Ограничители напряжения: Простейшие способы ограничения напряжений и защиты от кратковременных импульсных перенапряжений

 

В тех случаях, когда необходимо ограничить диапазон изменения какого-либо сигнала, используются устройства, называемые ограничителями. В подобных цепях находят широкое применение диоды различных видов (импульсные, универсальные, стабилитроны, ограничители и др.).

С помощью импульсных стабилитронов или ограничителей напряжения можно защитить входные (и выходные) цепи различных узлов аппаратуры от воздействия кратковременных импульсных помех и перенапряжений, проникающих в них из-за грозовых разрядов, коммутации индуктивных нагрузок, статических электрических разрядов и т.п. (рис. 3.2‑1…3.2‑4).

 

Рис. 3.2-1. Схема защиты диодного моста и трансформатора

 

Рис. 3.2-2. Схема защиты входной и выходной цепей транзисторного усилителя

 

Рис. 3.2-3. Схема защиты ОУ по цепям питания

 

Рис. 3.2-4. Схемы защиты ОУ по входным и выходным однополярным (а) и двуполярным (б, в) сигнальным цепям

 

Обыкновенные универсальные, выпрямительные или импульсные диоды также могут использоваться в схемах ограничения напряжения. Например, если необходимо ограничить уровень напряжения сигнала каким-либо конкретным значением, то подойдет простейшая схема представленная на рис. 3.2-5. Здесь напряжение ограничения составляет примерно 5,6 В. Оно складывается из значения опорного напряжения \(U_{оп} = {5 В}\) и падения напряжения на диоде при прямом смещении (для многих кремниевых диодов ~0,6 В).

 

Рис. 3.2-5. Простейший одноуровневый диодный ограничитель

 

Аналогично может быть построена схема и для двухуровневого ограничения (рис. 3.2-6).

 

Рис. 3.2-6. Двухуровневый диодный ограничитель

 

Такая и подобные схемы широко используются для защиты различных узлов электронной аппаратуры. Например, входные цепи цифровых микросхем КМОП часто выполняются по схеме приведенной на рис. 3.2-7.

 

Рис. 3.2-7. Типовая схема защиты входных узлов логических элементов КМОП

 

На рис. 3.2-8 показан последовательный диодный двусторонний ограничитель, в котором при входных напряжениях ±0,5 В напряжение на выходе практически равно нулю и отличается от нуля, если входное напряжение выходит за указанные рамки. Такой ограничитель позволяет подавить нежелательные сигналы малого уровня (фон, шумы).

 

Рис. 3.2-8. Последовательный двусторонний диодный ограничитель

 

На рис. 3.2-9 приведен еще один параллельный диодный двусторонний ограничитель, в котором напряжения ±0,5 В передаются на вход без ограничения, а напряжения, выходящие за эти рамки, ограничиваются.

 

Рис. 3.2-9. Параллельный диодный ограничитель по уровню ±0,5 В

 

Для получения уровней ограничения порядка ±0,1…0,3 В можно использовать германиевые диоды или диоды Шоттки, а при необходимости увеличения уровней ограничения до ±1 В , вместо одного диода включают последовательно два или более диодов. Для еще больших напряжений можно использовать стабисторы, светодиоды (в прямом включении), стабилитроны.

 

 

< Предыдущая		Следующая >

принцип действия, классификация и область применения

Не только производственное, офисное, но и домашнее электрооборудование постоянно находится под угрозой поломок, а то и полного выхода из строя. Причинами тому могут быть как грозовые разряды, так и сбои на линиях передач и в работе трансформаторных станций, провоцирующие резкие скачки напряжения. С защитой от подобных проблем успешно справляются, благодаря принципу действия ОПН.

От разрядников к ограничителям

Электросети — это не только линии высоковольтных передач. В широком смысле в систему входит множество оборудования, установок, приспособлений, к ней подключены промышленные и обычные потребители. Последствия сбоев здесь могут быть весьма серьезны. Пока рынок не стали занимать современные ограничители напряжения, те же задачи решали другие устройства — разрядники.

