Опубликовано

Синусоида из прямоугольных импульсов

Формирование прямоугольных импульсов из синусоиды

Этот метод формирования импульсов имеет весьма существенное преимущество, заключающееся в том, что стабильность частоты входного синусоидального напряжения может быть достаточно высокой, и, следовательно, частота сформированной периодической последовательности импульсов будет также строго постоянной. Это преимущество будет реализовано, если в качестве генератора синусоидальных колебаний будет работать кварцевый генератор.

Основной задачей при формировании импульсов из синусоиды является получение импульсов, по возможности близких по форме к прямоугольным, т.е. с наивысшей крутизной фронта и среза.

Пусть на вход двустороннего амплитудного ограничителя подаётся синусоидальное напряжение (рис.2.18). Поскольку ограничитель двусторонний симметричный, то

Епв = Епн = Еп.

Напряжение на выходе будет следовать за напряжением на входе до тех пор, пока не достигнет величины Еп. Напряжение на выходе будет определяться как

…………… (2.15).

Если учесть, что длительность фронта τф значительно меньше периода синусоиды Т, т.е. и, следовательно, , то можно функцию синуса заменить его аргументом. В результате получим:

Рис.2.18. Получение прямоугольных импульсов при двустороннем

симметричном ограничении синусоиды

Тогда

,

После несложных преобразований получим

…………………. (2.16).

Из этого выражения следует, что формируемое напряжение будет тем ближе к прямоугольной форме, чем больше будет амплитуда синусоиды, чем больше её частота и чем меньше будет порог ограничения Еп. Однако бесконечно увеличивать амплитуду синусоиды на входе ограничителя нельзя, так как это напряжение ограничено величиной допустимой электрической прочности элементов схемы. Чтобы всё-таки увеличить крутизну фронтов формируемых импульсов, полученное после ограничения напряжение усиливают и вновь ограничивают до тех пор, пока не получат необходимого значения крутизны фронтов.

В зависимости от способа включения диода и нагрузки различают два вида ограничителей:

· диодные ограничители с последовательным включением диода

и нагрузки;

· диодные ограничители с параллельным включением диода и нагрузки.

Диодные ограничители с последовательным включением

Диода и нагрузки

Ограничители с нулевым порогом ограничения.

Схема такого ограничителя приведена на рис.2.19,а. Эпюры напряжений показаны на рис.2.19,б.

а)б)

Рис.2.19. Последовательный ограничитель с нулевым порогом

ограничения снизу:

а) схема диодного ограничителя; б) эпюры напряжений.

Из схемы следует, что входное напряжение Uвх распределяется между диодом VD и резистором нагрузки Rн. От соотношения их сопротивлений зависит, какая часть напряжения Uвх выделяется на выходе. Сопротивление диода в прямом направлении Rпр << Rн. Поэтому положительная полуволна напряжения практически полностью выделится на выходе. Сопротивление диода в обратном направлении Rобр>> Rн.Поэтому отрицательная полуволна практически полностью выделяется на диоде, и Uвых≈ 0.

Таким образом, рассмотренная схема обеспечивает ограничение входного напряжения снизу с порогом ограничения, равным нулю.

Ограничение сверху с нулевым порогом ограничения можно получить, изменив полярность включения диода (рис.2.20,а; б).

а) б)

Рис.2.20. Последовательный ограничитель с нулевым порогом

ограничения сверху:

а) схема диодного ограничителя; б) эпюры напряжений

Ограничители с нулевым порогом ограничения применяются для исключения импульсов определённой полярности из последовательности разнополярных импульсов (рис.2.21).

Рис.2.21. Получение импульсов одной полярности из последовательности

разнополярных импульсов

Ограничители с ненулевым порогом ограничения.

Для получения порога ограничения, отличного от нуля, последовательно с нагрузкой включают напряжение смещения Есм, равное выбранному порогу ограничения.

В схеме, изображенной на рис.2.22, при отсутствии входного сигнала от источника смещения Есм на катод диода VD подаётся отрицательный потенциал, а анод диода через источник входного сигнала соединяется с положительным полюсом + Есм. Диод смещается в прямом направлении, т.е. рабочая точка диода сдвигается вправо по ВАХ.

