Тема 10. Амплитудные ограничители. Виды ограничителей

Ограничителем называют устройство, обеспечивающее постоянство выходного напряжения при изменении входного напряжения в определенных пределах.

Все ограничители можно подразделить на ограничители мгновенных значений и амплитудные ограничители.

В ограничителях мгновенных значений обеспечивается постоянство максимальных либо минимальных напряжений на выходе, либо и тех и других.

На рис.89, а показана одна из возможных форм напряжения на входе ограничителя по максимуму и по минимуму с двумя порогами ограничения: и .

На рис.89, б показана форма ограниченного напряжения: в интервале времени от до напряжение превышает значение , при этом напряжение постоянно; в интервале времени от до , т.е. ограничитель обеспечивает на выходе постоянное (в частности, нулевое) напряжение. В интервалах времени от до и от до напряжение повторяет форму напряжения .

Рисунок 89 – Формы напряжения на входе и выходе ограничителя

Особенность ограничителей мгновенных значений заключается в том, что напряжение на их выходе по форме отличается от входного напряжения (рис.1); напряжение имеет участки с постоянным напряжением.

Рисунок 90 – Диаграммы напряжений на входе и выходе АО

Амплитудные ограничители (АО) служат для ограничения синусоидальных колебаний с медленно изменяющейся амплитудой. Диаграммы напряжений на входе и выходе АО показаны на рис.90, а, б.

Напряжение на выходе АО постоянно по амплитуде, однако его фаза и частота при ограничении практически не изменяются.

Такие ограничители устраняют только паразитную амплитудную модуляцию, не внося заметных искажений в частотную и фазовую модуляцию.

АО применяются в приемниках потому, что существующие частотные детекторы создают на выходе напряжение, одновременно зависящее как от частоты, так и от паразитной сопутствующей амплитудной модуляции, при наличии которой детекторы без АО дают неоднозначный результат.

Операция ограничения – нелинейная, поэтому при этом возникает ряд гармонических составляющих напряжения. Для обеспечения на выходе АО гармонического напряжения необходимо после нелинейного преобразования напряжения осуществить фильтрацию первой гармоники входного колебания. Тогда структурная схема АО (рис.91) включает в себя нелинейную цепь и фильтр, выделяющий первую гармонику тока на выходе цепи.

Рисунок 91 – Структурная схема АО

Если из этого устройства исключить фильтр, то можно получить ограничитель мгновенных значений.

В зависимости от вида нелинейной цепи АО подразделяются на диодные и транзисторные.

Диодный АО – резонансный одноконтурный усилитель с автотрансформаторными цепями связи контура с выходом транзистора и с входом последующего каскада, в котором параллельно контуру подключен диод с источником постоянного смещения (схема с фиксированным смещением).

Вместо источника можно включить - цепь (схема с автоматическим смещением), напряжение получается за счет детектирования напряжения на контуре ; так как постоянная времени выбирается достаточно большой, то напряжение при изменении огибающей напряжения на контуре практически не меняется.

Рисунок 92 – Диодный АО

Принцип работы диодного АО: Если амплитуда напряжения на контуре , то диод закрыт и не оказывает влияния на контур. В этом случае схема работает как обычный усилитель и , где .

Если , то диод открывается, его входное сопротивление начинает шунтировать контур, затухание контура увеличивается, эквивалентное сопротивление контура при резонансе уменьшается, следовательно снижается коэффициент усиления , что обеспечивает примерное постоянство напряжения на выходе АО.

Рисунок 93 – Амплитудная характеристика АО

Основная зависимость АО – амплитудная характеристика (АХ), показывающая, как изменяется амплитуда выходного напряжения при изменении напряжения на входе (рис.93).

Пороговое напряжение показывает, с какого входного напряжения усилитель начинает работать как АО. Чем ближе АХ к идеальной (горизонтальная прямая), тем лучше ограничительные свойства АО.

Форма амплитудной характеристики АО зависит от произведения , где - входная проводимость диода. Чем больше произведение , тем ближе АХ к идеальной.