Особенности их таковы:

• Работа простейшего разрядника состояла в приеме ненормативной электроэнергии и безопасном сбросе ее через систему заземления.
• В обычное состояние разрядник возвращал дугогаситель. Он нейтрализовал повышенную ионизацию.
• Главной особенностью этих устройств являлся искровой промежуток. От ширины его зависела мощность системы. Но и увеличивать до бесконечности приборы было тоже нельзя.
• Слабым местом таких «предохранителей» считалась опасность запаздывания устройства в нормативный режим после всплеска напряжения.
• Разрядники постоянно совершенствовались. Изобретались и внедрялись воздушные, газовые, вентильные модели. Но все они имели недостатки, и в итоге на смену им пришли устройства нового типа — ОПН.

Казалось бы, уберечь технику от пробоев можно, просто отключив ее от сети.

Но если с приближением грозы это еще возможно успеть сделать, то технологический сбой непредсказуем. Да и оставить без электричества, например, доменный цех или операционную вообще недопустимо. Поэтому и необходимы приборы-предохранители.

Схема работы ОПН

ОПН — ограничитель перенапряжения. В числе других устройств его следует отнести к самым современным системам, способным уберегать приборы и проводку в экстремальных ситуациях. Можно сказать, что заложенная в его основе схема успешно решает комплекс проблем, которым ранее противостояли автоматические прерыватели и разрядники, а в бытовых условиях — стабилизаторы и домашние трансформаторы.

Схема ОПН строится на таких принципах:

• Основой прибора является варистор, который мгновенно впитывает сверхнормативную энергию и отдает ее уже как тепло. Напряжение, которое поступает далее по сети, нормализуется.
• ОПН моментально возвращается в исходное состояние и сразу же способен принять еще один резкий импульс или даже их последовательную серию.
• Первоначально один варистор или несколько их (соединенные вместе) и представляли приспособление. В случае внеплановых проблем из строя выходило все устройство.
• Сейчас приборы представляют собой несколько блоков, подключенных последовательно (или параллельно). Это повышает защитные характеристики изделия, а также облегчает его ремонт, для которого бывает достаточно заменить один из модулей.
• Варисторы заизолированы в полимерные или фарфоровые корпуса. Первые имеют специальные отверстия, а вторые — мембраны и герметизирующие кольца, а также выхлопные крышки. Это повышает взрыво- и пожаробезопасность приборов при работе с нестабильным напряжением.

Фарфоровые приборы мало подвержены колебаниям температур, обладают высокой прочностью, но имеют более низкие тепловые показатели и к тому же опаснее при взрыве.

Полимерные лучше по разрядным характеристикам и сопротивляемости вибрации, но чутки к сезонным изменениям. Поэтому на очереди сейчас — новые покрытия для аппаратов.

Классификация приборов защиты

Искровой промежуток разрядников ушел в прошлое, как и массивность приборов ОПН намного компактнее. К тому же они способны лучше справиться с резкими переменами сетевой нагрузки, даже если в общей линии с жильем есть и мощное производство, и работающий стройучасток.

Приборы имеют разную классификацию и, соотвественно, область применения:

• Литера А. Эти приборы монтируются при переходах от линий электропередач к сети потребителя. Они призваны обеспечивать защиту как ЛЭП, так и принимающего объекта. Их же можно считать основными «предохранителями» промышленных установок.
• Литера В. Первая линия защиты непосредственно объекта-потребителя (например, дома или административного здания). Такие аппараты устанавливаются на входе линии в помещение.
• Литера С. Место этих устройств — распределительные щиты, в которых обязательно должна быть предусмотрена система заземления.
• Литера D. Квартирные ограничители. Их установка имеет смысл только при наличии хотя бы одной предварительной линии защиты. В то же время изделия этого класса монтируются и непосредственно в оборудовании, а также в переносной технике.
• Те же четыре категории устройств могут быть обозначены и римскими цифрами начиная от I. Есть и комбинированные устройства. Большинство из аппаратов дополнительно оснащаются предохранителями.

