Ход лекции

Тема: Паралельне та послідовне з’єднання діодів.

Діодні обмежувачі амплітуди. Принцип дії. Діаграми роботи.

Цель: знать практическое применение диодных схем; уметь Производить расчет схем для выпрямления тока и напряжения

План:

1. Параллельное и последовательное соединение диодов.

2. Диодные ограничители амплитуды. Принцип действия. Диаграммы работы.

Ход лекции

1. Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, то есть в источниках питания. Выпрямительные диоды всегда плоскостные, они могут быть германиевые или кремниевые. Германиевые диоды лучше кремниевых тем, что имеют меньшее прямое падение напряжения. Кремниевые диоды превосходят германиевые по диапазону рабочих температур, по максимально допустимому обратному напряжению, а также имеют меньший обратный ток.

Если выпрямленный ток больше максимально допустимого прямого тока диода, то в этом случае допускается параллельное включение диодов (см. рисунок 1).

В случае паралельного соединения диодов из-за различия прямых ветвей их ВАХ токи, протекающие через диоды будут разными.

Диод с более крутой ВАХ пропускает через себя больший ток, вследствие чего может пробиться. Для того, чтобы токи, протекающие через диоды, были примерно одинаковыми необходимо последовательно с каждым диодом включить выравнивающее сопротивление Rд величиной от единиц до десятков Ом. Либо включить выравнивающее сопротивление последовательно с одним диодом, ВАХ которого более крутая. По возможности параллельного соединения диодов следует избегать.

Рисунок 1 – Схема соединения диодов для выпрямления тока

Если напряжение в цепи превосходит максимально допустимое обратное напряжение диода, то в этом случае допускается последовательное включение диодов (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема соединения диодов для выпрямления напряжения

При последовательном соединении диодов вследствие разбросов их параметров (в частности, величины обратного сопротивления) распределение напряжения между диодами будет различно. Большая часть приложенного напряжения упадет на диоде с более высоким сопротивлением и этот диод может пробиться, вслед за ним пробьются и остальные диоды.

Для того, чтобы выровнять распределение напряжения по цепочке последовательно включенных диодов, необходимо выровнять их обратные сопротивления. Для этого параллельно каждому диоду включают шунтирующее сопротивление. Величина его должна быть меньше наименьшего обратного сопротивления диода.

2. Ограничителем называют четырехполюсник, на выходе которого напряжение не изменяется, когда входное напряжение превышает некоторое пороговое значение (ограничение сверху), принимает значение ниже порогового (ограничение снизу) или превосходит пределы пороговых уровней (двустороннее ограничение).

Формирование прямоугольных импульсов можно получить с помощью генератора синусоидальных колебаний и ограничителя (см. рис.3).

Рис. 3

Диодные ограничители в зависимости от способа включения диода бывают последовательными и параллельными. Различают ограничители сверху, снизу и двухсторонние ограничители. Амплитудные характеристики ограничителей и осциллограммы, иллюстрирующие их работу приведены на рис.4; 5; 6.

Рис. 4 Ограничитель сверху

Рис. 5 Ограничитель снизу

Рис. 6 Двусторонний ограничитель

- Последовательные диодные ограничители

Принципиальная схема последовательного ограничителя снизу на нулевом уровне приведена на рис.7 вместе с осциллограммой, иллюстрирующей её работу. Сопротивление нагрузки должно быть намного больше сопротивления ограничителя (), а внутреннее сопротивление источника синусоидального сигнала . Для обеспечения протекания тока на интервале от 0 до , где - напряжение на диоде включённом в проводящем направлении, величина которого порядка 0,5 В. В исходном состоянии диод закрыт. Когда на вход подается сигнал положительной полярности, он не передается на выход ограничителя до тех пор, пока не достигнет значения напряжения источника питания Е₀, подключенного к схеме. После чего диод открывается и верхняя часть входного сигнала поступает на выход ограничителя. Т.о. этот ограничитель пропускает только те сигналы, которые больше напряжения Е₀.

