Дослідження обмежувачів напруги

Програмні засоби в телекомунікаційних системах

Лабораторна робота №3

Дослідження обмежувачів напруги

3.1 Теоретичні відомості

3.1.1 Загальні відомості про обмежувачі напруги

Обмежувачем називають чотириполюсник, на виході якого напруга [pic 1] залишається практично на постійному рівні, коли вхідна напруга [pic 2] перевищує деяке граничне значення [pic 3] (обмеження по максимуму, рис. 3.1а), або ухвалює значення нижче граничного [pic 4] (обмеження по мінімуму, рис. 3.1б). У цих випадках вихідна напруга обмежується деяким значенням [pic 5]. Так само, якщо вхідна напруга виходить за межі граничних рівнів [pic 6] і [pic 7] (двосторонні обмежувачі, рис. 3.1в), та вихідна напруга буде обмежена зверху й знизу деякими значеннями [pic 8] й [pic 9] відповідно. Ті значення вхідного сигналу, які лежать між граничними рівнями, відтворюються на виході без викривлень.

Основним вимогами до обмежувача є висока стабільність положення точок зламу його характеристики, висока чіткість обмеження (висока сталість вихідної напруги в області обмеження), висока лінійність схеми в області де обмеження нема.

При обмеженні імпульсів можливе викривлення їх форми, зокрема розтягування фронтів, яке не повинне перевершувати припустимого рівня.

[pic 10]а)                                            б)                                            в)

Рис. 3.1. Амплітудні характеристики обмежувачів: односторонній обмежувач по максимуму (а), односторонній обмежувач по мінімуму (б), двосторонній обмежувач (в)

 3.1.2 Характеристики напівпровідникових діодів

Схематичне зображення діода наведене на рис. 3.2, а його статична характеристика на рис. 3.3.

[pic 11]

Рис. 3.2. Схематичне зображення діода

[pic 12]

Рис. 3.3. Статична характеристика діода

Статична характеристика (для теоретичної моделі діода, тобто p-n переходу) приблизно описується рівнянням  3.1

[pic 13],                                                         (3.1)

де[pic 14], [pic 15]. відповідно струм через діод і напруга на діоді (точніше, напруга на p-n переході); [pic 16]– тепловий струм переходу, що залежить від температури й властивостей матеріалів, що утворюють перехід; [pic 17] – температурний потенціал ([pic 18]– абсолютна температура в кельвінах, [pic 19]– заряд електрона, [pic 20] – постійна Больцмана.

 Для різних типів діодів [pic 21](напруга насичення) буде різною. Для кремнієвих діодів (Si)[pic 22], для германієвих (Ge). [pic 23].

 3.1.3 Односторонні обмежувачі без зміщення

Паралельні діодні обмежувачі. Схема діодного обмежувача знизу, а також часові діаграми, що ілюструють його роботу, наведені на рис. 3.4,а, б.

[pic 24]

а)                                                      б)

Рис. 3.4. Схема паралельного діодного обмежувача знизу (а) і часові діаграми

вхідного і вихідного сигналів цієї схеми (б)

Як видне з рис. 3.4,б, при позитивній півхвилі вхідної напруги діод закритий, і тому в цей півперіод вхідне коливання рівне вихідному. Коли ж на вхід обмежувача надходить негативна півхвиля вхідної напруги, діод відкритий, максимум вихідної напруги такого кола в цей півперіод буде рівним [pic 25]діода VD1.

Послідовні діодні обмежувачі

На рис. 3.5,а, б наведені принципова схема послідовного діодного обмежувача і часові діаграми, що ілюструють його роботу.

[pic 26]

а)                                                                                б)