Контроль за работоспособностью и состоянием изделия можно проводить визуально. Для этого устройства имеют специальные окошечки, которые в случае выхода ограничителя из строя сигнализируют затемнением или красным светом. Есть и модели, оснащенные системой звуковой сигнализации.

Комплексный вариант безопасности

Чтобы доставка, получение и использование электричества были полностью безопасны, лучше всего использовать не единичный ОПН, а комплекс ограничителей импульсных перенапряжений, как их еще называют. Их установку следует доверить профессионалам.

Принцип монтажа и работы единой системы прост:

• Первым, на входе, монтируется самый мощный аппарат.
• В щиток устанавливается прибор меньших токовых характеристик, а дальше — еще меньше.
• В бытовых условиях достаточно варианта В и С или С и D.
• Приборы в любой общей схеме работают по единому принципу. Они вступают в дело последовательно. Благодаря этому, напряжение снижается постепенно, на каждом этапе.

Слабое место такой системы такое же, как и в любой цепи: если из строя выйдет одно звено, неработоспособной будет вся сеть. Но приборы-потребители, скорее всего, к этому моменту уже будут защищены. После замены пострадавшего блока защитная схема будет восстановлена.

Рассуждая на тему, что такое ОПН, следует признать — вне зависимости от различных рабочих характеристик это, в первую очередь, современный способ защиты электрооборудования. Риски поражений приборов и установок, степень безопасности объектов и людей при использовании надежной аппаратуры снижаются многократно.

РадиоКот :: Ограничитель сетевого напряжения

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Бытовая техника >

Ограничитель сетевого напряжения

Все больше разнообразной аппаратуры окружает котов в быту, и эта аппаратура требует питания. И не какого-нибудь, а 220В +/- допуск в разумных пределах. К счастью, современная аппаратура к питанию намного менее переборчива, чем ламповые телевизоры прошлого века. Импульсные БП нормально терпят издевательства типа питания очень заниженным напряжением, некоторые вплоть до 80-90В. И чистый синус в розетке им тоже по большому счету, ни к чему. Хоть постоянкой корми. Но вот повышенное напряжение уже в 260-270В часто приводит к распуханию конденсаторов в первичных цепях или разрыву в клочья варисторов, предохранителей а иногда и диодных мостов за компанию с силовыми ключами. Если искать недорогое решение проблемы сохранения здоровья бытовых электроприборов, то в первую очередь взгляд падает на разнообразные стабилизаторы релейного типа или автотрансформаторные с сервоприводом подвижного контакта. Такие устройства относительно недороги, довольно мощны и обеспечивают хорошую стабилизацию, но они медлительны, как кот под валерианой. Особенно плохо они справляются со своей работой если в сети присутствуют частые но кратковременные провалы напряжения (например, кто-то из соседей занимается электросваркой). Тогда при понижении напряжения сети автоматика стабилизатора «подкручивает» транс, добавляя на выход напряжения, но как только напряжение в сети вернется в норму, реле, а тем более подвижный контакт ЛАТРа, не успевают достаточно быстро отреагировать и на выходе стабилизатора получается кратковременный но очень ощутительный всплеск напряжения до 350-400В, отрицательно сказывающийся на здоровье всего, что включено. С помощью предлагаемого устройства эту проблему можно решить, существенно повысив эксплуатационные характеристики «медленных» стабилизаторов сетевого напряжения.

