Диодные ограничители

Схема, ограничивающая амплитуду сигнала, называется ограничителем. На рисунке ниже показан диодный ограничитель отрицательного полупериода.

Ограничитель: срезает нижнюю часть отрицательного полупериода на уровне — 0,7 В. В течение положительного полупериода входящего сигнала с максимальной амплитудой 5 В диод работает в обратносмещённом режиме и не проводит, как если бы он не был подключен. На рисунке ниже показано, что положительный полупериод на выходе V (2) не изменяется. Поскольку пики положительного полупериода выходящего сигнала фактически накладывается на синусоиду входящего сигнала V (1), на рисунке кривая входящего сигнала для наглядности изображена выше.

В течение отрицательного полупериода на входе (см. рисунок выше), диод прямосмещён, т.е. проводит. Отрицательный полупериод ограничен. Идеальный диод будет ограничивать отрицательный полупериод V (2) на уровне напряжения 0 В. Но стандартное падение напряжения в режиме прямого тока на кремниевом диоде обуславливает ограничение сигнала на уровне — 0,7 В. Германиевые диоды, а также диоды Шоттки имеют меньшее значение падения напряжения в режиме прямого тока.

При более детальном рассмотрении ограничения отрицательной амплитуды (см. рисунок выше) оказывается, что в течение непродолжительного отрезка времени, когда синусоида приближается к отметке — 0,7 В, напряжение повторяет входящий сигнал. Ограничение наступает только после того, как уровень входящего сигнала опускается ниже — 0,7 В. Диод не проводит в течение практически всего полупериода.

Присоединив встречный диод к уже включенному диоду, показанному на рисунке выше, мы получим двусторонний диодный ограничитель, как на рисунке ниже.

Двусторонний ограничитель: Встречные диоды ограничивают как положительные, так и отрицательные амплитуды на уровне ± 0,7 В

Диод D1 ограничивает отрицательную амплитуду на том же уровне — 0,7 В. При падении напряжения на прямовключённом диоде дополнительный диод D2 проводит положительные полупериоды напряжения, когда оно поднимается выше 0,7 В. Остаточное напряжение падает на последовательно включённом резисторе. Следовательно, оба полупериода входящего напряжения срезаются, что показано на рисунке ниже.

Диод D1 ограничивает на уровне — 0,7 В, поскольку проводит только в отрицательном полупериоде. D2 проводит в течение положительного полупериода, ограничивая напряжение на уровне 0,7 В

На рисунке ниже показан пример практического применения ограничителя, которое заключается в ограничении усиленного звукового сигнала для предупреждения перегрузки радиопередатчика. Перегрузка радиопередатчика приводит к созданию побочных сигналов и нежелательных помех. Ограничитель в таком случае является средством защиты.

При перегрузке ограничителя синусоида может принять квадратную форму. Другое применение ограничителей — защита внешних выводов интегральных схем. Вход интегральной схемы соединяется с парой диодов как на на рисунке выше. Источники напряжения заменены шиной питания интегральной схемы. Например, в КМОП-схемах используется напряжение 0 В и + 5 В.

Таким образом, резистор и диод, работающие от источника переменного напряжения, ограничивают сигнал. Пара встречных кремниевых диодов ограничивает оба полупериода на уровне ±0,7 В. Заземленный конец ограничивающего диода(ов) можно отсоединить и соединить с источником напряжения постоянного тока, чтобы производить ограничение на произвольном уровне. Ограничитель может служить средством защиты от превышения лимита сигнала.