в параллельной ветви которой содержится несколько нелинейных элементов, проводится аналогично.

Под ограничением мгновенных значений (напряжения или тока) подразумевается такая нелинейная операция, в результате которой не допускается выход этих величин за пределы определенных значений (уровней). На практике используются три вида ограничения:

сверху, или по максимуму, при котором мгновенные значения выходного сигнала не превосходят некоторого уровня;

снизу, или по минимуму, в результате которого мгновенные значения выходного сигнала не могут оказаться меньшими некоторого уровня;

двустороннее, при котором мгновенные значения выходного сигнала ограничиваются некоторым определенным интервалом.

Основной характеристикой ограничителя напряжения является зависимость его выходного напряжения U2 от входного щ. Рисунок 3.3 иллюстрирует действие всех трех типов ограничителей: по максимуму - а, по минимуму - б, двустороннего - в.

Af Ф h

о о-

х л

Рис. 3.3

Двусторонний ограничитель нередко используется для формирования трапецеидальных импульсов из синусоидального колебания.- Чем больше амплитуда входного гармонического сигнала, тем ближе форма получаюшихся импульсов к прямоугольной.

На рис. З.Зг-е приведены схемы диодных ограничителей: по максимуму - г, по минимуму - д и двустороннего - е. Уровни ограничения определяются величинами и полярностью источников смещения (Ej и £2). включенных в ветвь, параллельную выходным зажимам. Поскольку иа вход ограничителей подаются колебания значительной амплитуды, можно воспользоваться кусочно-линейной аппроксимацией характеристики диода. Для прямых напряжений (и>0) сопротивление диода Гпр невелико (десятки - сотни ом), для обратных .(и<0) сопротивление Гобр большое (сотни килоом). Сопротивления R в схемах рис. З.Зг-е должны удовлетворять условиям

i/?>/-np, R<re6v (3-2)

Обратимся к схеме рис. З.Зг. Когда напряжение ui>0 и притом м >£ь диод открыт, через него протекает прямой ток в направлении, указанном сплош-

ной стрелкой. Поэтому, пренебрегая падением напряжения на диоде в силу первого условия .(3.2), имеем 2=£i (горизонтальная линия на рнс. 3.3а). При ui<Ei направление тока соответствует пунктирной линии, диод закрыт и в силу второго условия (3.2) ищ. На рис. 3.3а этому соответствует линия, проведенная под углом 45° для Ki<£i. Аналогичные рассуждения показывают, что рис. З.Зй представляет схему ограничителя по минимуму с характеристикой, приведенной на рис. З.Зб. На рис. 3-Зе изображена схема двустороннего ограничителя с уровнями ограничения Ei и Е, характеристика которого соответствует показанной на рис. З.Зв.

Схемы рис. З.Зг-е называются схемами ограничителей с параллельным (по отношению к нагрузке) включением диодов. Если на этих рисунках поменять местами диоды и резисторы, получим схемы ограничителей с последовательным включением диодов.

На рис. 3.4а приведена схема двустороннего ограничителя на биполярном транзисторе типа р-п-р. Для его нормальной работы сопротивление i?6, включенное в цепь базы, должно во много раз превышать входное сопротивление

Рис. 3.4

/?вз! открытого транзистора, нагрузочная характеристика должна быть пологой, для чего сопротивление нагрузки i?H должно быть достаточно большим. Пред-кположим, что при . e=Q ток в цепи базы равен ie (рис. 3.46). При е<0 эмиттерный переход открывается сильнее, ток h возрастает. Напряжение на коллекторе t/K.smin, определяемое точкой А пересечения выходных характеристик с нагрузочной для /бгб, будет оставаться неизменным, близким к нулю. Величина /к.эт,п определяет первый уровень ограничения. Запирая эмиттерный переход достаточно большой ЭДС е противоположного характера, получим второй уровень ограничений и,;.э=£н.

Кроме рассматривавшихся до сих пор ограничителей мгновенных значений, в радиотехнических устройствах применяют ограничители амплитуды, предназначенные для значительного уменьшения амплитудной модуляции сигнала e(t) = 5(?)со5[шо<+Ф(0]- Д-я создания такого устройства следует в качестве нагрузки транзистора (рис. 3.4а) использовать колебательный коитур, настроенный на частоту юо. При больших амплитудах Е вследствие двустороннего ограничения ток г будет почти прямоугольным, а его первая гармоника и вызванное ею падение напряжения на контуре будет иметь почти постоянную амплитуду.

Задача стабилизации тока и напряжения питания электронных схем сводится к обеспечению постоянства этих величии при неизбежных иа практике колебаниях напряжения на выходе выпрямителя, нагрузки и т. п. Стабилизаторами тока являются устройства, в которых относительное изменение тока в цепи Д / значительно меньше относительного изменения напряжения питания Д£/£ или нагрузки ARIR, стабилизаторами напряжения - устройства, в которых относительное изменение напряжения на нагрузке Au/u значительно меньше Д£/£ и

Простейший стабилизатор тока представляет цепь (см. рис. 3.16), в которой последовательно с нагрузкой включен нелинейный элемент НЭ с выпуклой характеристикой 1-Ф(и), показанной на рис. 3.5а. Там же проведены нагрузочные прямые для двух значений сопротивления R(R2>Ri) и напряжений Е и £. Видно, что при малом сопротивлении R=R\ небольшое изменение напряжения иа величину A£=£i-£ вызывает относительно меньшее изменение

тока i, т. е. имеет место стабилизация тока (AIII<AEIE). При больших ?=?г эффект стабилизации отсутствует.

Стабилизация напряжения осуществляется НЭ с вогнутой характеристикой (рис. 3.56), нключениым по схеме рис. 3.1 в: параллельно нагрузке Rz и последовательно с вспомогательным резистором i?,. Суммируя токи в параллельных ветвях при фиксированных напряжениях и, получаем характеристики

Рис. 3.5

эквивалентного нелинейного элемента: НЭ] для большого сопротивления нагрузки tR2-R2 и НЭг для малого сопротивления R 2R2- Затем проводим нагрузочные прямые для сопротивления Ri и напряжений Е и Ei= =Е+АЕ. Из графика следует, что стабилизация напряжения имеет место (Аи/иАЕ/Е), только прн достаточно больших £ и /?2 и небольших iRi.

Во многих случаях стабилизация, достигаемая в таких простых схемах, оказывается недостаточной. Тогда применяют более сложные электронные стабилизаторы тока или напряжения.

3.2. МЕТОДЫ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА КОЛЕБАНИЙ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ

. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Ниже, при рассмотрении различных функциональных преобразований сигналов перед нами неоднократно будет возникать задача определения спектра колебаний на выходе нелинейной цепи. Поэтому целесообразно прежде всего ознакомиться с общими методами спектрального анализа.

Задача заключается в следующем: на вход безынерционной нелинейной цепи, аппроксимируемой зависимостью

1=ф(и), , (3.3)

действует гармоническое

ы=£/соэ((во-1-<р).

(3.4)