Итак, схема:

Как только устройство включается в сеть, ток зарядки С1 открывает транзистор VT1, включенный в диагональ силового диодного моста Br2, благодаря чему подается питание на выход а также трансформатор, питающий всю схему. На выходе стабилизатора напряжения 7805 появляются стабильные 5В, через R2 в базу VT1 начинает протекать ток около 60 мА, обеспечивая поддержание силового транзистора в открытом состоянии.  Пока напряжение сети в норме, стабилитрон VD3 заперт, следовательно, заперт и транзистор VT2. Как только напряжение сети превысит разумные пределы, откроется VD3 а за ним и VT2, шунтируя переход Б-Э VT1. Силовой ключ начнет закрываться, напряжение на нагрузке падает. Как только напряжение упадет настолько, что VD3 закроется, силовой ключ опять откроется. Благодаря довольно медлительной обратной связи через трансформатор а также наличию конденсатора С4 схема обладает необходимым гистерезисом для работы силового транзистора практически в ключевом режиме. В линейный режим он попадает только при небольшом длительном превышении сетевого напряжения, но это не страшно, потому как мощность небольшая на нем будет рассеиваться в этом случае, да и не характерна такая ситуация, если данный ограничитель стоит после релейного стабилизатора. По результатам экспериментов работа схемы выглядит следующим образом: пока напряжение в сети не выше установленного предела, оно все целиком присутствует на нагрузке. Как только появляется небольшое превышение — начинают срезаться верхушки синусоиды. При более существенном превышении из синусоиды начинают выкусываться короткие прямоугольные фрагменты, по сути осуществляется диммирование нагрузки. Конечно, форма напряжения портится, что не допускает применение этого устройства как самостоятельного стабилизатора например для холодильника или электродвигателя, но как ограничитель аварийно высокого напряжения перед аппаратурой с импульным источником питания оно срабатывает отлично. 

О деталях. Описанный выше девайс можно собрать практически из металлолома, который без дела валяется по углам шкафа, куда лапы не доходят. Трансформатор 220/12 В, мощностью 5-10 Вт вполне достаточно. Диодный мост для питаня схемы Br1 может быть составлен из диодов КД105, 1N4001-4007 или взять подходящий. Силовой диодный мост Br2 берем с запасом, хорошо подходят мосты из компьютерных БП, на 2-5 А, 600-800В. Силовой транзистор VT1 должен с запасом выдерживать ток нагрузки и иметь большой запас по напряжению, дабы не быть пробитым экстремальным напряжением в сети. Такие можно добыть в строчной развертке мониторов и телевизоров. Из отечественных можно попробовать КТ840, КТ838, можно применить также и мощные полевики, правда при таком раскладе понадобится стабилизатор 7805 заменить на 7809 или 7812, повысив также напряжение вторички трансформатора, чтобы обеспечить надежное отпирание полевика.

Настройка ограничителя сводится к установке порогового напряжения, при котором начинает срабатывать ограничение напряжения. Для этого в схеме предусмотрен подстроечник Р1. Вначале настройки выкручиваем его на максимум сопротивления, на вход ограничителя с помощью ЛАТРа подаем напряжение, которое еще согласны терпеть приборы, например 250 В. Плавно вращая подстроечник находим положение при котором напряжение на нагрузке начнет ограничиваться. Все. Можно пихать ограничитель в релейный стаб и пользоваться. 

В моем варианте исполнения устройство обеспечивает питанием LCD телевизор, спутниковый ресивер, DVD плеер и еще некоторую мелочь, общей мощностью не более 200 Вт. Для такого применения хватило очень небольшого теплоотвода на силовой транзистор.

Внешний вид

  

 

Файлы:
Печатная плата

Все вопросы в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Сходство и отличия разрядника и ограничителя перенапряжения

В соответствии с правилами эксплуатации электроустановок обязательным условием является обеспечение защиты оборудования от напряжения, которое превышает номинальные показатели. Для этого используют  разрядники и ограничители перенапряжения нелинейного типа.

Вентильные разрядники, несмотря на усовершенствованную конструкцию, со временем исчерпали свои эксплуатационные возможности и на сегодняшний день практически вытеснены ОПН – современными устройствами, состоящими из варисторов, помещенных в герметичную оболочку.

В чем схожесть этих устройств?

Традиционные разрядники, как и новые ограничители перенапряжения, предназначены для защиты оборудования и приборов от воздействия пиковых токов, которые могут возникать вследствие коммутационных процессов или атмосферных явлений – грозы.

