8.7. АМПЛИТУДНОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ

В радиотехнике часто возникает необходимость устранить нежелательные изменения амплитуды высокочастотного колебания, возникающие из-за накладки помех на радиосигнал, при передаче частотно-модулированных колебаний через избирательные цепи и т. д.

Для этого широко используются амплитудные ограничители, представляющие собой сочетание нелинейного элемента и избирательной нагрузки. Вольт-амперная характеристика нелинейного элемента должна иметь четко выраженную горизонтальную часть, а полоса пропускания избирательной цепи должна быть не шире той, которая требуется для передачи информации, содержащейся в частоте (или фазе) ограничиваемого колебания. В качестве амплитудного ограничителя может быть использован, в частности, обычный нелинейный резонансный усилитель, рассмотренный в § 8.5, в режиме работы, показанном на рис. 8.18.

Пусть к ограничителю подводится колебание вида

(8.39)

причем изменение огибающей является нежелательным, паразитным фактором. Если это изменение не выходит за пределы горизонтального участка характеристики (и), как это показано на рис. 8,18, то импульсы тока имеют одинаковую амплитуду, независимо от Несколько изменяется лишь ширина вершины импульсов. Поэтому можно в первом приближении считать, что амплитуда первой гармоники, а следовательно, и амплитуда напряжения на колебательном контуре являются в некотором интервале изменения амплитуды постоянными величинами.

Характеристику ограничителя с избирательной нагрузкой, обеспечивающей отфильтровываяие высших гармоник, можно представить в виде, изображенном на рис. 8.19. Через Епор обозначено пороговое значение амплитуды входного напряжения, начиная с которого обеспечивается полное ограничение на уровне .

При амплитуда на выходе почти не изменяется. Фаза же первой гармоники тока и соответственно выходного напряжения совпадает с фазой напряжения на входе ограничителя.

Поэтому для выходного напряжения можно написать следующее выражение:

Амплитуда выходного напряжения определяется параметрами нелинейного элемента и избирательной нагрузки. Для схемы, изображенной на рис. 8.15, б, где — амплитуда первой гармоники, определяемая с учетом уплощения вершины импульса, — эквивалентное резонансное сопротивление контура.

Для ряда практических задач особый интерес представляет воздействие на амплитудный ограничитель двух сигналов с близкими частотами.

Пусть, например, определяемое выражением (8.39) напряжение является суммой двух гармонических колебаний:

Каждое из этих напряжений, действуя отдельно, создает на выходе ограничителя простое гармоническое колебание с частотой (или ) и с амплитудой

Рис. 8.18. Режим работы ограничителя амплитуды

Рис. 8.19. Характеристика резонансного ограничителя

Рис. 8.20. Бигармоническое напряжение на входе амплитудного ограничителя

Иная картина получается при одновременном воздействии на ограничитель двух гармонических напряжений. Для определения напряжения на выходе ограничителя входное колебание необходимо привести к виду выражения (8.39).

Для этого обозначим и сделаем в (8.41) следующую подстановку:

Тогда

Рассматривая множители при как медленно меняющиеся функции времени (поскольку ), представим последнее выражение в несколько иной форме

где огибающая результирующего напряжения определяется выражением

(8.44)

а фаза

Суммарное напряжение на входе ограничителя показано на рис. 8.20, а векторная диаграмма напряжений — на рис. 8.21.

Огибающая имеет максимальное значение, равное и минимальное, равное .

Допустим, что так что условие ограничения выполняется для всех значений, которые может принимать амплитуда входного напряжения (см. рис. 8.20). Тогда напряжение на выходе по аналогии с (8.40) можно записать в виде

Получается фазомодулированное колебание, которое в отличие от входного напряжения может иметь широкий спектр.

Рис. 8.21. К определению параметров колебания на выходе амплитудного ограничителя

Рис. 8.22. Спектры колебаний на входе и выходе резонансного ограничителя при бигармоническом воздействии

Для определения амплитуд отдельных составляющих этого спектра можно воспользоваться теорией частотно-модулированных колебаний, изложенной в гл. 3.

Не приводя здесь подробного анализа, облегчаем задачу, допустив, что . При этом выражение (8.44) упрощается:

напряжение на выходе

Здесь использовано обозначение

которое подчеркивает, что отношение амплитуд имеет в данном случае смысл индекса фазовой модуляции (см. § 3.4).

Выражение (8.46) полностью совпадает с (3.25), из чего следует, что спектр выходного напряжения при состоит из трех составляющих с частотами (см. рис. 3.15, а). Первые две частоты присутствуют на входе ограничителя, а третья является продуктом взаимодействия входных колебаний в нелинейном элементе. Соотношение спектров на входе и выходе ограничителя при показано на рис. 8.22 (без учета знака минус перед спектральной составляющей ). Частота является «зеркальной» по отношению к частоте

Колебания с частотами представляют собой помеху на выходе ограничителя, а колебание с частотой — полезный сигнал. Суммарная мощность помехи , а полезного сигнала , следовательно, отношение сигнал-помеха равно . На входе ограничителя аналогичное отношение равно . Таким образом, слабое колебание подавляется более сильным.

В заключение следует отметить, что приведенные выше рассуждения справедливы и для необходимо лишь на рис. 8.22 поменять местами зеркальные частоты.