Курсовая работа: Методика расчета схем амплитудных ограничителей

1. Аналитический обзор

1.1 Некоторые сведения о работе амплитудных ограничителей

Под воздействием помех амплитуда и частота частотно-модулированного сигнала изменяются [1]. Поэтому принято говорить, что помехи вызывают вредную амплитудную и частотную модуляцию сигнала. Если изменение амплитуды сигнала под воздействием помех происходит со сравнительно малой глубиной (т_а < 0,4), то, применив ограничитель амплитуды (ОА), можно его устранить. Благодаря этому на вход детектора частотно-модулированных сигналов поступит сигнал практически с постоянной амплитудой, что значительно ослабит действие помех.

Для устранения вредной амплитудной модуляции сигнала помехой идеальный ограничитель должен иметь амплитудную характеристику, состоящую из двух отрезков прямых 1, показанных на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Амплитудная характеристика идеального ограничителя

При амплитудах входного сигнала, меньших порога ограничения U_пор ограничитель работает как обычный усилитель и его амплитудная характеристика линейная. Если амплитуда входного напряжения превышает пороговое значение, то амплитуда выходного напряжения сохраняется постоянной и не зависит от амплитуды входного сигнала. Следовательно, в рабочей области коэффициент усиления ограничителя амплитуды должен изменяться обратно пропорционально амплитуде входного сигнала, что технически выполнить весьма трудно.

Выбрав амплитуду немодулированного входного сигнала U_{0вх m} значительно больше порогового напряжения идеального ограничителя, можно добиться полного устранения вредной амплитудной модуляции сигнала помехой, если коэффициент вредной амплитудной модуляции удовлетворяет неравенству

m_п.вх ≤ 1-U_пор /U_овхm . (1–1)

При выполнении этого неравенства все изменения амплитуды входного сигнала под воздействием вредной амплитудной модуляции помехой происходят при значениях, больших порогового, т.е. в области идеальной работы ограничителя. При этом коэффициент модуляции выходного напряжения m_п.вых равен нулю.

В случае известных значений порога ограничения и коэффициента модуляции m_п.вх из формулы (1–1) можно найти требуемое значение амплитуды входного сигнала, которое обеспечит устранение вредной амплитудной модуляции. Аналогично можно выбирать схему ограничителя амплитуды по его пороговому напряжению, если заданы U_овхm и m_п.вх .

Амплитудные характеристики реальных ограничителей чаще всего имеют вид, соответствующий штриховой кривой 2 на рис. 1.1. Пороговое напряжение определяют в точке П перегиба характеристики. Этой точке на рисунке соответствует выходное напряжение (U_п.выхm . Если выбрать амплитуду входного сигнала по формуле (1–1) и обозначить через U_овыхm амплитуду выходного сигнала в рабочей точке, то остаточный коэффициент модуляции выходного сигнала ограничителя амплитуды

. (1–2)

Эффективность работы ограничителя оценивается коэффициентом ограничения, характеризующим уменьшение амплитудной модуляции сигнала:

K_oгp = m_п.вх /m_п.вых . (1–3)

Кроме этого коэффициента характеристиками ограничителя амплитуды являются также пороговое напряжение и выходное напряжение U_овхm соответствующее амплитуде немодулированного выходного сигнала при пороге ограничения.

Чем больше коэффициент ограничения и амплитуда выходного напряжения в рабочей точке U_овыхm , тем лучше считается ограничитель амплитуды. При прочих равных условиях лучшим считается также тот ограничитель, который имеет меньший порог ограничения, ибо в этом случае требуется меньшее напряжение входного сигнала U_овхm в рабочей точке.

Операция ограничения – нелинейная, поэтому при этом возникает ряд гармонических составляющих напряжения [2]. Для обеспечения на выходе АО гармонического напряжения необходимо после нелинейного преобразования напряжения осуществить фильтрацию первой гармоники входного колебания. Тогда структурная схема АО (рис. 1.2) включает в себя нелинейную цепь и фильтр, выделяющий первую гармонику тока на выходе цепи.

Если из этого устройства исключить фильтр, то можно получить ограничитель мгновенных значений. В зависимости от вида нелинейной цепи АО подразделяются на диодные и транзисторные.

Рисунок 1.2 – Структурная схема амплитудного ограничителя

1.2 Диодные амплитудные ограничители

Простейшим ограничителем амплитуды является диодный [1]. Для его осуществления параллельно нагрузочному колебательному контуру последнего каскада усилителя напряжения промежуточной частоты включаются диоды, на аноды которых подается небольшое запирающее напряжение U ₃ . Когда амплитуда сигнала на колебательном контуре меньше запирающего напряжения, диоды закрыты и усилитель работает нормально. В случае превышения амплитуды сигнала над запирающим напряжением диоды открываются и шунтируют колебательный контур, уменьшая усиление и стабилизируя выходное напряжение каскада. Чем больше сигнал, тем меньше внутреннее сопротивление диодов и меньше усиление. На рис. 1–3 приведен вариант схемы подобного ограничителя амплитуды. Здесь резистор R ₁ используется как сопротивление коллекторного фильтра и, кроме того, с него снимается запирающее напряжение U _{З l} для первого диода. Положительный потенциал этого напряжения через контурную катушку подводится на катод диода, а отрицательный – непосредственно к аноду. Для второго диода запирающее напряжения U _З2 снимается с резистора R ₂ , который вместе с резистором R ₃ образует делитель напряжения.

Существенным недостатком диодного ограничителя является то, что при открытых диодах увеличивается эквивалентное затухание колебательного контура и ухудшается избирательность каскада. Запирающее напряжение в рассматриваемой схеме обычно берется равно 0,7–1 В, а пороговое напряжение на 0,2 В больше. Выходное напряжение ОА в рабочей точке превышает пороговое на 0,15–0,25 В. Коэффициент ограничения диодного ограничителя составляет 20–30 дБ.

Рисунок 1.3 – Структурная схема диодного ограничителя

1.3 Транзисторные амплитудные ограничители

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--