Аппаратура вентильного типа используется на подстанциях, трубчатые устройства – на линиях электропередач. ОПН в зависимости от вида могут быть использованы как в бытовых, так и в производственных условиях.

В плане конструкции, принципа действия и эффективности эти приспособления имеют определенные отличия.

Характерные отличия разрядника от ОПН

На сегодняшний день ограничители являются самыми эффективными устройствами, обеспечивающими надежную защиту электроустановок от воздействия сверхнапряжения. По сравнению с вентильными аппаратами у них отсутствуют искровые промежутки, основу конструкции составляют варисторы — сопротивления, которые находятся в герметичном корпусе.

Для наглядного сравнения приведем основные недостатки стандартных разрядников:

• значительный вес и хрупкая структура изолятора;
• небольшое число срабатываний – до 20 раз;
• при загрязнении поверхности срабатывание может происходить при номинальных значениях;
• сложность подбора параметров настройки;
• изменение первоначальных характеристик после множественных срабатываний;
• несоответствие уровня качества современным требованиям за счет применения устаревшей технологии производства;
• частые поломки устройства вследствие негерметичной крышки.

В то же время современные ограничители имеют такие преимущества:

• постоянство настроек и параметров в течение эксплуатации;
• компактный размер и небольшая масса;
• повышенная электрическая прочность и устойчивость к нагрузкам;
• гарантированно высокое качество.

Ограничители напряжения: Параметры ограничителей напряжения

 

Ограничители напряжения, ввиду специфики их применения, имеют ряд особых параметров, которые необходимы при выборе ограничителя для работы в соответствующей схеме. Во всех случаях при выборе ограничителей руководствуются следующими критериями: \(U_{раб обр max} \ge U_{ц max}\), \(U_{огр и} \le U_{ц доп}\), \(P_{обр и нп max} \ge U_{огр и} \cdot I_{и max}\), где: \(U_{ц max}\) — максимальное амплитудное или постоянное напряжение, действующее в цепи в нормальном режиме работы; \(U_{ц доп}\) — максимально допустимое напряжение в защищаемой цепи; \(I_{и max}\) — наибольшее значение тока, возникающего в момент импульса перенапряжения; остальные величины описаны ниже.

Максимально допустимое обратное рабочее напряжение (\(U_{раб обр max}\)). Максимально допустимое обратное рабочее напряжение задает граничное значение, при котором в ограничителе еще не инициируются процессы пробоя и обратный ток через прибор мал. Т.е. сигналы с амплитудой не превышающей \(U_{раб обр max}\) могут проходить в защищаемой ограничителем цепи беспрепятственно Обычно нормируется также и значение обратного тока \(I_{обр}\) при обратном напряжении равном \(U_{раб обр max}\).

Напряжение ограничения обратного напряжения (\(U_{огр и}\)). При поступлении из внешней цепи высоковольтного импульса \(p\)-\(n\)-переход ограничителя входит в состояние лавинного пробоя и амплитуда этого импульса гасится до некоторого значения, зависящего от его амплитуды и мощности. При этом, во избежание выхода ограничителя из строя, его импульсный обратный ток не должен превышать некоторого максимального допустимого для данного ограничителя значения \(I_{огр и max}\). Значение напряжения ограничения обратного напряжения (\(U_{огр и}\)) указывает верхнюю границу для импульсного обратного напряжения на стабилитроне во время действия импульсного тока и обычно указывается для значения обратного импульсного тока равного его возможному максимальному значению \(I_{огр и max}\). Параметры \(I_{огр и max}\) и \(U_{огр и}\) существенно зависят от формы и длительности импульсов перенапряжения, а также температуры, поэтому в технической документации обычно указываются условия, в которых производилось их измерение.

Максимально допустимая импульсная мощность обратного напряжения (\(P_{обр и нп max}\)). Находясь в режиме пробоя, ограничитель может рассеивать ограниченную мощность. При условии поступления коротких неповторяющихся импульсов (скважность больше 1000) этот параметр носит название неповторяющейся импульсной обратной рассеиваемой мощности (\(P_{обр и нп}\)). В общем случае максимально допустимое значение импульсной обратной мощности зависит от формы и длительности импульса перенапряжения (пример такой зависимости приведен на рис. 2.5-5). В технической документации обычно приводится значение \(P_{обр и нп max}\), измеренное для импульса отдельно оговариваемой формы и длительности (часто \(t_и\) = 1 мс).

 

Рис. 2.5-5. Зависимость неповторяющейся импульсной мощности от длительности импульса перегрузки (прямоугольный импульс) для ограничителей с измеренной мощностью 1,5 кВт и 5 кВт

 

Напряжение пробоя (\(U_{проб}\)). Обратная ветвь вольт-амперной характеристики ограничителей напряжения имеет ключевую точку, в которой начинают устойчиво сказываться явления пробоя. Обратное напряжение, соответствующее этой точке ВАХ, называется напряжением пробоя ограничителя (\(U_{проб}\)). Поскольку для конкретных экземпляров ограничителей одного типономинала это напряжение может незначительно отличаться, различают номинальное (типичное), а также максимальное и минимальное значения этого параметра. Измерение \(U_{проб}\) производится для некоторого заранее заданного значения тестового тока \(I_{проб т}\).

 

Таб. 2.5-2. Специальные параметры ограничителей напряжения

 

 

< Предыдущая		Следующая >

Диодные ограничители | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Продолжаю рассказывать про импульсные устройства и всё, что с ними связано. В предыдущей статье я рассказывал про RC и RL цепи и как они влияют на прохождение через них различных импульсов. Сегодняшняя статья про амплитудные ограничители и фиксаторы уровня сигнала. Что же это такое и зачем они нужны?

Амплитудные ограничители. Введение

Амплитудный ограничитель представляет собой электронное устройство, которое имеет пороги ограничения, за пределами которых входной сигнал практически не изменяется и остаётся равным пороговому значению. Исходя из этого, можно выделить три типа амплитудных ограничителей:

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

• ограничитель по максимуму или сверху. В данном случае сигнал на выходе устройства при превышении порогового значения тока или напряжения остаётся практически неизменным;
• ограничитель по минимуму или снизу. В таком устройстве устройства остаётся неизменным при значении входного сигнала меньше некоторого порогового значения;
• двухсторонний ограничитель. Такое устройство ограничивает сигнал и по максимуму и по минимуму входного сигнала.

Абсолютное большинство амплитудных ограничителей строят на основе ключевых свойств радиоэлектронных элементов, поэтому основным элементом ограничителей являются диоды или транзисторы в ключевом режиме работы. Диодные ограничители довольно простые по устройству, поэтому наиболее часто встречающиеся. Амплитудные ограничители на основе транзисторов несколько сложнее по устройству, но кроме амплитудного ограничения они позволяют усиливать сигнал, поэтому их ещё называют усилителями-ограничителями.

Различают также последовательные и параллельные ограничители. Эта их особенность зависит от способа включения ключевого элемента относительно нагрузки. Необходимо отметить, что последовательные ограничители включаются в работу, когда ключ разомкнут, а параллельные ограничители работают в режиме ограничения в случае замкнутого ключевого элемента.

Последовательные диодные ограничители

Как говорилось выше, ограничители бывают по максимуму, по минимуму и двухсторонние, которые ограничивают уровень сигнала сверху и снизу. Устройство последовательных диодных ограничителей довольно простое и оно основано на ключевом свойстве полупроводникового диода: в открытом состоянии диод пропускает электрический ток, а в закрытом – электрический ток через диод не проходит.

Последовательные диодные ограничители состоят из диода (VD1), источника смещения (E_CM) и сопротивления нагрузки (R1). Различие состоит в том, как подключен диод: в ограничителе по минимуму диод включен в прямом направлении, а в ограничителе по максимуму – в обратном направлении.

