Устройства для формирования и аналого-цифрового преобразования сигналов

Односторонний амплитудный ограничитель – это устройство, напряжение на выходе которого U_вых(t) остается на постоянном уровне U_огр, когда входное напряжение U_вх(t) либо превышает некоторое пороговое значение U_пор (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 U_вых равно Е₀. В промежутках времени, когда входное напряжение превышает E₀, диод открыт и U_вых повторяет U_вх. 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 U_вых равно Е. Во все остальные моменты времени диод закрыт и U_вых повторяет U_вх. 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 U_вых отрицательное или меньше, чем U_ст+U_д, диод закрыт и устройство работает как обычный инвертирующий усилитель (U_ст – напряжение стабилизации стабилитрона, U_д – прямое падение напряжения на диоде). В промежутках времени, когда напряжение U_вх выше уровня U_ст+U_д, диод закрыт, а стабилитрон находится в режиме стабилизации и напряжение U_вых ограничивается на уровне U_ст+U_д.

Входное напряжение U₁, при котором начинается ограничение выходного, определяется выражением

,

где К=R₂/R₁.