависит от входного. Пороги ограничения зависят от параметров и режима работы ограничителя. Они могут быть различными по величине и каждый из них может быть положительным, отрицательным или равным нулю.
На рис. 2.16. показаны положительный верхний и отрицательный нижний пороги ограничения, а на рис.2.17 – положительный нижний порог ограничения.
Рис.2.16. Напряжения на входе и выходе ограничителя с положительным
верхним и отрицательным нижним порогом ограничения
Рис.2.17. Напряжения на входе и выходе ограничителя при
положительном нижнем пороге ограничения
Таким образом, основным назначением ограничителей является изменение формы подводимого к ним входного напряжения путём «срезания» части этого напряжения. Следовательно, при ограничении происходит изменение спектрального состава входного напряжения, что возможно лишь при применении нелинейных цепей. Поэтому амплитудные ограничители должны представлять собой устройства с явно выраженной нелинейной ВАХ. В качестве нелинейных элементов чаще всего используются полупроводниковые диоды и триоды.
Формирование прямоугольных импульсов из синусоиды
Этот метод формирования импульсов имеет весьма существенное преимущество, заключающееся в том, что стабильность частоты входного синусоидального напряжения может быть достаточно высокой, и, следовательно, частота сформированной периодической последовательности импульсов будет также строго постоянной. Это преимущество будет реализовано, если в качестве генератора синусоидальных колебаний будет работать кварцевый генератор.
Основной задачей при формировании импульсов из синусоиды является получение импульсов, по возможности близких по форме к прямоугольным, т.е. с наивысшей крутизной фронта и среза.
Пусть
на вход двустороннего амплитудного
ограничителя подаётся синусоидальное
напряжение
(рис.2.18). Поскольку ограничитель
двусторонний симметричный, то
Епв = Епн = Еп.
Напряжение на выходе будет следовать за напряжением на входе до тех пор, пока не достигнет величины Еп. Напряжение на выходе будет определяться как
…………… (2.15).
Если
учесть, что длительность фронта τф
значительно меньше периода синусоиды
Т,
т.е.
и, следовательно,
,
то можно функцию
синуса заменить его аргументом. В
результате получим:
Рис.2.18. Получение прямоугольных импульсов при двустороннем
симметричном ограничении синусоиды
Тогда
,
После несложных преобразований получим
…………………. (2.16).
Из этого выражения следует, что формируемое напряжение будет тем ближе к прямоугольной форме, чем больше будет амплитуда синусоиды, чем больше её частота и чем меньше будет порог ограничения Еп. Однако бесконечно увеличивать амплитуду синусоиды на входе ограничителя нельзя, так как это напряжение ограничено величиной допустимой электрической прочности элементов схемы. Чтобы всё-таки увеличить крутизну фронтов формируемых импульсов, полученное после ограничения напряжение усиливают и вновь ограничивают до тех пор, пока не получат необходимого значения крутизны фронтов.
В зависимости от способа включения диода и нагрузки различают два вида ограничителей:
диодные ограничители с последовательным включением диода
и нагрузки;
диодные ограничители с параллельным включением диода и нагрузки.