Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Cтислі теоретичні відомості

ДІОДНІ ОБМЕЖУВАЧІ НАПРУГИ

 

Мета роботи: набути практичних навичок використання нелінійних властивостей напівпровідникових елементів для обмеження амплітуди вхідних сигналів, формування імпульсів з плоскою вершиною, стабілізації напруги і селекції (виділення) імпульсів із заданою амплітудою і полярностю.

Устаткування і програмне забезпечення: макетна плата, блок живлення, мультиметр, осцилограф, генератор сигналів, персональний комп’ютер, програмне забезпечення Electronics Workbench.

 

 

Cтислі теоретичні відомості

 

Обмежувач напруги є напівпровідниковим пристроєм, в якому вихідна напруга після досягнення певного рівня залишається постійною при подальшій зміні вхідної напруги. Рівень вхідної напруги, починаючи з якої вихідна напруга не змінюється, називається порогом обмеження. Обмежувачі застосовують для зменшення амплітуди вхідного сигналу, формування імпульсів з плоскою вершиною і селекції (виділення) імпульсів за амплітудою і полярністю з їх послідовності.

За способом обмеження розрізняють:

- обмежувачі знизу ( обмеження за мінімумом величини), в яких є нижній поріг обмеження при зменшенні вхідної напруги (рис. 1,а);

- обмежувачі зверху (обмеження за максимумом величини), в яких вихідна напруга залишається постійною після досягнення певного значення (рис. 1,б);

- двосторонні обмежувачі, які мають верхній і нижній пороги обмеження.

Робота обмежувачів заснована на односторонній провідності напівпровідникових приладів. У схемах діодних обмежувачів як обмежуючий елемент використовують напівпровідниковий діод, який вмикається послідовно або паралельно навантаженню. За схемою підімкнення діода розрізняють схеми послідовних і паралельних діодних обмежувачів.

На рис. 1 наведено схеми послідовних діодних обмежувачів за мінімумом і максимумом напруги. При поданні на вхід позитивних

імпульсів (рис. 1,а) діод відкривається і через навантаження протікає

 

 

 

 

Рис. 1. Схеми послідовних діодних обмежувачів (а) за мінімумом напруги; б) за максимумом напруги) і графіки напруги на їх входах (ліворуч) і виходах (праворуч)

 

 

струм. На навантаженні, а отже, на виході схеми виникає напруга

 

де - середнє значення внутрішнього опору відкритого діода, що має величину на рівні одиниць - десятків Ом.

Опір навантаження має значно більші значення, тому без урахування падіння напруги на напруга на виході .

 

Приклад. Визначити напругу на виході обмежувача, якщо , , .

 

При зміні полярності вхідної напруги діод закривається, струм через діод не протікає, напруга на навантаженні дорівнює нулю. У схемі реалізується режим обмеження за мінімумом з нульовим рівнем (порогом) обмеження. Якщо змінити полярність підімкнення діода


 

 

 

Рис. 2. Схеми і графіки напруги послідовних діодних обмежувачів

на заданому рівні: а) з позитивним зсувом; б) з негативним зсувом і графіки напруги на їх виходах

 

(рис. 1,б), схема перетворюється на послідовний обмежувач напруги за максимумом з нульовим рівнем обмеження. При позитивних вхідних імпульсах діод не проводить струм, і падіння напруги на навантаженні немає. У момент дії на вході негативних імпульсів діод відкривається, і на навантаженні теж присутня негативна імпульсна напруга.

Щоб досягти обмеження напруги на заданому рівні, в схему обмежувача додають джерело постійної напруги зсуву з електрорушійною силою Е, яка в ідеальному джерелі дорівнює напрузі на його виводах (рис. 2). В цьому випадку можна вважати, що рівень

обмеження визначається значенням E.

На рис. 2,а зображена схема послідовного діодного обмеження знизу на заданому рівні E. При такій полярності зсуву струм через діод проходить навіть за відсутності сигналу. Напруга на виході приблизно дорівнює напрузі зсуву E. За відсутності на вході додаткового позитивного імпульсу напруга на виході відповідно зростає. Діод закривається лише тоді, коли вхідна напруга стає негативною і рівною за амплітудою позитивному зсуву на діоді. Вершина негативних імпульсів, амплітуда яких перевищує величину зсуву E, буде зрізана. Якщо на діод подати негативний зсув (рис. 2,б), діод відкриється за умови . На вихід піде лише вершина позитивного імпульсу.

На рис. 3 наведено схеми паралельних діодних обмежувачів, в яких навантаження і діод підімкнені паралельно. Величина обмежувального опору резистора має бути більшою за внутрішній опір відкритого діода , але меншою ніж опір навантаження .

При поданні на вхід паралельного діодного обмежувача (рис. 3,а) позитивного імпульсу з напругою діод відкриється. Струм в схемі проходить через і діод з внутрішнього опору ділиться :

.

