ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 154
Скачиваний: 0
U\<E2 диод открыт, входное напряжение практически пол ностью передается на выход Ы\ — и2 (ид = 0).
Рис. 4.9
При U\>E2 д и о д заперт, ток через нагрузку не проходит, напряжение на выходе равно э.д.с. источника смещения Е2. Временные графики входного и выходного напряжения огра ничителя приведены на рис. 4.9, 0.
а і лг
Схема двухстороннего ограничителя, составленного из двух последовательных диодных ограничителей, приведена на рис. 4.10. Первый ограничитель включает Д1, RllU Еі и являет ся ограничителем снизу с порогом ограничения и п.н=Еі-
172
Выходное напряжение первого ограничителя подается на вход второго ограничителя (включающего Д2, Ra2, Е2), напряже ние на выходе которого является выходным напряжением двухстороннего ограничителя. Амплитудная характеристика
Рис. 4.11
двухстороннего ограничителя и эпюры напряжений на входе, выходе первого ограничителя и выходе второго ограничителя приведены на рис. 4.11.
4. Влияние паразитных емкостей на работу последовательного диодного ограничителя
На работу ограничителя влияют переходные процессы, обу словленные паразитными емкостями. Эти переходные процессы искажают форму выходных импульсов при ограничении им пульсов малой длительности и создают временную задержку синусоидального сигнала. На рис. 4.12 представлена схема по следовательного диодного ограничителя с учетом паразитных емкостей. На этом рисунке Сд — междуэлектродная емкость диода, С0 — паразитная емкость на выходе схемы, создаваемая емкостью нагрузки и емкостью монтажа.
Рассмотрим переходные процессы в случае, если на вход схемы подаются входные прямоугольные импульсы положи тельной и отрицательной полярности с амплитудой Е
(рис. 4.13).
173
le a
Рис. 4.13
174
Воздействие положительного входного импульса
Переходный процесс формирования фронта выходного им
пульса |
при подаче положительного |
входного импульса со |
||
стоит из двух процессов: |
|
|
|
|
1) заряда емкостей Сд, |
Со через внутреннее сопротивление |
|||
источника Во (скачок выходного напряжения); |
|
|||
2) |
формирования фронта выходного импульса. |
|
||
В начале переходного процесса (в момент t\) активные со |
||||
противления шунтируются |
емкостями. |
Происходит |
быстрый |
|
заряд |
последовательно включенных |
емкостей Сд, |
С0 через |
|
внутреннее сопротивление |
источника Ro■Если Ro очень мало, |
|||
то длительностью этого процесса можно пренебречь и считать, что в момент t\ происходит скачок выходного напряжения.
Входной импульс Е при этом скачке распределяется емкост ным делителем обратно пропорционально величинам емкостей.
где
Е ~
Сэ =
Сд с 0 Сд + С0
Откуда
Е = At/д + Ш 2 , |
(4.5) |
\
ш .
с п
эквивалентная емкость последовательно
включенных Сд, Со.
AU, |
Сэ |
|
|
Со |
Сд + с 0 |
|
|
(4.6) |
Ш , = |
Е Сд + |
Со |
После скачка напряжения происходит дозаряд С0 и рост напряжения на нагрузке от AU2 до амплитудного значения, определяемого делителем напряжения, создаваемым активны ми сопротивлениями гпр и (см. формулу (4.2). Сопротив ление Ro при этом считается равным нулю
U.2т |
Е |
R„ |
(4.7) |
|
R« + |
||||
|
|
сПр |
Для определения длительности этого процесса выведем уравне ние заряда конденсатора. Найдем связь между токами, проте кающими в схеме, и параметрами схемы:
175
i = i x /'сд — I r + г'со •
Выражая токи в ветвях через напряжения на участках схе
мы, можем записать уравнение: |
|
|
|
|||
V* |
с |
гіИд |
IIч |
|
du., |
|
пр |
' д |
dt |
~R7 |
|
dt |
|
Учитывая соотношение |
мд = Е—«2, получим |
|
||||
|
|
П - і |
np |
Ян |
Г 2 |
(4.8) |
|
|
|
Г,пр |
|||
Обозначим |
|
|
|
|
|
|
_ _ |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
-з = |
( С о |
+ Сд) |
R* |
' up |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
и умножим все части уравнения (4.8) |
на /?э. |
При этом, учи |
||||
тывая (4.7), получим уравнение заряда С0: |
|
|||||
|
|
du., |
«а = |
С,„ |
(4.9) |
|
|
|
dt |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Это уравнение соответствует уравнению (1). |
|
|||||
Решение этого уравнения имеет вид: |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
t |
|
|
и., = |
и : + |
(U0 ~ |
U -) е~ |
, |
|
где Uo= ->U-, — напряжение на Со |
после скачка в начале за |
|||||
|
ряда конденсатора; |
|
|
|
||
U „ = U2m — напряжение в установившемся состоянии пос
ле заряда конденсатора. |
|
|||
Принимая t£ = |
Зт3 и |
гпр < R,„ |
получим |
|
^ |
= Зх3 - |
Зг1Ір (С0 + |
Сд) . |
(4.10) |
Формирование среза выходного импульса после выключе ния положительного входного импульса t~ происходит в два этапа.
17G
1. Происходит уменьшение выходного напряжения скач
ком
At/== £-crbr' |
(4"> |
Скачок происходит в момент і2 за счет разряда |
С0 через Сд |
и сопротивление R0. После скачка диод Д запирается, так как потенциал катода относительно корпуса становится положи тельным.
2. |
Емкости Сд и С0 разряжаются на |
сопротивление R„. |
|
Постоянная времени разряда конденсаторов |
|
|
|
|
*Р = Ян (Сд+ с „ ) . |
|
(4.12) |
Длительность переходного процесса |
|
|
|
|
~ Зтр =з 3R„ (Сд -f- С0) |
. |
(4.13) |
Таким образом, за счет влияния паразитных емкостен вы ходной импульс будет иметь конечные длительности фронтов.
При этом длительность |
оказывается значительно меньше |
длительности Iф. Из формулы (4.13) следует, что, если необ ходимо ограничить длительность среза импульса, то при за данной допустимой величине /ф_,Іип сопротивление R„ должно удовлетворят!) условию
RИ |
^ф.доп |
(4.14) |
|
7Г(сГГс0Г |
|||
|
|
Воздействие отрицательного входного импульса
Когда на вход схемы подается отрицательный импульс, на выходе в момент /3 создается отрицательный скачок
ЛС, = |
Е - г ^ - т г - - |
(4.15) |
|
С'д С'п |
|
создаваемый за счет заряда |
Сд и С0 через R0■Так как диод |
|
заперт, то после этого скачка происходит разряд Со через R„ и напряжение и2 спадет до нуля.
12. Зак. 362. |
177 |
После окончания разряда Со э.д.с. источника Е практиче ски полностью приложена к запертому диоду (гобр > /?„), Ем кость Сд при этом оказывается заряженной до Е. Когда отри цательный импульс прекращается (момент t4), емкость С0 быстро заряжается за счет разряда Сд через Ro. На емкости Со при этом создается скачок напряжения 4t/2. После скачка напряжение на выходе уменьшается до нуля за счет разряда С0 через сопротивление RH. Таким образом за счет влияния паразитных емкостей форма положительного импульса на вы ходе искажается, а отрицательный импульс срезается не пол ностью. Для более четкого срезания отрицательного импульса
надо обеспечить выполнение условия Сд |
С0. |
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1.Нарисуйте временные диаграммы для схемы рис. 4.4. при подаче на вход схемы синусоидального напряжения.
2.Постройте временные диаграммы для последовательно го диодного ограничителя с учетом переходных процессов,
если на вход подаются прямоугольные импульсы с
и ш ~ 100 В, тпр = 100 Ом, |
= 10 кОм, Сл = 10 пФ, |
С0 — 50 пФ.
3. Определите коэффициент передачи последовательного ограничителя при Ra = 0,5 кОм и RH= 5 кОм, если гпр = =-10 Ом, гобр = со.
4. Нарисуйте схему и временные диаграммы последова тельных диодных ограничителей при синусоидальном входном напряжении для двух случаев:
а) ограничения сверху при U„B< 0; б) ограничения снизу при Сп.н > 0.
§4.4. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ДИОДНЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ
1.Ограничитель сверху с £/п.в = 0
Впараллельном диодном ограничителе диод подключается параллельно нагрузке. Последовательно с диодом и нагруз кой включается ограничительный резистор Rorp (рис. 4.14). Для такой схемы входной ток может быть определен соотно
шением
178
i |
_ |
Ц 1 |
, |
(4.16) |
Яогр -f- « ,
где — эквивалентное сопротивление промежутка а—б.
іі
-0
Для выходного напряжения «2 и коэффициента |
передали |
|
можем написать формулы: |
|
|
и< = гАф |
____J___ /о |
(4.17) |
|
Я„ГР Ф R3 Л |
|
179
к = |
(4.18) |
Наличие ограничительного резистора является принци пиальной особенностью параллельного ограничителя. Благо даря ограничительному резистору происходит изменение рас пределения входного напряжения между ограничительным ре зистором R orp и эквивалентным сопротивлением R 3 при от крывании и запирании диода. Для эффективного ограничения необходимо выполнить соотношения:
Ян ^ Яогр ^*пр> ^"обр^ Rn • |
(4.19) |
При Ui>0 диод в схеме 4.14 открыт, имеет малое сопротивле
ние и шунтирует нагрузку |
(R3 — гпр). Для этого |
случая из |
||
формул (4.17), |
(4.18) следует, что К — 0, и2^ 0 . Это означает, |
|||
что входное напряжение практически |
полностью |
падает на |
||
оі раничительном резисторе, |
а падение напряжения на выходе |
|||
ограничителя |
равно нулю. |
Входной |
сигнал, превышающий |
|
= 0, не передается на выход схемы. |
|
||
При « і< 0 диод заперт. При этом из формулы (4.1G) |
с уче |
||
том |
неравенств |
(4.19) получим /?э—RH. Из формул |
(4.17), |
(4.18) |
для этого случая получим и2— ии /С~1. Таким образом, |
||
при иі< 0 (при |
запертом диоде) падением напряжения па |
||
ограничительном сопротивлении можно пренебречь и считать, что все входное напряжение передается на выход схемы, т. е. коэффиниент передачи схемы близок к единице.
Временные графики (эпюры напряжений) входного и вы ходного напряжений ограничителя приведены на рис. 4.14,6. Из этих графиков видно, что параллельный ограничитель, представленный на рис. 4.14, а, является ограничителем свер ху с уровнем U„.в = 0. Следует отметить, что обычно четкость ограничения в параллельном ограничителе хуже, чем в после довательном ограничителе, что связано с недостаточно стро гим выполнением соотношений (4.19), конечными значениями величин сопротивлений гпр и гобр.
2. Ограничитель снизу с порогом U„,„ — Ü
Ограничение снизу может быть получено в параллельном диодном ограничителе в том случае, если в схеме рис. 4.14, поменять полярность включения диода (рис. 4.15,а). В этом
180