Гусев - Электроника (944138), страница 92
Текст из файла (страница 92)
При Яа,„,-Я„«Я„К,р 1. В закрытом состоянии коэффициент передачи при Еп = 0 К.„= Я„г (Я, + Я„+ Я,а„), (6.146) Яогр "огр г огр Рис. 6 36. Ограничители на стабилитронах: а огрмгиаиие ао ма«с . уму. б — огр нииеиие о имуму, е наусг раннее Если Яо„»Я„., то при открытом диоде практически все приложенное напряжение падве~ на сопротивление Я., Коэффициент передачи в области ограничения (при открытом диоде и Еба О) определяют из уравнения Е„„=Я„„„1(Я„+ Я.,о+Я„„,), ~6.147) где Янно = Я„ Я.,„; Я„ -сопротивление нагрузки.
При закрытом гдиоде коэффициент передачи ограничителя равен р Янобрг тЯа+ Я обр+ Яогр) (6. 148) где Ян „, = Я„~~ Я,.„. Часто с достаточной точностью можно считать, что Яи Я обр Чтобы приблизить коэффициент передачи в режиме ограничения к нулю, а в режиме пропускания — — к единице, параметры элементов ограничителя необходимо выбирать из уеугсянй Ян » Яо ~ Ян >> Яи+ Яогр Уровень ограничения изменяется в зависимости от значения и полярности опорного напряжения Еб, Схемы ограничителей напряжения со стабилитронами приведены на рис. 6.36, а и 6.37, а - и. В них без введения дополнительных источников опорного напряжения Еб можно обеспечить ограничение на уровне напряжения стабилизации стабилигрона 1у., Для получения одностороннего ограничения последовательно со стабилитроном включают диод. Для той полуволны, которая ограничивается, диод включен в прямом направлении, а стабилитрон в обратном.
Режим пробоя стабилитрона возникает при достижении входным сигналом значения 1гс, Для другой полуволны диод включен в обратном направлении. Он не пропускает входной сигнал, и ограничитель не влияет на напряжение выходной цепи. Соответствующим включением стабилитрона и диода можно получить ограничение по максимуму (рис. 6.36 а), по минимуму (рис. 6.36е 6) и двустороннее (рис.
6.36, б). Так как в режиме стабилизации (пробоя) дифференциальное сопротивление стабилитроыа невелико (доли Ом.— несколько Ом), то приведенные схемы 452 Ги (тВьц ()Вь г ()Вьх б) а) ()гг ()ег -исг д) г) е) иВ„ "со С лег ж) иа„, (гео Рис. блт Ограыичитеззи с последовательно включенными стайилитронами (а, а, е); диаграммы их входных и выходных напряжений (г, д, е); схемы одностороннего ограничителя (ж); диаграммы, иллюстрирующие появления на ковденсаторе постоянной составляющей напряжения (з) и результирующего выходного напряжения (и) 453 обеспечивают стабильный уровень ограничения напряжения. Он мало меняется при существенных изменениях температуры окружающей среды.
В области повышенных частот на форму выходного сигнала оказывает влияние барьерная емкость стабилитрона, из-за которой излом характеристики оказывается не таким резким, как это следует из его вольт-амперной характеристики для постоянного тока. Поэтому при создании ограничителей коротких сигналов следует применять стабилитроны со сниженной барьерной емкостью, например 2С!75Е, КС182Е, 2С211Е. Для двустороннего ограничения целесообразно использовать двуханодные стабилитроны, например 2С170А, 2С182А, для которых нормирована асимметрия напряжений стабилизации. При последовательном включении стабилитронов их пробой наступает только при напряжении ()„.
С момента пробоя выходной сигнал практически повторяет входной ввиду малого сопротивления пробитого стабилитрона и диода, включенного в прямом направлении. Данные схемы целесообразно применять то>'да, когда требуется пропустить сигналы уровня меньше (рис. 6.37, а, а) и больше (У„., (рис. 6.37, б, д), меньше и болыпе (рис. 6.37, в, е). Как у*ограничителей с диодами, уровни ограничения можно изменять с помощью дополнительных постоянных напряжений.
При работе на высоких частотах или при воздействии коротких импульсов характеристики ограничителей отличаются от тех, которые они имею~ в статическом режиме. Это происходит из-за влияния барьерных емкостей и переходных процессов в диодах, что необходимо учитывать при созлании быстродействующих устройств. В ряде случаев импульс входного сигнала подают на ограничитель через разделительный конденсатор, наличие которого может вызвать изменение уровня ограничения. Это обусловлено тем, что во время действия сигнала в конденсаторе накапливается электрический заряд. а во время паузы заряд уменьшается. Введение в схему диода с ярко выраженными нелинейными свойствами приводит к тому, что за время паузы рассеивается только часть накопленной энергии.
В результате на конденсаторе появляется постоянное напряжение, которое часто называют динамическим смещением. Для иллюстрации сказанно~о рассмотрим работу ограничителя, приведенного на рис. 6.37, э>с, при подаче на его вход сипусоидального напряжения.
Если бы диода не было, постоянная составляющая напряжения на конденсаторе была бы равна нулю, так как энергия, накопленная за время одного полупериода. рассеивалась бы за время другого. Введение диода приводит к тому, что скорости разрядки и зарядки конденсатора будут разными. Зарядка конленсатора происходит в ту часть периода входного сигнала, когда диод открыт. Постоянная времени зарядки (6.149) Во время разрядки диод закры~ и постоянная времени цепи разрядки т р ЛцС (6.150) Таким образом, т,)т, и, следовательно, при симметричной форме входного сигйала на конденсаторе С появится постоянная составляющая напряжения (l,„(рис.
