Электроника:Полупроводники/Диоды и выпрямители/Схемы фиксаторов уровня

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Схемы фиксаторов уровня[1]

Цепи, приведённые на рисунке 1 ниже известны как фиксаторы уровня или восстановители постоянной составляющей (если дословно с англ. то восстановители постоянного тока). Соответствующий список соединений SPICE также приведён ниже. Эти схемы фиксируют пик сигнала постоянного тока до определённого уровня по сравнению с сигналом с ёмкостной «связью», который колеблется около своего среднего уровня постоянного тока (обычно 0 В). Если диод убрать с фиксатора уровня, то в цепи будет обычная конденсаторная «связь» – без фиксации.

Что такое напряжение фиксации?

Что такое напряжение фиксации? И какой, собственно, пик фиксируется? На рисунке 1.а ниже напряжение фиксации равно 0 В без учёта падения напряжения на диоде (точнее, 0,7 В с учётом падением напряжения, если диод кремниевый).

Анализ работы цепи фиксатора уровня

На рисунке 2 ниже положительный пик V(1) зафиксирован на фиксаторе уровней 0 В (0,7 В). Почему так? В первом положительном полупериоде диод заряжает левую пластину конденсатора до +5 В (4,3 В). Это установит -5 В (-4,3 В) на правой пластине в V(1,4).

Обратите внимание на полярность, указанную на конденсаторе на рисунке 1.а ниже. На правом выводе конденсатора напряжение -5 В постоянного тока (-4,3 В) относительно «земли». Он также имеет пиковую синусоидальную волну 5 В переменного тока, передаваемую через него от источника V(4) к узлу 1. Сложение обоих составляет пиковое синусоидальное напряжение 5 В на уровне -5 В постоянного тока (-4,3 В). Диод проводит последовательные положительные отклонения от источника V(4), только если пик V(4) превышает заряд конденсатора. Это происходит только в том случае, если заряд конденсатора истощился из-за нагрузки, которая на схеме не указана. Заряд конденсатора равен положительному пику V(4) (без падения на диоде 0,7). Переменный ток на отрицательном (правом) выводе смещается вниз. Положительный пик сигнала ограничивается 0 В (0,7 В), потому что диод проводит только на положительном пике.

Рис. 1. Фиксаторы уровня: (а) Положительный пик, ограниченный до 0 В. (б) Отрицательный пик, ограниченный до 0 В. (в) Отрицательный пик, ограниченный до 5 В.
Рис. 2. V(4) – пиковое напряжение 5 В источника, используемое во всех фиксаторах. V(1) – выходное напряжение фиксатора уровня на рисунке 1.а выше. V(1,4) –напряжение постоянного тока на конденсаторе на рисунке 1.а. V(2) – выходное напряжение фиксатора уровня на рисунке 1.б. V(3) – выходное напряжение фиксатора уровня на рисунке 1.в.
* SPICE 03443.eps
V1 6 0 5
D1 6 3 diode
C1 4 3 1000p
D2 0 2 diode
C2 4 2 1000p
C3 4 1 1000p
D3 1 0 diode
V2 4 0 SIN (0 5 1k)
.model diode d
.tran 0,01m 5m
.end

Предположим, что полярность диода изменена, как показано на рисунке 1.б выше. Диод проводит на отрицательном пике V(4) источника. Отрицательный пик фиксируется на уровне 0 В (-0,7 В). См. V(2) на рисунке 2 выше.

Наиболее общая реализация фиксатора уровня показана на рисунке 1.в выше с диодом, подключённым к источнику постоянного тока. Зарядка конденсатора происходит и во время отрицательного пика источника. Обратите внимание, что полярности источника переменного тока и опорного напряжения постоянного тока взаимодополняемы. Таким образом, конденсатор заряжается до суммы обоих напряжений до 10 В постоянного тока (9,3 В). Соединение пикового синусоидального сигнала 5 В через конденсатор даёт приведённый выше рисунок V(3), сложение заряда на конденсаторе и синусоиды. Отрицательный пик, по-видимому, ограничен 5 В постоянного тока (4,3 В), значением опорного напряжения постоянного тока (без падения напряжения на диодах).

Попробуйте описать форму волны, если опорное значение фиксатора постоянного тока изменяется с 5 В на 10 В. Фиксированная волна сдвигается вверх. Отрицательный пик будет ограничен 10 В (9,3). А если предположить, что амплитуда источника синусоидальной волны увеличена с 5 В до 7 В? Уровень ограничения отрицательного пика останется неизменным. Однако амплитуда выходного синусоидального сигнала будет увеличиваться.

Схемы с фиксаторами уровня как восстановители постоянной составляющей

Схема фиксатора применяется в качестве «восстановителя постоянного тока» в схемах с «композитным видеосигналом», например, как в телевизионных передатчиках, так и в приёмниках. «Уровень белого» видеосигнала NTSC (в соответствии с видеостандартом США) соответствует минимальной (12,5%) передаваемой мощности. «Уровень чёрного» в видеосигнале соответствует высокому уровню (75%) мощности передатчика. Существует даже «уровень чернее чёрного», соответствующий 100% передаваемой мощности, назначенной для сигналов синхронизации. Сигнал NTSC содержит как видеосигнал, так и импульсы для синхронизации.

Проблема с композитным видеосигналом заключается в том, что тут средний уровень постоянного тока меняется в зависимости от сцены (насколько она тёмная или светлая). А сам видеосигнал будет разным. Однако синхронизация всегда должна достигать 100%. Чтобы предотвратить отставание синхросигналов при смене сцен, «устройство восстановления постоянного тока» ограничивает верхнюю часть синхроимпульсов до напряжения, соответствующего 100% модуляции передатчика.

Итог

  • Сигнал с ёмкостной «связью» чередуется со своим средним уровнем постоянного тока (0 В).
  • Сигнал из фиксатора уровня выглядит так, что один пик ограничен постоянным напряжением. Пример: отрицательный пик зафиксирован на уровне 0 В постоянного тока, форма волны, кажется смещённой вверх. Полярность диода определяет, какой именно пик будет зафиксирован.
  • Применение фиксатора уровня или устройства восстановления постоянной составляющей заключается в ограничении синхроимпульсов композитного видеосигнала до напряжения, соответствующего 100% мощности передатчика.

См.также

Внешние ссылки