Рис. 7- Последовательный диодный ограничитель снизу

Схема ограничителя сверху на нулевом уровне и осциллограммы её работы имеют вид, приведенный на рис.8. Для обеспечения нормальной работы схемы необходимо выполнение тех же условий: , , .

В схеме на рис.8 в исходном состоянии диод VD открыт. Когда на вход подается сигнал положительной полярности, он передается на выход ограничителя до тех пор, пока не достигнет значения Е₀, после чего диод закрывается и передача сигнала на выход ограничителя прекращается. Т.о. данный ограничитель пропускает только те сигналы, которые меньше напряжения Е₀.

Рис. 8 - Ограничитель сверху на нулевом уровне

Для того чтобы схемы ограничителей были универсальными, они должны обеспечивать ограничения на произвольном уровне.

Схема ограничителя уровня сверху и снизу на произвольных уровнях представляют собой комбинацию двух рассмотренных схем включённых последовательно, см.рис.9.

ωt

Рис. 9 - Ограничитель сверху и снизу на произвольных уровнях

К недостаткам последовательных диодных ограничителей относят:

1) Ограничители требуют идеальных источников Э.Д.С. входного сигнала ();

2) Схемы пассивны и имеют коэффициент передачи К<1;

3) Величина Э.Д.С. должна быть большой (десятки вольт), т.е. должно выполнятся условие .

- Параллельные диодные ограничители

Основным недостатком последовательных диодных ограничителей является требование низкого внутреннего сопротивления Э.Д.С. источника сигнала. Для ликвидации этого недостатка разработаны параллельные диодные ограничители. Такие схемы ограничителей не требуют очень низкого выходного сопротивления источника Э.Д.С.

; ;

Схема диодного ограничителя сверху, примерно на нулевом уровне приведена на рис. 10.

Рис. 10 - Параллельный диодный ограничитель сверху

В схеме (рис. 10) в исходном состоянии диод VD закрыт. Когда на вход подается сигнал положительной полярности, он передается на выход ограничителя до тех пор, пока не достигнет значения Е₀, после чего диод открывается и передача сигнала на выход ограничителя прекращается вследствие шунтирующего действия открытого диода. Т.е. рассматриваемый ограничитель пропускает только те сигналы, которые меньше напряжения Е₀.

Рис. 11 - Параллельный диодный ограничитель снизу на нулевом уровне

В схеме (рис. 11) в исходном состоянии диод открыт. Когда на вход подается сигнал положительной полярности, он вследствие падения напряжения на резисторе R не поступает на выход до тех пор, пока не достигнет значения Е₀, после чего диод закрывается и сигнал поступает на выход ограничителя. Т.о. пропускаются сигналы большие, чем Е₀.

ВЫВОДЫ:

Параллельные диодные ограничители не критичны к источника входного сигнала, однако обладают теми же остальными недостатками последовательных диодных ограничителей – имеют низкий коэффициент передачи, требуют большие входные сигналы и буферный каскад для согласования с .

Для ликвидации общих недостатков диодных ограничителей разработаны транзисторные усилители-ограничители, у которых существенно более низкие входные сигналы (сотни милливольт), относительно высокое входное, и низкое выходное сопротивления и лучшая форма (коэффициент прямоугольности) выходного напряжения.

Контрольные вопросы:

1. Как соединяют диоды при необходимости выпрямить большое значение тока?

2. Как включаются диоды, если напряжение в цепи превосходит максимально допустимое обратное напряжение диода?

3. Каковы основные типы ограничителей амплитуды?

4. Перечислите недостатки последовательных диодных ограничителей. Что сделано для устранения их?

Литература:

1. Гершунский Б. С. Основы электроники и микроэлектроники.- Киев: Вища школа, 1989, стр.91.

2. Опадчий Ю.Ф., О.П.Глудкин,, А.И.Гуров. Аналоговая и цифровая электроника. – М.:Горячая линия – Телеком, 2005, стр.325-327.

Дата добавления: 2015-08-27