При вихідна напруга майже дорівнює нулю. В схемі реалізується

режим обмеження за максимумом. При зміні полярності сигналу на вході схеми на негативний імпульс діод закривається, а на навантаження надходить імпульс негативної полярності.

Якщо змінити полярність ввімкнення діода, схема матиме вигляд паралельного діодного обмежувача за мінімумом з нульовим порогом обмеження (рис. 3,б). Щоб змінити поріг обмеження, в схему дода-ють джерело постійної напруги зсуву E з обмеженням за максимумом

 

 

                                                                                                                               
   
Uвих
 
   
Ro
 
 
 
   
Uвих
   
 
     
 
t
 
   
а)
   
Ro
   
Uвих
   
Uвх
 
 
 
   
Uвих
   
 
 
   
 
t
   
t
 
 
   
б)
 
   
Ro
 
Uвих
   
Uвх
 
 
 
   
Uвих
   
 
 
   
t
 
 
t
 
   
Е
     
в)
 
 
   
Ro
   
Uвх  
       
Uвих
 
 
 
   
Е
 
Е
     
Uвих
 
   
 
 
   
t
 
Е
 
Rнo
 
t
 
   
г)
   
Е1
     
Ro
         
Uвих
   
Uвх  
 
 
 
 
 
   
Е1
   
     
       
Uвих
 
 
 
 
   
     
       
t
 
 
   
Е2
 
   
Е2
 
 
   
д)

 

 


Рис. 3. Схеми і графіки напруги на вході Uвх та виході Uвих паралельних діодних обмежувачів: а) за максимумом; б) за мінімумом; в) на заданому рівні за максимумом; г) на заданому рівні за мінімумом; д) двохсторонній на заданому рівні

(рис. 3,в) і мінімумом (рис. 3,г).

Якщо об'єднати в одній схемі обмежувач за максимумом і мінімумом, вийде схема двостороннього паралельного обмежувача (рис. 3,д). Така схема дозволяє формувати з вхідних імпульсів синусоїдальної напруги імпульси трапецієподібної форми, тобто імпульси з плоскою вершиною. Якщо напруга на вході позитивна і є меншою, ніж і (ділянка до моменту ), обидва діоди закриті, напруга на виході дорівнює напрузі на вході. Коли напруга на вході перевищить напругу зсуву (ділянка ), діод VD1 відкривається і реалізується режим обмеження зверху. У момент вхідна напруга зменшується до , діод VD1 закривається, напруга на вході і виході є однаковою. При зменшенні вхідної напруги до рівня (момент ) відкривається діод VD2, що забезпечує обмеження вихідної напруги знизу.

 

 

Хід виконання роботи:

 

1. На макетній платі зібрати схему послідовного діодного обмежувача напруги за максимумом, принципова схема якого наведена на рис. 1,а. Підімкнути до входу обмежувача генератор сигналів і встановити задані викладачем частоту і амплітуду імпульсів, що генеруються. Ввімкнути осцилограф і налагодити його роботу.

 

 

Рис. 4. Структурна схема стенда для моделювання і експериментального дослідження характеристик діодних обмежувачів напруги

 

Рис. 5. Моделювання обмеження напруги трикутної форми одностороннім послідовним діодним обмежувачем за мінімумом величини (рис. 1,а)

Рис. 6. Моделювання обмеження напруги синусоїдальної форми двохстороннім паралельним діодним обмежувачем (рис. 3,д)

2. Виконати осцилографування вихідного сигналу при:

- нульовому значенні напруги зсуву;

- напрузі зсуву, яка дорівнює половині амплітуди періодичного сигналу;

- напрузі зсуву, яка дорівнює амплітуді періодичного сигналу;

3. Повторити дії, запропоновані у пунктах 1 і 2 для схеми послідовного діодного обмежувача за мінімумом напруги відповідно рис. 2.

4. Повторити зміст пунктів 1 і 2 для схеми паралельного діодного обмежувача напруги за максимумом відповідно до рис.хх.

5. Повторити зміст пунктів 1 і 2 для схеми двостороннього паралельного діодного обмежувача напруги відповідно до рис. 3 при напрузі зсуву в обох джерелах, рівній половині амплітуди періодичного сигналу.

6. Дані осцилографуння і аналіз отриманих результатів навести у звіті про лабораторну роботу. Зробити відповідні висновки.

 

Контрольні питання

 

1. Назвіть призначення діодних обмежувачів напруги.

2. Які типи обмежувачів напруги ви знаєте?

3. Поясніть принцип дії послідовних обмежувачів напруги.

4. Поясніть принцип дії паралельних обмежувачів напруги.

5. Для чого в схему обмеження вводять додаткове джерело постійної напруги?

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.