6.37, з, и). Значение этой составляющей таково, что увеличение заряда на обкладках конденсатора за время зарядки равно уменьшению заряда за время разрядки. Смещение рабочей точки ограничителя вслед- 454 стане зарядки конденсатора до значения 1У„применяют для поддержания уровня выходного напряжения, равного заданному постоянного значению. 1(епи подобного назначения носят название фиксаторов уровня. Когда резистор А„, замкнут накоротко, получается цепь фиксации на нулевом уровне.
Если на вход такой цепи поступают двухполярные импульсы сложной формы, то конденсатор С заряжается до уровня Е;, = (/,. В результате выходное напряжение смещено относительно входно5 о приблизительно на Г,, При правильном подборе элементов выходной сигнал будет однополярным. При необходимости зафиксировать напряжение на другом уровне последовательно с диодом включают источник Еа, значение напряжения н полярность которого определяют уровень фиксации выходного напряжения.
Фиксаторы уровня широко применяются в устройствах, где требуется восстановление постоянной составляющей входного сигнала, потерянной вследствие его прохождения через ЯС-цепи. Рассмотренные простейшие ограничители на диодах имеют ряд существенных недостатков, которые ограничивают область их применения в точных устройствах измерительной техники и автоматики. К ним относятся: !) температурная нестабильность уровня ограничения из-за изменения контактной разности потенциалов у р-п-перехода диода: 2) трудности ограничения уровней малых или соизмеримых с контактной разностью потенциалов диода сигналов; 3) разные уровни ограничения у ограничителей на диодах одно~о и того же типа; 4) колебания уровня ограничения в зависимости от входного сигнала из-за конечного значения прямого сопротивления диода, которое к тому же определяется током, протекающим через него.
Применение усилителей, в частности ОУ, позволяе~ существенно улучшить основные характеристики ограничительных устройств, Используется значительное количество различных схем включения ОУ. Однако все они основаны на едином принципе-- введении нелинейных элементов 1диодов, транзисторов или стабилитронов) в цепь обратной связи.
Рассмотрим несколько вариантов схем построения ограничителей на ОУ. На рис. б.38,и показан о5раничитель с резистивным делителем в цепи обратной связи, в котором нелинейный элемент (диод) включен в цепь пара'шельной обратной связи. Этот диод открывается в тот момент времени, когда напряжение на нем превысит контактную разность потенциалов Г,. Пока диод закрыт, коэффициент передачи ограничителя определяют из уравнения (6.151) 455 г) Рис.
бди. Схема дионис~о ограничителя на ОУ (а) и с~о характерис~ика исредачи (о); схема транчисс орасио о~ раиичителя (к) и с1о харак~ерисчика аередачи (,) После отпирания диода коэффициерн передачи становится равным Ят Ят К2 (Я -Яа)Я, (6. 152) п)эичем К,(К,. Найдем выходное напряжение (У„„„т, при котором диод откроется. Если считать контактную разность потенциалов диода постоянной и равной 6х„„а коэффициент усиления ОУ - достаточно высоким, так что разность потенциалов между его входами близка к нулю, то выходное напряжение, при котором диод откроется, находится из уравнения (Ц.
„, ч- Ц, ) Я, з (6.153) Отсюда (6.154) Изменяя значение постоянного напряжения (т', задают уровень ограничения. Характеристика ланного ограничителя показана на рис. 6.33, о. Из нее видно, что выходное напряжение продолжает изменяться при увеличения входного. только скорость этого изменения существенно уменьшаегся. Для улучшения характеристики ограничителя следует обеспечить выполнение условия Яз <( И,. В этом случае коэффициент передачи, характеризуемый у~лом наклона характеристики ограничителя, по достижении выходным напряжением значения 1/„„,„с г ремится к пулю и характеристика на этом участке идет горизонтально.
Таким образом, условие уловлетворительной работы ограничителя можно записать в виде 11з» й„,„+11з 16.155) где Я„„— сопротивление диода в открытом состоянии, Включая вместо диода биполярный транзистор, существенно улучшают характеристику ограничителя и обеспечивают неизменный уровень выходного напряжения при больших изменениях входного си~ нала (рис. 6.38, к, г). Преимущество такой замены заключается в том. что при этом происходит уменьшение 1приблизительно в й,, раз) тока, протекающего через резистор А„и соответственно уменьшение изменения выходного напряжения, кот.орое обеспечивает этот ток. Действительно, в схегие рис.
6.38, а приращение входного напряжения Ь 1/„„вызывает приращение т ока, протекающего через резистор Я,, 16. 156) Д Р,Л,У> Этот ток вызовет приращение выходного напряжения: л и„„,„= — ы, ~я,ц ф.,„+ й,) ). (6.157) При включении в цепь ОС биполярного транзистора, у которого переход база - эмиттер поднося ю идентичен диоду, приращение тока эмит~ера Л/,.—.- Л(,, а соответственно ток базы Л!,=(!+Ь|,,) Л1к Отсюда следует, что ток резне~ори уменьшился в 1+6"... раз и при одинаковых приращениях входного сигнала выходное напряжение изменяется в 1+6$~, раз меньше, чем в ограничителе на рис. 6.38, а. При создании прецизионных ограничителей применяют схемы рис, 6.39, и, в, д. В схеме рис. 6З9, а обеспечивается симметричное ограничение напряжения с малым значением его несимметрии. Это обеспечивается благодаря использованию для обеих полуволн одного стабилит рона г'Л5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
