Министерство высшего и среднего специального образования России

Московское высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана

Машиностроительный факультет

Кафедра М-5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

по курсу “Микроэлектроника”

“ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ И ФИКСАТОРЫ УРОВНЯ”

Москва 1976 г.

Введение.

Ограничители и фиксаторы уровня являются схемами с нелинейными элементами (электронными лампами, полупроводниковыми диодами, транзисторами) и широко используются в импульсных устройствах для преобразования формы и параметров импульсов.

I. Ограничители.

Ограничителем называется устройство, напряжение на выходе которого остается постоянным независимо от напряжения на входе, если входное напряжение превышает определенный уровень, называемый порогом ограничения.

Ограничители находят применение в импульсных устройствах для формирования из синусоидального напряжения импульсов (селекции) по амплитуде и полярности, выравнивания амплитуд и сглаживания вершин импульсов, уменьшения длительностей фронтов импульсов и многих других целей.

В зависимости от схемы включения и режима работы нелинейного элемента ограничителя различают 3 вида ограничения:

1. по максимуму (ограничение сверху) –рис. 1.

рис.1

2. по минимуму (ограничение снизу) –рис. 2.

рис.2

3) двустороннее, при котором происходит ограничение и по минимуму и по максимуму –рис. 3.

рис.3

Действие диодных ограничителей основано на использовании нелинейных свойств диода. В схемах ограничителей могут применяться как вакуумные, так и полупроводниковые диоды. Последние имеют большие преимущества в экономичности, надежности, размерах и весе по сравнению с вакуумными диодами и могут заменять их в большинстве схем.

По характеру включения диода относительно нагрузки различают последовательные и параллельные диодные ограничители.

Последовательные диодные ограничители.

Одна из вакуумных схем диодного ограничителя приведена на рис. 4.

рис.4

рис.5

Диод ограничителя включается между входом и выходом схемы, последовательно с нагрузкой. На катод диода подано напряжение смещения Е. Очевидно, что диод будет работать на прямой ветви характеристики, если напряжение на его аноде больше напряжения на катоде, то есть когда U_вх˃ Е. Тогда сигнал через открытый диод переходит на выход не меняя своей формы.

Если напряжение входного сигнала U_вхменьше напряжения смещения Е, диод работает на обратной ветви характеристики, где его внутреннее сопротивление велико и разделяет вход схемы от выхода. При этом к выходным клеммам через сопротивлениеRприложено напряжение смещения Е. Форма напряжений на входе и выходе схемы иллюстрируется на рис. 5.

Если принять вольт-амперную характеристику диода линейной как в области прямых, так и обратных токов, то, используя метод наложения, можно выходное напряжение любой схемы последовательного диодного ограничителя записать так:

(I)

Здесь -внутренне сопротивление диода, величина которого определяется состоянием диода.

Первое слагаемое уравнения (I) представляет собой переменную, а второе-постоянную составляющую выходного напряжения.

Формула (I) показывает, что четкость ограничения, то есть поддержания на выходе напряжения, равного напряжению смещения или входному, определяется соотношениями сопротивленийи R.

При обработке импульсов с крутыми фронтами нужно учитывать переходные характеристики схемы. Рассмотрим ограничитель снизу с нулевым порогом ограничения (рис. 6):

рис.6

рис.7

При формировании отрицательного напряжения (рис. 7) в момент диод запирается. Из-за наличия емкостейисначала происходит скачоквеличиной:

(2)

а потом разряд общей емкости через сопротивление R с постоянной времени:

(3)

При формировании положительного периода в момент диод включается и своим сопротивлением шунтирует сопротивление R. Напряжение на выходе при этом быстро нарастает с постоянной времени:

(4)

Следовательно, при использовании диодного последовательного ограничителя фронты импульса получаются неодинаковыми.