Вопрос 2. Диодные ограничители.

 

В тех случаях, когда необходимо ограничить диапазон изменения сигнала, например напряже­ния, можно воспользоваться схемой, по­казанной на рис. 2.1. Благодаря диоду выходное напряжение не может превы­шать значения +5,6 В, при этом наличие диода никак не сказывается на меньших значениях напряжения (в том числе и на отрицательных); единственное условие состоит в том, что отрицательное входное напряжение не должно достигать значе­ния напряжения пробоя (например, для диода типа 1N914 это значение составляет — 70 В). Во всех схемах семейства цифро­вых логических КМОП-схем используют­ся входные диодные ограничители. Они предохраняют эти чувствительные схемы от разрушения под действием разрядов статического электричества.

 

Рисунок 2.1 –Схема для ограничения диапазона изменения сигнала.

Эталонное опорное напряжение можно подавать на ограничитель от делителя напряжения (рис. 2.2). Если делитель напряжения заменить его эквивалентной схемой, то исходная схема преобразуется к виду, представленному на рис. 2.3.

 

 

Рисунок 2.2 – Эталонное опорное напряжение можно подавать на ограничитель от делителя напряжения.

 

Рисунок 2.3 – Эквивалентная схема ограничителя.

 

Анализируя преобразованную схему, можно заключить, что импеданс со сто­роны выхода делителя напряжения (R_дел) должен быть мал по сравнению с сопро­тивлением R. Когда диод открыт (вход­ное напряжение превышает напряжения ограничения), выходное напряжение сов­падает с напряжением, снимаемым с де­лителя, при этом нижнее плечо делителя представлено эквивалентным сопротив­лением (рис. 2.4).

 

Рисунок 2.4 – Эквивалентная схема ограничителя.

 

Следовательно, для указанных параметров схемы выходное напряжение для треугольного входного сигнала будет иметь вид, показанный на рис. 2.5. Затруднение здесь возникает в связи с тем, что делитель напряжения не обеспечивает жесткофиксированного значения эталонного напряжения.

 

Рисунок 2.5 - Выходное напряжение для треугольного входного сигнала.

 

Хорошо зафиксированный опорный эталонный сигнал не «плывет», а это значит, что источник такого напряжения обладает не­большим импедансом (имеется в виду эквивалентный импеданс).

На рис. 2.2 показан простой способ, с помощью которого можно «зафиксиро­вать» схему ограничителя по крайней мере для высокочастотных сигналов-для этого к резистору 1 кОм нужно подклю­чить шунтирующий конденсатор. Напри­мер, конденсатор емкостью 15 мкФ с од­ним заземленным выводом на частотах выше 1 кГц уменьшает импеданс со сто­роны входа делителя до значения ниже 10 Ом. Само собой разумеется, эффек­тивность этого приема тем ниже, чем ниже частота, а для постоянного тока этот прием просто бесполезен. На практике малое значение импеданса эталонного источника обеспечивается за счет использования транзистора или операционного усилителя. Такой способ, конечно, лучше, чем использование ре­зисторов с очень малым сопротивлением, так как он не приводит к потреблению больших токов и обеспечивает значения импеданса порядка нескольких Oм и ниже. Следует отметить, что известны и другие схемы ограничения, в которых используются операционные усилители.

Интересным примером является ис­пользование ограничителя для восстанов­ления сигнала по постоянному току в слу­чае емкостной связи по переменному то­ку. Смысл сказанного поясняет рис. 2.6. Подобные приемы необходимо использо­вать в схемах, входы которых работают аналогично диодам (например, это могут быть транзисторы с заземленным эмит­тером), в противном случае при наличии емкостной связи сигнал просто пропа­дает.

 

Рисунок 2.6 – Ограничителя для восстанов­ления сигнала по постоянному току

 

Двусторонний ограничитель. Еще один ограничитель показан на рис. 2.7.

Рисунок 2.7 - Двусторонний ограничитель

 

Эта схема ограничивает «размах» выходного сигнала и делает его равным падению напряжения на диоде, т.е. приблизитель­но 0,6 В Может показаться, что это- очень малое значение, но если следующим каскадом схемы является усилитель с большим коэффициентом усиления по на­пряжению, то входной сигнал для него всегда должен быть немногим больше чем 0 В, иначе усилитель попадет в режим «насыщения» (например, если коэффици­ент усиления каскада равен 1000, а питающее напряжение составляет + 15 В, то входной сигнал не должен превышать диапазон + 15 мВ). Описанная схема час­то используется в качестве защиты на входе усилителя с большим коэффициен­том усиления.