3.5. Диодные ограничители амплитуды

Ограничители амплитуды – устройства, напряжение на выходе которых (uBЫX) пропорционально входному напряжению uBX до тех пор, пока последнее не достигает некоторого уровня, называемого порогом ограничения, после этого uBЫX остается постоянным, несмотря на изменения uBX. Чтобы пропорциональность между uBЫX и uBX имела место только на некотором участке, характеристика ограничителя uBЫX = f(uBX) обязательно должна быть нелинейной. Поэтому необходимой деталью ограничителя является нелинейный элемент (обычно полупроводниковый диод, обладающий малыми <габаритами и массой и потребляющий незначительную энергию).

На рис. 3.15 показаны амплитудные характеристики ограничителей с разными порогами ограничения. Напряжение на выходе ограничителя с характеристикой, изображенной на рис. 3.15, а, следует за входным напряжением, пока последнее не превысит уровня UОГР. Дальнейшее увеличение uBX не вызывает изменений uBЫX. Такой вид ограничения называется ограничением по максимуму или ограничением сверху.

На рис. 3.15, б, в показаны характеристики, обеспечивающие соответственно ограничение по минимуму (снизу) и двустороннее ограничение с уровнями ограничения UОГР1 и UОГР2.

На рис. 3.15, г дана характеристика, обеспечивающая ограничение снизу на нулевом пороге. Ограничитель с такой характеристикой пропускает на выход напряжение только положительной полярности.

Ограничитель, пропускающий на выход напряжения только отрицательной полярности, должен иметь характеристику, расположенную в третьем квадранте (изображена пунктиром на рис. 3.15, г).

Часто ограничители используются для получения последовательности однополярных импульсов из последовательности разнополярных (см. рис. 3.15, г), а также для формирования трапецеидальных импульсов из синусоидального напряжения при двустороннем ограничении (см. рис. 3.15, в). Чем больше амплитуда Um и частота f синусоидального напряжения, тем круче нарастает синусоида, тем меньше длительность фронтов tФ выходных импульсов. Она дополнительно уменьшается с уменьшением порога ограничения UОГР. Величину tФ, обусловленную только тем, что импульс формируется из синусоиды, можно определить (рис. 3.16) исходя из того, что

UОГР = Um sin 2pf tФ.

Так как ограничение ведется с целью получения импульсов с крутыми фронтами, то длительность фронта tФ мала. Это дает основание заменить синусоидальную функцию sin 2pf tФ ее аргументом и записать UОГР = 2p Um f tФ, откуда .

При изучении диодных ограничителей следует исходить из того, что практически диод проводит ток, когда потенциал его анода выше потенциала катода. Работу диодных ограничителей будем рассматривать при воздействии на вход синусоидального напряжения.

В зависимости от способа соединения нагрузки и диода различают последовательные и параллельные диодные ограничители.