Транзисторный усилитель-ограничитель

Усилители-ограничители выполняются на усилительных элементах (ЭВП, ППП, ОУ) и одновременно с ограничением напряжения обеспечивают его усиление. Ограничение в таких схемах осуществляется за счёт использования нелинейных областей ВАХ усилительных элементов.

Один из вариантов схемы усилителя-ограничителя показан на рис.2.30.

 

а)

б)

Рис.2.30. Усилитель-ограничитель на транзисторе:

а) схема усилителя-ограничителя; б) эпюры напряжений.

 

Наличие областей отсечки и насыщения позволяет выполнить двустороннее ограничение с одновременным усилением ограниченного сигнала. В такой схеме транзистор работает в режиме ключа, переходя из режима насыщения в режим отсечки и обратно. При этом конденсатор C₁ заряжается с полярностью, указанной на рис. 2.30, а за счёт того, что ток заряда через насыщенный транзистор больше тока разряда через R₁, когда транзистор заперт. Диод VD создаёт цепь быстрого разряда разделительного конденсатора, тем самым предотвращает «сползание» исходной рабочей точки.

Чтобы напряжение на выходе ограничителя было симметричным относительно оси времени, исходную рабочую точку (рис.2.30, б) на нагрузочной прямой выбирают так, чтобы изменения коллекторного тока до границы насыщения и до границы отсечки были одинаковы (І'_к = І''_к). При нарастании положительной полуволны входного напряжения рабочая точка перемещается по нагрузочной прямой вверх, ток коллектора увеличивается, а напряжение на нём падает. При некотором значении тока базы наступает насыщение, при котором дальнейшее увеличение входного напряжения больше не вызывает изменения тока коллектора и, следовательно, напряжения на коллекторе. При уменьшении напряжения U_вх в течение того же положительного полупериода транзистор выходит из режима насыщения, и рабочая точка возвращается в активную область. Теперь при изменении входного напряжения рабочая точка движется по нагрузочной прямой вниз и при U_вх = 0 занимает положение точки M.

Отрицательная полуволна входного напряжения приводит к уменьшению коллекторного тока и, следовательно, к увеличению напряжения на коллекторе (рабочая точка перемещается по нагрузочной прямой вниз). При некотором значении U_вх транзистор переходит в режим отсечки, при котором дальнейшее увеличение отрицательной полуволны напряжения на входе не приводит к изменению тока коллектора.

 

Задачи и упражнения

1. Определить, будет ли цепь дифференцирующей, если R = 1 МОм

и С = 10 пФ. На вход цепи подаётся прямоугольный импульс длитель-

ностью 150 мкс.

2. На цепь, состоящую из конденсатора ёмкостью 200 пФ и сопротивления 0, 25 МОм, подан прямоугольный импульс. Определить, на сколько длительность импульса, снимаемого с конденсатора, больше длительности входного импульса. Сопротивлением источника импульсов напряжения пренебречь. Длительность импульса определяется на нулевом уровне.

3. Определить длительность импульсов на выходе дифференцирующей цепи, состоящей из конденсатора ёмкостью 20 пФ и сопротивления 50 кОм, если на вход цепи подаются прямоугольные импульсы. Длительность импульса определяется на нулевом уровне.

4. На вход последовательного диодного ограничителя приложено синусоидальное напряжение с амплитудой 100 В. Определить напряжения положительной и отрицательной полуволн на выходе ограничителя и на диоде, если R_н = 20 кОм, сопротивление открытого диода

R_{д. откр.} = 200 Ом, а R_{д. закр.} =20 МОм.

5. На вход параллельного диодного ограничителя приложено синусоидальное напряжение амплитудой 100 В. Определить напряжения положительной и отрицательной полуволн на выходе ограничителя и на диоде, если R_н = 20 кОм, сопротивление открытого диода R_{д. откр.} = 200 Ом,а R_{д. закр.} =20 МОм.

6. Синусоидальное напряжение ограничивается на уровне U_огр. Определить длительность фронта ограниченного напряжения, если синусоидальное напряжение имеет амплитуду U_m и частоту f.

7. Синусоидальное напряжение с частотой 20 кГц ограничивается сверху на уровне 20 В. Определить амплитуду синусоидального напряжения, необходимую для получения длительности фронта ограниченного напряжения 2 мкс.

8. На последовательный диодный ограничитель подаются отрицательные прямоугольные импульсы с амплитудой 100 В. Начертить схему ограничителя и определить, какое постоянное напряжение надо подать на анод диода, чтобы на выходе получить амплитуду импульсов не более 50 В.

9. Синусоидальное напряжение с амплитудой 20 В ограничивается сверху с помощью последовательного диодного ограничителя. Какое постоянное напряжение следует подать на анод кристаллического диода, чтобы угол отсечки тока равнялся 60º. Начертить схему ограничителя и форму напряжения на нагрузке и на диоде.

10. Начертить схему контура ударного возбуждения для получения незатухающих колебаний. Объяснить назначение элементов схемы и начертить эпюры напряжений на элементах схемы.