Быстродействующий ограничитель работает как схема формирования импульсов

Analog Devices AD8045

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2020

Усилители с положительной обратной связью являются основой схем формирования импульсов, используемых для восстановления сигналов. Эти устройства работают подобно триггеру, в котором входной сигнал пересекает уровень входного порога; в большинстве случаев входной сигнал является сигналом напряжения. Самым известным из этих триггеров является триггер Шмитта, который недавно отметил свое 80-летие. В 1938 году американский ученый Otto Herbert Schmitt создал триггер Шмитта в виде двухкаскадного усилителя с обратной связью по току. Двумя активными устройствами были электронные лампы.

Преимущество триггера Шмитта заключается в очень малом, почти не зависящем от скорости изменения входного сигнала времени переключения выхода. Одним из важных его свойств является гистерезис в характеристике ввода/вывода. Другими словами, до положительного перехода выходного напряжения порог сдвинут к более высокому значению, а когда уровень выхода становится высоким, смещается к более низкому значению. Для триггера Шмитта, собранного из дискретных компонентов, можно установить величину гистерезиса – от нуля до защелкивания. Схемы с триггерами Шмитта находят широкое применение в логических микросхемах, в которых гистерезис фиксирован и достаточно высок.

Альтернативно, в качестве схемы формирователя импульсов можно использовать быстродействующий ограничитель напряжения или фиксатор уровня. Диапазон входных напряжений будет уже, чем у схем, основанных на триггере Шмитта, так как при низких входных напряжениях ограничение напряжения прекращается, и схема работает как линейный усилитель. С другой стороны, из-за ее негистерезисного поведения порог входного напряжения точен и одинаков для обоих направлений изменения выходного сигнала. Один из примеров такой схемы показан на Рисунке 1. Ограничитель напряжения на Рисунке 1 представляет собой инвертирующий усилитель с сильно нелинейной отрицательной обратной связью. Для выходных напряжений в диапазоне от –0.3 В до +0.6 В импеданс обратной связи высок, так как ни один из диодов не проводит ток. Эти границы напряжения определяются величиной прямого падения напряжения на выбранных диодах Шоттки. Коэффициент усиления напряжения инвертирующего усилителя почти равен коэффициенту усиления операционного усилителя без обратной связи.

Нелинейная обратная связь в этой схеме ограничителя создается диодами. В одном направлении сигнал обратной связи проходит через один диод, в другом - через два диода. Конфигурация с двумя диодами обеспечивает более чистое переключение.
Рисунок 1. Нелинейная обратная связь в этой схеме ограничителя создается диодами.
В одном направлении сигнал обратной связи проходит через один диод, в другом
– через два диода. Конфигурация с двумя диодами обеспечивает более чистое
переключение.

Всякий раз, когда выходное напряжение оказывается за пределами этой границы, диоды D1 и D2 или диод D3, в зависимости от полярности выходного напряжения, начинают проводить ток. Тогда дифференциальное усиление усилителя падает до значения –RI/2RD и –RI/RD, соответственно, где RD – эквивалентное последовательное сопротивление одного диода. Результатом является ограничение выходного напряжения примерно до 0.8 В и –0.4 В, происходящее даже при больших входных напряжениях. Для схемы на рисунке был выбран сверхбыстродействующий операционный усилитель AD8045 компании Analog Devices, поскольку его скорость нарастания превышает 1 В/нс.

Схема на Рисунке 1 имеет конфигурацию с асимметричным ограничением (используются диоды, обведенные на схеме пунктирной линией). Для сравнения можно добавить четвертый диод (D4), заменив диодную сборку прибором с другим суффиксом (см. примечание на схеме). Схема ограничителя, содержащая D1, D2 и RT1, обеспечивает более хорошую изоляцию между выходом и входом операционного усилителя, чем одиночный диод D3. Когда D3 включен, на осциллограмме выходного сигнала наблюдаются небольшие, слабо затухающие колебания на частоте приблизительно 200 МГц. В начале включения диодов D1 и D2 колебания проявляются меньше.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices AD8045
  2. Datasheet Broadcom HSMS-282L

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: High-speed clamp functions as pulse-forming circuit

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

39 предложений от 25 поставщиков
Операционный усилитель бипл., 1000 МГц, 1350 В/мкс, Uсм = 0,2 мВ, 8 мкВ/°С, 3 нВ/VГц, Iвх = 2000 нА, Iвых =...
AD8045ARDZ
Analog Devices
103 ₽
ЭИК
Россия
AD8045ACPZ-REEL7
Analog Devices
от 129 ₽
Интерия
Россия и страны СНГ
AD8045ARDZ
Analog Devices
по запросу
AD8045ARD
Analog Devices
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя