Двусторонние ограничители

Амплитудными ограничителями или просто ограничителями называются функциональные преобразователи, у которых вы­ходное напряжение по форме совпадает с входным до опре­деленного значения, называемого уровнем ограничения, а по достижении его остается неизменным. Различают ограниче­ние по максимуму («сверху»), по минимуму («снизу») и дву­стороннее (рис. 5.1, а — в).

Рис. 5.1. Вольт-амперные характеристики ограничителей:

а – ограничение по максимуму, б –ограничение по минимуму, в – двустороннее ограничение.

Основными требованиями, предъявляемыми к ограничи­телям, являются стабильность положения точки излома пере­даточной характеристики, стабильность уровней ограничения и малые частотные искажения.

Различают ограничители на пассивных компонентах и усили­тели-ограничители.

Ограничители на пассивных компонентах выполняют с ис­пользованием диодов и стабилитронов. В зависимости от способа включения их подразделяют на схемы с последователь­ным и параллельным включением нелинейного элемента.

Рис. 5.2. Принципиальные схемы и диаграммы напряжений ограничителей с последовательным включением диода:

а – ограничение сверху, б – ограничение снизу, в – двустороннее ограничение.

Ограничители с последовательным включением диода могут производить как ограничения снизу, сверху, так и двустороннее. Схемы ограничителей и временные диаграммы показаны на рис. 5.2. Работа цепей, ограничивающих сигналы, основана на нелинейности вольт-амперной характеристик диода. В от­крытом состоянии диод подключает нагрузку к источнику сигнала, а в закрытом - отключает ее.

В ограничителях с параллельным включением диода (рис. 5.3) ограничение происходит в моменты времени, когда диод открыт. Все приращения входного напряжения, вызы­вающие изменения тока в цепи, падают на резисторе R_orp, который иногда называют балластным. Наличие R_orp обя­зательно для схем с включением нелинейного элемента парал­лельно с нагрузкой.

Рис. 5.3. Принципиальные схемы и диаграммы напряжений ограничителей с параллельным включением диода:

а – ограничение сверху, б – ограничение снизу, в – двустороннее ограничение.

Рис. 5.4. Ограничители на стабилитронах:

а – ограничение по максимуму, б –ограничение по минимуму, в – двустороннее ограничение.

Применение усилителей, в частности ОУ, позволяет сущест­венно улучшить основные характеристики ограничительных устройств.

Используется значительное количество различных схем включения ОУ. Однако все они основаны на едином прин­ципе— введении нелинейных элементов (диодов, транзисторов или стабилитронов) в цепь обратной связи. Рассмотрим несколько вариантов схем построения ограничителей на ОУ.

На рис. 5.6, а показан ограничитель с резистивным дели­телем в цепи обратной связи, в котором нелинейный элемент (диод) включен в цепь параллельной обратной связи. Этот диод открывается в тот момент времени, когда напряжение на нем превысит контактную разность потенциалов U_K.

Рис. 5.6. Ограничители на операционном усилителе:

а – диодный ограничитель и его передаточная характеристика (б), в – транзисторный ограничитель и его передаточная характеристика (г).

На рис. 5.6, б. видно, что выходное напряжение продолжает изменяться при увеличении входного, только скорость этого изменения существенно уменьшается. Для улучшения харак­теристики ограничителя следует обеспечить выполнение условия R₃<<R₂. В этом случае коэффициент передачи, характеризуемый углом наклона характеристики ограничителя, по достижении выходным напряжением значения U_вых стремится к нулю и характеристика на этом участке идет горизонтально.