3.5.1. Последовательные диодные ограничители

1) Ограничитель с нулевым порогом ограничения. Схема такого ограничителя приведена на рис. 3.17, а. Из нее следует, что входное напряжение uBX распределяется между диодом Д и резистором нагрузки RH. От соотношения их сопротивлений зависит, какая часть uBX выделяется на выходе.

Сопротивление диода в прямом (пропускном) направлении (RПР) много меньше сопротивления резистора нагрузки (RH). Поэтому положительная полуволна напряжения  практически полностью выделяется на выходе.

Сопротивление диода в обратном (непропускном) направлении RОБР много больше RH. Поэтому отрицательная полуволна  практически полностью выделяется на диоде и uBЫX » 0. Из сказанного следует, что диодный ограничитель можно рассматривать как устройство с переменным коэффициентом передачи (КПЕР) входного напряжения на выход. Пока uBX не дотигает порога ограничения, КПЕР » 1, т. е. uBЫX » uBX . После достижения порога ограничения КПЕР » 0, т.е. uBЫX » 0.

На рис. 3.17, б изображены кривые напряжений uBX и uBЫX, иллюстрирующие работу ограничителя (см. рис. 3.17, а). Сопротивление RПР имеет небольшое значение (RПР << RH), но не равно нулю; поэтому незначительная часть  все-таки выделяется на диоде и  несколько меньше .

Неравенство RОБР >> RH является более сильным, поэтому при действии  напряжение uBЫX на рис. 3.17, б показано равным нулю. Таким образом, рассмотренная схема обеспечивает ограничение входного напряжения снизу с порогом ограничения, равным нулю.

Ограничение сверху с нулевым порогом можно получить, изменив направление включения диода (рис. 3.17, в, г).

Как уже отмечалось, ограничитель с нулевым порогом ограничения применяется для исключения импульсов определенной полярности из последовательности разнополярных импульсов (рис. 3.17, д).

2) Ограничитель с ненулевым порогом ограничения. Для получения порога ограничения, отличного от нуля, последовательно с нагрузкой включают источник постоянного напряжения Е (рис. 3.18).

В схеме, изображенной на рис. 3.18, а при отсутствии входного сигнала источник Е сообщает катоду диода Д отрицательный потенциал, анод диода через источник входного напряжения соединяется с положительным зажимом , так что диод смещается в прямом направлении. В результате до поступления входного напряжения диод открыт и через резистор RH протекает ток, создавая на нем напряжение с полярностью, указанной на рис. 3.18.

Если пренебречь сопротивлением источника и по-прежнему считать RH >> RПР, то основным сопротивлением в цепи будет RH, поэтому до момента действия uBX напряжение uRн » Е и uBЫX = uRн - Е » 0.

Положительная полуволна uBX действует согласно с Е и почти целиком (RH >> RПР) выделяется на резисторе RH. Поэтому uRн = Е + uBX и uBЫX = uRнЕ = uBX, т.е. выходное напряжение, начиная нарастать от нуля, повторяет все изменения входного напряжения.

При действии отрицательной полуволны uBX источники Е и uBX оказываются включенными встречно, так что результирующее напряжение в цепи

u = ЕuBX,

где uBX (здесь и далее) – абсолютное значение напряжения.

Пока напряжение (ЕuBX) положительное, диод смещен в прямом на
правлении, он проводит ток и напряжение на выходе равно входному.

В некоторый момент напряжение нарастающей отрицательной полуволны uBX достигает значения, равного Е. При этом диод запирается, и дальнейшее увеличение uBX не влияет на выходное напряжение.

Сказанное иллюстрируется кривыми (см. рис. 3.18, а). На них предельные значения потенциала катода (ниже которого он не может быть) uПР = -Е. Поэтому как только потенциал анода uBX окажется ниже uПР, диод запрется и на выходе установится напряжение uBЫX = -Е. Таким образом, рассмотренная схема обеспечивает ограничение снизу с отрицательным порогом UОГР1 = Е.

Если в схеме (см. рис. 3.18, а) изменить полярность источника Е и направление включения диода, то получится схема, приведенная на рис. 3.18, б. Как и в предыдущей схеме, здесь до момента действия uBX напряжение на выходе равно нулю. Предельное значение потенциала анода (после запирания диода), выше которого оно не может быть, в этом случае составляет uПР = Е.

Имея в виду, что потенциал катода равен uBX, легко прийти к выводу, что входное напряжение, превышающее uПР, на выход передаваться не будет (см. рис. 3.18, б).

Рассмотрение других сочетаний полярности источника Е и направления включения диода не сложно.

Комбинируя ограничения сверху и снизу (см. рис. 3.18, а, б), можно получить двусторонний ограничитель (см. рис. 3.18, в), который используется для формирования из синусоидального напряжения трапецеидальных импульсов. Диод Д1 пропускает положительную полуволну входного напряжения, но ограничивает отрицательную полуволну на уровне Е1 подобно схеме рис. 3.18, а. Диод Д2 пропускает с нагрузки RH1 на выход схемы ограниченную отрицательную полуволну и ограничивает на уровне Е2 положительную полуволну (подобно схеме рис. 3.18, б).

Временные диаграммы на рис. 3.18 соответствуют идеальному диоду: RПР = 0, RОБР = 0.