Тема 13.3 « обмежувачі»

У багатьох електронних пристроях використовуються імпульси із строго певною амплітудою і визначеними тривалістями, вибраними відповідно до умов роботи даного пристрою.

Збереження встановлених параметрів сигналів в процесі роботи схем є особливо важливим для таких систем, як ЕОМ, де імпульси є певною інформацією, що переробляється машиною .

Оскільки режими електронних схем встановлюються з розрахунку на "стандартні" сигнали, відхилення їх параметрів від номінальних значень в процесі проходження через схеми може привести до неправильної роботи окремих схем і, отже, всього пристрою в цілому.

У зв'язку з цим разом з попереднім формуванням робочих сигналів в схемах передбачаються також заходи по відновленню форми сигналів , що зазнали зміну при проходженні окремих ділянок схем.

Однієї з основних операцій вживаних при формуванні імпульсів , є обмеження імпульсного сигналу по амплітуді. Схема, яка здійснює таке обмеження, називається обмежувачем.

Між вхідною і вихідною напругами обмежувача існує певна залежність, яка називається характеристикою обмежувача (рис. а ):

Uвих Uвих Uвих

Uвх t

Uвх

Uогр

а) б)

t

Вихідна напруга схеми збільшується пропорційно вхідному до певного значення, після чого воно зберігатиме незмінну величину . Напруга U огр, при якому подальше збільшення вихідної напруги припиняється, називається порогом обмеження.

На мал. би) показаний принцип обмеження сигналу по максимуму. Як тільки напруга вхідного сигналу досягає порогу обмеження, вихідний сигнал залишається незмінним, не дивлячись на подальше збільшення вхідного.

Обмеження сигналів може вироблятися не тільки по максимуму, але і по мінімуму. Іноді використовується і двостороннє обмеження (по максимуму і по мінімуму). Принцип двостороннього обмеження приведений на мал. :

Uвих U вих

Uвх Uвх

Рис. Діаграми работи ообмежувача

t

Щоб пропорційність між вихідною і вхідною напругою збереглася тільки на певній ділянці, характеристика обмежувача повинна бути нелінійною. Тому як обмежувачі широко використовуються лампові і напівпровідникові елементи (наприклад, діоди), що володіють такими характеристиками .

Ідеалізовані характеристики лампового (а) і напівпровідникового діодів (б) приведені на мал.:

ia i

Ua Uзв U пр

а) б)

Поріг обмеження підбирається за допомогою підключення до діода джерела постійної напруги ( зсуви) .

На мал. а) приведена схема обмеження по максимуму, виконана на напівпровідниковому діоді.

Необхідно, щоб в схемі виконувалася умова Rн >> Ro і Ro >> ( Rд. пр. + Ri ).

Поки діод замкнутий позитивним зсувом, напруга на виході обмежувача практично повторює вхідна, оскільки падіння напруги на Rн значно перевищує падіння напруги на Ro . Коли напруга вхідного сигналу перевершить величину Е см діод відкривається . Оскільки опір вихідної ділянки ланцюга ( діод включається паралельно з R н ) різко впаде і тоді

Ro Uвх

Есм

Д Rн t

Uвих

+

Вход Ri - Есм Виход

t

a) б)

майже весь приріст вхідної напруги виявиться прикладеним до Ro. З цієї миті вихідна напруга перестане змінюватися вслід за вхідним (б). Діод знову закриється після того, як напруга вхідного сигналу стане менше Е див. Таким чином, схема забезпечує обмежене вхідного сигналу на рівні Есм.

Uвх

Ro

Д1 Д2 Е см 1 t

Rн Eсм

Uвих

t

а) б)

Мал. Принципова схема обмежувача сигналів по максимуму і

мінімуму а) і діаграма його роботи б) .

Якщо в розглянуту схему включити другий діод, як показано на мал. б, то схема буде обмежувачем і по максимуму, і по мінімуму (двостороннє обмеження ).

Якщо на вхід такої схеми подати, наприклад, синусоїдальне імпульси обох полярностей.

Функції обмеження позитивної напив хвилі буде попрежнему виконувати діод Д1, робота якого у принципі нічим не відрізнятиметься від розглянутої, тільки відкриватися він буде не позитивною, а негативною напив хвилею.

Обмежувачі застосовуються і д ля виділення сигналів однієї якої -нибудь полярності . Наприклад, якщо на схему, показану на мал., подати двополярні сигнали з диференціючого ланцюжка, то на вихід пройдуть тільки позитивні сигнали.

Д Uвх

t

Вхід Rн Вихід

Uвих

t