Электроника?.. Нет ничего проще! - Эймишен Жан-Поль - Страница 30

Рис. 55. Двухуровневый ограничитель, выходное напряжение равно входному, когда последнее находится в пределах от +U до —U.

Как ты видишь, входное напряжение проходит на выход только в том случае, если оно больше —U и меньше +U. Напряжения порога ограничения U подаются на диоды, например, от двух маленьких батарей. Если входное напряжение U_вх поднимается выше +U, то диод Д₂ проводит ток и напряжение на выходе равно +U. Если входное напряжение опускается ниже —U, то ток пропускает диод Д₁ и напряжение на выходе равно —U.

Н. — Тогда, подав на вход синусоидальное напряжение (рис. 56, а), на выходе получим странную штуку, изображенную на рис. 56, б?

Рис. 56. Подавая синусоиду (а) на вход схемы, изображенной на рис. 55, на выходе получают синусоиду со срезанными верхушками (б).

Л. — Правильно. Ты очень хорошо нарисовал выходной сигнал — фронты сигнала не отвесные (отвесными они могут быть только в том случае, если амплитуда U_вх очень велика по сравнению с U). Поэтому, когда требуются сигналы более приближающиеся к прямоугольной форме (как показано на рис. 57), часто приходится вновь усиливать и затем еще раз ограничивать сигнал, полученный после первого ограничения. В результате получается колебание, по своей форме близкое к прямоугольным сигналам.

Рис. 57. Ограниченная синусоида (рис. 56, б) усиливается (а), а затем вновь подвергается ограничению (б).

Н. — Мне в голову пришла гениальная идея! Если сигнал нужно усиливать и ограничивать, то нельзя ли обе операции выполнить одновременно? Я вспоминаю, что перегруженный усилитель имеет тенденцию срезать верхушки сигналов.

Л. — Совершенно верно. Именно так часто осуществляют ограничение сигналов. Очень хорошо справляется с такой задачей усилитель, схему которого я для тебя нарисовал на рис. 58.

Рис. 58. Усилитель-ограничитель на двух транзисторах с эмиттерной связью: когда напряжение на входе положительное, запирается транзистор Т₂, когда отрицательное — запирается транзистор Т₁.

Н. — Почему ты поставил транзисторы n-р-n?

Л. — Потому что легче рассуждать, когда имеешь дело с положительными напряжениями. Кроме того, эту схему без изменений можно сделать на лампах (замену номиналов резисторов вряд ли следует считать изменением схемы). И, наконец, по той причине, что все шире используемые кремниевые транзисторы на 80 % относятся к типу n-р-n. Итак, перейдем к анализу схемы. Когда U_вх становится положительным, ток проводит транзистор T₁, потенциалы эмиттеров повышаются и транзистор Т₂ запирается. Когда U_вx становится отрицательным, ток проводит транзистор Т₂, потенциалы эмиттеров становятся близкими к нулю и запирается транзистор T₁. Я подал на общий для эмиттеров резистор R₃ отрицательный потенциал, чтобы по R₃ протекал определенный ток даже в том случае, когда потенциал эмиттеров близок к потенциалу корпуса. На рис. 59 я вычертил кривую зависимости потенциала коллектора транзистора Т₂ (U_K2) от потенциала базы транзистора T₁ (U_b1).

Рис. 59. Кривая изменения напряжения на коллекторе транзистора Т₂ в схеме на рис. 58 в зависимости от напряжения U_b1 характеризует эффективность ограничения.

Н. — Да, я вижу. Когда напряжение U_вх положительно, транзистор Т₂ заперт, а потенциал его коллектора U_K2 равен +Е. Но как найти величину его потенциала (U_K2)_мин, когда U_вх имеет отрицательный знак, иначе говоря, когда транзистор T₁ заперт?

Л. — Элементарно просто, дорогой доктор Уотсон…. прости…. Незнайкин! Если транзистор Т₂ пропускает ток, то можно считать потенциал его базы равным потенциалу его эмиттера; следовательно, мы можем считать, что потенциал эмиттера транзистора Т₂ равен нулю (равен потенциалу корпуса). Ток в резисторе R₃ равен U/R₃ и таким же будет ток коллектора (всегда следует предполагать, что в нормально работающем транзисторе токи коллектора и эмиттера равны). Значит, падение напряжения на R₂ будет

а минимальный потенциал коллектора Т₂:

Н. — А какую роль играет резистор R₁?

Л. — Он делает схему симметричной. Обычно сопротивление этого резистора равно сопротивлению резистора R₂. Можно также использовать напряжение коллектора Т₁, в качестве выходного напряжения, но это нецелесообразно, потому что одна площадка графика зависимости потенциала коллектора Т₁ (U_K1) от потенциала базы Т₁ (U_Б1) (рис. 60) не горизонтальна. В самом деле, когда U_вх имеет положительный знак, его изменения сказываются на величине тока Т₁.

Рис. 60. При использовании напряжения коллектора транзистора T₁, в качестве выходного напряжения схема хуже осуществляет ограничение сигналов, так как при положительном напряжении U_вх транзистор T₁ остается незапертым.

Как ты видишь, когда в этой схеме U_вх имеет отрицательный знак, Т₁ заперт и U_вх не влияет ни на U_K1, ни на U_K2. Когда U_вх имеет положительный знак, величина U_вх влияет на величину U_K1 транзистора Т₁,но не влияет на U_K2, так как Т₂ заперт.

Н. — В принципе эта схема не так уж симметрична, а затем я обнаружил у нее один недостаток: переход выходного напряжения с +U_K2мин до +Е происходит не так быстро, особенно в тех случаях, когда входное напряжение имеет умеренную величину (что довольно разумно для напряжения базы транзистора). А как называется твоя схема?