Рассмотрим принцип работы ограничителя по минимуму. При значении входного напряжения U_ВХ меньше, чем напряжение смещения Е_СМ, диод VD1 будет находиться в закрытом состоянии и напряжение на выходе U_ВЫХ будет соответствовать напряжению смещения. Как только входное напряжение превысит напряжение смещения, диод откроется и через него начнёт проходить электрический ток, а напряжение на выходе будет соответствовать входному напряжению.

Схема и эпюры напряжения последовательного ограничителя по минимуму.

Принцип работы ограничителя по максимуму состоит в следующем. При значении входного напряжения U_ВХ меньше напряжения смещения диод VD1 находится в открытом состоянии и напряжение на выходе U_ВЫХ будет равным напряжению смещения. Как только входное напряжение превысит значение напряжения смещения, диод откроется и выходное напряжение будет равным входному напряжению.

Схема и эпюры напряжения последовательного ограничителя по максимуму.

Для ограничения сигналов сверху и снизу используются двухсторонние ограничители, которые чаще всего состоят из двух последовательно включённых односторонних ограничителей.

Схема двухстороннего последовательного ограничителя и эпюры напряжения.

Принцип работы двухстороннего ограничителя заключается в следующем. Напряжение источников смещения выбирают так, чтобы в отсутствии входного сигнала диод VD2 был открыт (Е_СМ1СМ2). Уровень ограничения напряжения по максимуму определяется напряжением смещения Е_СМ2, а уровень ограничения по минимуму – напряжением в точке соединения диодов VD1 и VD2, которое соответствует напряжению отпирания диода VD1. Диод VD1 открывается, когда напряжение на входе превышает величину напряжения Е_СМ1. При этом напряжение на выходе ограничителя примерно равно напряжению на входе, а когда входное напряжение превышает величину Е_СМ2, то диод VD2 закрывается и напряжение на выходе будет равно напряжению Е_СМ2.

Довольно часто вместо предыдущей схемы используется эквивалентная схема двухстороннего ограничителя с общим источником смещения.

Схема двухстороннего последовательного ограничителя с общим источником смещения.

Расчёт данной схемы аналогичен предыдущей, если пересчитать её параметры с помощью следующих соотношений:

[math]R_{1}= \frac {R’_{1} R’_{2}}{R’_{1}+R’_{2}}; R_{2}=\frac {R’_{3} R’_{4}}{R’_{3}+R’_{4}}[/math]
[math]E_{CM1}= \frac {E R’_{2}}{R’_{1}+R’_{2}}; E_{CM2}=\frac {E R’_{4}}{R’_{3}+R’_{4}}[/math]

Расчёт последовательных диодных ограничителей

Простейший последовательный диодной ограничитель представляет собой схему, состоящую из диода VD1, включённого последовательно с резистором R1. Данная схема в отсутствии дополнительного источника напряжения смещения Е_см является ограничителем с нулевым уровнем ограничения. Фактически данная схема представляет собой диодный ключ, вследствие конечных значений сопротивления закрытого и открытого ключа, данную схему можно преобразовать в делитель напряжения на резисторах, а выходное напряжение тогда определится по следующей формуле:

[math]U_{BbIX}= \frac {U_{BX} * R1}{R_{VD} + R1}[/math]

• где U_BX – входное напряжение,
• R1 – сопротивление нагрузки,
• R_VD – сопротивление диода в прямом направлении.

В случае использования дополнительного источника напряжения смещения выходное напряжение определится по следующей формуле:

[math]U_{BbIX}= \frac {U_{BX} * R1 + E_{CM}*R_{VD}}{R_{VD} + R1}[/math]

• где Есм – напряжение смещения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что при сопротивлении нагрузки R1 >> R_VD, то есть чем больше сопротивление нагрузки R1 по отношению к сопротивлению диода в прямом направлении, тем больше напряжение на выходе соответствует входному напряжению.