а)

б)

Рис.2.22. Ограничитель снизу с отрицательным порогом ограничения:

а) схема ограничителя; б) эпюры напряжений

Таким образом, до поступления входного напряжения диод открыт и через резистор Rн протекает ток, создающий на нём напряжение с полярностью, указанной на рисунке. Если пренебречь сопротивлением источника сигнала и по-прежнему считать, что Rн>> Rпр, то основным сопротивлением в цепи будет Rн, поэтому до начала действия Uвх напряжение на нагрузке URн≈ Есм и Uвых = URн – Есм≈ 0. Положительная полуволна напряжения Uвх действует согласно с Есм и почти целиком (т.к. Rн>> Rпр), выделяется на резисторе Rн. Поэтому URн = Есм + Uвх и Uвых = URн – Есм = Uвх, т.е. выходное напряжение, начиная нарастать от нуля, повторяет все изменения входного напряжения.

При действии отрицательной полуволны входного напряженияисточника Есм и Uвх оказываются включёнными встречно, так что результирующее напряжение в цепи будет равно Uвых = Есм – Uвх, где Uвх – абсолютное значение напряжения. Пока напряжение Есм – Uвх > 0, диод остаётся смещённым в прямом направлении, он проводит ток и напряжение на выходе равно входному.

В некоторый момент времени напряжение отрицательной полуволны достигает значения, равного –Есм. Начиная с этого момента, диод запирается, и дальнейшее увеличение Uвх не влияет на выходное напряжение. Таким образом, рассмотренная схема обеспечивает ограничение снизу с отрицательным порогом Uогр = – Есм.

Если в схеме рис.2.22 изменить полярность источника смещения Есм

и направление включения диода, то получится схема, изображённая на рис.2.23

а) б)

Рис.2.23. Ограничитель сверху с положительным порогом ограничения:

а) схема ограничителя; б) эпюры напряжений.

Как и в предыдущей схеме, здесь до начала действия Uвх напряжение на выходе равно нулю. С началом действия положительной полуволны входного напряжения диод будет проводить ток до того момента, когда величина Uвх, действующего на катоде, станет равной потенциалу анода (т.е. + Есм), после чего диод запирается. В запертом состоянии диод будет находиться до тех пор, пока уменьшающееся на катоде напряжение Uвх не станет вновь равным потенциалу + Есм, после чего диод вновь отпирается, и через него и резистор Rн начинает протекать ток. Таким образом, рассмотренная схема обеспечивает ограничение сверху с положительным порогом Uогр = + Есм.

Рассмотрение других сочетаний полярности источника смещения и направления включения диода не сложно.

Комбинируя ограничения сверху и снизу, можно получить двусторонний ограничитель (рис.2.24), который используется для получения трапецеидальных импульсов из синусоидального напряжения. Диод VD1 пропускает положительную полуволну входного напряжения, но ограничивает отрицательную полуволну на уровне – Есм, подобно схеме рис.2.22. Диод VD2 пропускает на выход схемы отрицательную полуволну, но ограничивает положительную полуволну на уровне + Есм, подобно схеме рис.2.23.

а) б)

Рис.2.24. Двусторонний симметричный ограничитель:

а) схема ограничителя; б) эпюры напряжений.

Необходимо иметь в виду, что временные диаграммы, изображённые на рис.2.22 …2.24, соответствуют идеальному диоду, у которого Rпр = 0

и Rобр = ∞.

Достоинства схем с последовательным включением диода и нагрузки:

· простота схемы;

· чёткое (чистое) ограничение, т.к. диод в запертом состоянии отключает нагрузку от входной цепи.

Недостатком схем с последовательным включением диода и нагрузки следует считать то, что при большой крутизне фронта входного напряжения

(т.е. при работе с высокочастотными составляющими спектра) начинает сказываться паразитная ёмкость схемы, которая вместе с сопротивлением нагрузки создаёт дифференцирующую цепь, искажающую форму выходного напряжения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *