Методика расчета схем амплитудных ограничителей (стр. 2 из 4)
Рисунок 1.5 – Иллюстрация принципа работы АО с двумя транзисторами и общим RЭ
Предположим теперь, что напряжение Uвх уменьшается относительно нуля, т.е. на базу транзистора Т1 подается отрицательный потенциал. При этом ток iЭl и напряжение UЭ увеличиваются, транзистор Т2подзапирается, ток iЭ2 уменьшается; при некотором отрицательном потенциале на базе Т1 транзистор Т2 полностью запирается и ток i2 уменьшается до нуля. Далее как бы ни увеличивался отрицательный потенциал на базе Т1транзистор Т1 открыт, транзистор Т2закрыт и ток i2 = 0. Если амплитуда Uвх < Е (рис. 1.5), то ток i2, а следовательно, и напряжение Uвых линейно зависят от Uвх. Если Uвх > Е, то появляется двусторонняя отсечка тока i2, амплитуда первой гармоники тока i2 увеличивается значительно медленнее роста Uвх. При Uвх >> Е ток i2 по форме представляет собой прямоугольные импульсы с почти постоянной амплитудой первой гармоники тока. Все это определяет вид АХ ограничителя, показанный на рис. 1.6. На АХ при Uвх = Е напряжение на выходе равно Uвых0 = 0,5i2maxRэкв, где Rэкв – эквивалентное сопротивление выходного контура.
Рисунок 1.5 – Амплитудная характеристика АО с двумя транзисторами и общим RЭ
1.3.3 Амплитудный ограничитель с переменным смещением
Функциональная схема АО с переменным смещением представлена рис. 1.7.
Рисунок 1.7 – Схема АО с переменным смещением
Режим работы транзистора определяется тремя источниками питания Е1, Енач и Едоб (Есм = Енач-Едоб); полярность напряжения Едоб обычно обратна полярности Енач. Напряжение Едо6 вырабатывает АД, который детектирует, как правило, входное напряжение uвх. Напряжение Едоб = F (Uвх); чем больше амплитуда входного сигнала, тем больше Едоб. Допустим, что вначале амплитуда входного напряжения мала (рис. 1.8); при этом Едоб≈0; Есм = Енач. АО в этом случае работает как обыч ный усилитель (напряжение на транзисторе uс = Uвх + Есм).
Рисунок 1.8 – Иллюстрация принципа работы АО с переменным смещением
При увеличении напряжения Uвx растет Едоб, и поскольку полярность Едоб обратна полярности Енач, напряжение Есм уменьшается и при больших значениях Uвx наступает отсечка выходного тока iвых. Чем больше Uвx, тем меньше угол отсечки выходного тока транзистора θ. С уменьшением θ при возрастании Uвx увеличивается максимальное значение импульса выходного тока iвыхmax. Таким образом, в АО с переменным смещением при увеличении Uвx, начиная с некоторого значения (Uвx = Uпор, происходит одновременное увеличение iвыхmax и уменьшение θ. На выходе АО включен колебательный контур, выделяющий первую гармонику Im1 выходного тока: напряжение на выходе Uвыx = Im1Rэкв. Амплитудная характеристика АО с переменным смещением показана на рис. 1.9. При коэффициенте передачи АД Кд = Кд opt АХ наиболее близка к идеальной. При Кд >> Кд opt, и увеличении Uвx напряжение Едоб растет быстрее, чем при Кд opt, при этом ток iвыхmax изменяется мало, а угол отсечки уменьшается быстро, по этой причине амплитуда тока Im1 при увеличении Uвx уменьшается и, следовательно, АХ будет иметь спадающий участок.
Рисунок 1.9 – Амплитудная характеристика АО с переменным смещением
1.4 Заключение
1. Напряжение на выходе ограничителя мгновенных значений отличается по форме от входного напряжения.
2. АО обеспечивает постоянство амплитуды выходного гармонического колебания, но не изменяет частоту и фазу входного сигнала.
3. В диодном АО постоянство напряжения Uвыx обеспечивается при Uвx>Uпор за счет шунтирования контура входным сопротивлением диода, которое возрастает по мере увеличения Uвx.
4. В АО с одним транзистором ограничение наступает при Uвx > Unop, когда транзистор начинает работать в нелинейном режиме, характеризуемом появлением отсечки его коллекторного тока. При этом рост амплитуды первой гармоники Im1 замедляется, что ограничивает увеличение Uвыx.
5. Двустороннее ограничение выходного тока АО с двумя транзисторами и общим RЭ обеспечивается благодаря запиранию первого транзистора при большом положительном потенциале на его базе и второго при большом отрицательном потенциале на базе первого транзистора.
6. В АО с переменным смещением смещение на транзисторе зависит от уровня входного сигнала, что обеспечивается включением во входную цепь транзистора АД. При Uвx > Unop наступает отсечка выходного тока АО. С увеличением Uвx амплитуда первой гармоники выходного тока, определяющая Uвых, одновременно увеличивается из-за роста iвыхmax и уменьшается из-за уменьшения θ, этим обеспечивается примерное постоянство Im1.
2. Расчет ограничителей амплитуды
2.1 Исходные данные и задачи расчета
Для радиовещательных и телевизионных приемников промежуточная частота для тракта ЧМС задается ГОСТ [3]. При расчете структурной схемы приемника выбираются: схема и тип электронного прибора; напряжение Unop порога ограничения; амплитуда выходного напряжения Um вых; коэффициент амплитудной модуляции тпвходного сигнала помехой; требуемый коэффициент ограничения Когр..
Задачами расчета являются: выбор оптимального режима работы нелинейного элемента; расчет параметров элементов схемы; уточнение амплитуд входного и выходного сигналов.
2.2 Методика расчета диодных ограничителей амплитуды
Вариант схемы диодного ограничителя амплитуды приведен на рис. 2.1. По токам частоты сигнала диоды включены параллельно коллекторному контуру каскада. К первому диоду подводится запирающее напряжение Е31, создающееся на резисторе коллекторного фильтра. Запирающее напряжение второго диода Е32создается на резисторе R2, который образует совместно с резисторами Rфи R2 делитель напряжения. При Е31 =E32=Е3сопротивления резисторов должны удовлетворять равенствам:
(2–1)Емкость конденсатора
. рассчитывают по формуле
(2–2)Cб и C1 рассчитывают по (2–2), вводя соответствующие замены емкостей и сопротивлений.
Рисунок 2.1 – Структурная схема диодного АО
В интервале входных напряжении до 0,3–0.4 В вольт-амперная характеристика диодов наиболее точно аппроксимируется экспонентой. В этом случае входная активная проводимость диодов определяется уравнением
(2–3)в котором параметр
определяется из [3], 
– амплитуда сигнала на контуре. Если ЕЗ>Umконт, то диоды закрыты и входную проводимость следует считать равной нулю. Когда амплитуда входного сигнала превышает 0,4–0,6 В, вольт-амперная характеристика диодов становится более близкой к линейной и входная проводимость определяется равенством 
, (2–4)в котором
– проводимость прямой передачи диода.Если обозначить амплитуду сигнала, приложенного к диоду,
, (2–5)то можно составить уравнение, определяющее зависимость амплитуды входного сигнала от
: 
, (2–6)