如何限制放大信号的幅度
出处:维库电子市场网 发布于:2024-12-02 16:46:26
然而,在某些情况下,设计需要一个对输出信号施加限制的放大器。我的意思是:对于小输入信号,增益是某个值。随着输入幅度的增加,该增益或多或少保持不变,这很好——也许下游电路可以容忍相当宽的输入幅度范围。但在某些时候,放大器需要停止放大,因为如果输入幅度超过某个阈值,下游组件将表现不佳(或者可能根本不表现)。以这种方式工作的放大器称为限制器,因为它还通过将非线性响应纳入其传递函数来限制输出幅度。
应用领域
上一段解释了限制器的一般应用。它基本上是实现自动增益控制(AGC)的一种更直接的方法,尽管限制器不称为 AGC 电路,并且有充分的理由 — AGC 使用反馈来确保输出信号始终具有一定的幅度,而限制器仅确保输出不超过一定幅度。尽管如此,总体思路是相似的:提供放大的输出,对于可能的输入幅度的整个范围,该输出保持在下游电路的动态范围内。此类应用的一个具体示例是 RF 接收器电路,其中使用限制器来保护敏感的低噪声放大器免受意外高幅度信号的影响。
限制器的一个不太明显但仍然很重要的应用是在模拟振荡器电路中。如果您读过负反馈系列,您就会知道负反馈会导致电路变得不稳定。换句话说,如果反馈网络设计不当,输入的变化可能会导致输出振荡幅度增大,直到放大器饱和。
这里是:
然而,随着输出增加,D2 阳极的电压相对于运算放大器反相输入的电压开始增加。终二极管两端的电压将达到~0.6V,并且二极管将开始导通。当 D2 导通时,R F被旁路,运算放大器成为电压跟随器,换句话说,增益降低,输出幅度受到限制。下图显示了此行为。
输入电压下降,因此输出电压上升。 D2 阳极的电压也在增加,当输入电压达到约 –0.4V 时,D2 两端的电压足够高,足以使二极管开始导通。然后 D2 两端的电压趋于平稳,正如我们对正向偏置二极管所期望的那样。下图证实输出电压也趋于平稳。
设计细节
使用R F和R1设置非限制增益;正如您在上面的示意图中看到的,我的电路设置为非限制增益 10。下一个任务是建立正负电压限制。如果您思考该电路几分钟,您会发现 R4 和 R5 形成分压器,这样 D2 阳极电压(以及扩展的正极限电压)将取决于 R4 与 R5 的比率。类似地,D1 阴极电压(以及扩展的负极限电压)取决于 R3 与 R2 的比率。完整的方程(由微电子电路提供)如下:
$$负\极限=V_{SUPPLY_{NEG}}\frac{R3}{R2}-V_{DIODE}\left(1+\frac{R3}{R2}\right)$$
$$正\极限=V_{SUPPLY_{POS}}\frac{R4}{R5}+V_{DIODE}\left(1+\frac{R4}{R5}\right)$$
我计算了 +5V 和 –5V 限制的电阻值。下图显示电路按预期工作;不同的迹线是输入信号幅度范围从 0.1 V 到 1.1 V 的输出信号。我真的很欣赏从线性行为到限制行为的平滑过渡。
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