Устройства для формирования и аналого-цифрового преобразования сигналов
Односторонний амплитудный ограничитель – это устройство, напряжение на выходе которого Uвых(t) остается на постоянном уровне Uогр, когда входное напряжение Uвх(t) либо превышает некоторое пороговое значение Uпор (ограничение сверху), либо ниже порогового значения (ограничение снизу). Иначе выходное напряжение повторяет форму входного.
Двусторонние ограничители ограничивают сигнал на двух уровнях. Наиболее простыми являются ограничители на диодах (диодные ограничители).
Диодные ограничители бывают последовательные и параллельные. В последовательных ограничителях диод включен последовательно с нагрузкой, а в параллельных – параллельно нагрузке.
Рис. 18.1. Последовательный диодный ограничитель
Рассмотрим идеализированную схему последовательного диодного ограничителя (рис. 18.1). До тех пор пока входное напряжение меньше E0, диод закрыт и Uвых равно Е0. В промежутках времени, когда входное напряжение превышает E0, диод открыт и Uвых повторяет Uвх. Таким образом, рассмотренный ограничитель является последовательным диодным ограничителем на положительном уровне снизу.
Практически используемая схема рассмотренного ограничителя приведена на рис. 18.2. Она позволяет регулировать уровень ограничения, сделав одно из резисторов R1 или R2 переменным.
Рис. 18.2. Реальная схема последовательного диодного ограничителя
Рассмотрим принцип действия параллельного диодного ограничителя (рис. 18.3). Лишь в промежутках времени, когда входное напряжение более отрицательно, чем E0, диод открыт и Uвых равно Е. Во все остальные моменты времени диод закрыт и Uвых повторяет Uвх. Таким образом, данный ограничитель является параллельным диодным ограничителем на отрицательном уровне снизу.
Рис. 18.3. Параллельный диодный ограничитель
Широкое распространение нашли ограничители амплитуды, построенные на основе ОУ. На рис. 18.4,а приведена схема одностороннего ограничителя на основе ОУ, на рис. 18.4,б – передаточная характеристика ограничителя, а на рис. 18.4,в – временные диаграммы его работы.
Рис. 18.4. Ограничитель амплитуды на ОУ
Основой данного ограничителя является инвертирующий усилитель на основе ОУ. В промежутках времени, когда напряжение Uвых отрицательное или меньше, чем Uст+Uд, диод закрыт и устройство работает как обычный инвертирующий усилитель (Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Uд – прямое падение напряжения на диоде). В промежутках времени, когда напряжение Uвх выше уровня Uст+Uд, диод закрыт, а стабилитрон находится в режиме стабилизации и напряжение Uвых ограничивается на уровне Uст+Uд.
Входное напряжение U1, при котором начинается ограничение выходного, определяется выражением
,
где К=R2/R1.