Параллельные диодные ограничители

Так же как и последовательные диодные ограничители, параллельные диодные ограничители бывают по максимуму, по минимуму и двухсторонние. Основное отличие в принципе работы параллельных ограничителей от последовательных ограничителей состоит в том, что параллельные пропускают сигнал, когда диод находится в закрытом состоянии, и ограничивают, когда диод открыт.

Параллельные диодные ограничители в основном состоят из следующих элементов: источник напряжения смещения Е_СМ служит для установки уровня ограничения, сопротивление R1 создает вместе с диодом VD1 делитель напряжения и непосредственно диод VD1 выполняет роль ключевого элемента. Различие между ограничителями сверху и снизу, как уже говорилось выше, состоит в том, как подключен диод.

Рассмотрим схему и принцип работы параллельного ограничителя по минимуму. При значении входного напряжения U_ВХ меньше, чем напряжение смещения Е_СМ, диод VD1 будет находиться в открытом состоянии, а так как R1 и сопротивление диода в открытом состоянии невелико, то всё напряжение будет оставаться на сопротивлении R1, а на выходе напряжение U_ВЫХ будет равно сумме напряжений Е_СМ и падению напряжения на диоде. Как только входное напряжение превысит напряжение смещения, диод закроется и так как сопротивление диода в закрытом состоянии очень велико, то на выходе ограничителя будет напряжение равное входному напряжению.

Схема и эпюры напряжения параллельного ограничителя по минимуму.

Принцип работы параллельного ограничителя по максимуму отличается от параллельного ограничителя по минимуму только направлением включения диода. Таким образом, при входном напряжении U_ВХ меньшем напряжении смещения Е_СМ диод будет закрыт и всё входное напряжение будет приложено к нагрузке. Как только входное напряжение превысит значение равное сумме напряжения смещения и напряжения падения на диоде, то диод откроется, и напряжение на выходе останется равным сумме напряжения смещения и напряжения падения на диоде.

Схема и эпюры напряжения параллельного ограничителя по максимуму.

Как говорилось выше, существуют также двухсторонние ограничители параллельного типа, которые представляют собой последовательно соединенные параллельные ограничители по минимуму и по максимуму. По принципу работы двухсторонние ограничители аналогичны односторонним ограничителям, но в этом случае резистор R1 является общим для двух последовательно включенных ограничителей.

Схема и эпюры напряжения параллельного двухстороннего ограничителя.

Расчёт параллельных диодных ограничителей

Простейший параллельный диодный ограничитель представляет собой схему состоящую из диода VD1, включённого параллельно нагрузке и ограничительного резистора R1. В отсутствии источника напряжения смещения Е_см данная схема является амплитудным ограничителем с нулевым уровнем ограничения. Как и схема с последовательным диодом, данную схему можно представить в виде делителя напряжения на резисторах, в которой выходное напряжение будет равно:

[math]U_{BbIX}= \frac {U_{BX} * R_{VD}}{R_{VD} + R1}[/math]

• где U_BX – входное напряжение,
• R1 – ограничительный резистор,
• R_VD – сопротивление диода в обратном направлении.

В случае использования дополнительного источника напряжения смещения выходное напряжение определится по следующей формуле:

[math]U_{BbIX}=E_{CM} + \frac {U_{BX} * R_{VD}-E_{CM} * R_{VD}}{R_{VD} + R1}[/math]

• где Есм – напряжение смещения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что при сопротивлении нагрузки R1 VD, то есть чем меньше ограничительное сопротивление по отношению к сопротивлению диода в обратном направлении, тем напряжение на выходе больше соответствует входному напряжению.

Амплитудные ограничители находят самое широкое распространение в импульсных схемах и могут выполнять следующие функции:

• формирование импульсов с плоской вершиной;
• пропускание импульсов с определённой полярностью и амплитудой;
• формирование импульсов стандартной амплитуды;
• ограничение уровня сигнала для сокращения длительности фронта и среза;
• фиксирование уровня сигнала для поддержание напряжения и тока на заданном уровне;
• демпферирование колебаний ударного возбуждения в контурах.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.