Схемы фиксаторов уровня

Добавлено 6 марта 2017 в 20:42

Схемы на рисунке ниже известны, как фиксаторы уровня или восстановители постоянной составляющей.

Соответствующий список соединений приведен ниже. Эти схемы привязывают пик формы сигнала к определенному уровню постоянного напряжения по сравнению с сигналом, который проходит через емкостную связь и колеблется около своего среднего уровня постоянного напряжения (обычно около 0В). Если из фиксатора уровня удалить диод, то он станет просто разделительным конденсатором – без фиксации уровня.

Что такое напряжение фиксации? И какой пик фиксируется? На рисунке ниже (a) напряжение фиксации, игнорируя падение напряжения на диоде, равно 0В (более точно 0,7В с учетом падения напряжения на кремниевом диоде).

На рисунке ниже положительный пик напряжения V(1) фиксируется на уровне фиксации 0В (0,7В). Почему так? На первом положительном полупериоде диод проводит ток, заряжая левый конец конденсатора до +5В (4,3В). Это –5В (–4,3В) на правом конце для V(1,4).

Обратите внимание на обозначенную полярность конденсатора на рисунке ниже (a). На правом конце конденсатора –5В(пост) (–4,3В) относительно корпуса. На нем также присутствует пик 5В синусоиды, проходящей через него от источника V(4) к узлу 1. Здесь 5-вольтовый пик синусоиды накладывается на уровень –5В (–4,3В) постоянного напряжения. Диод пропускает последующие положительные полуволны источника V(4), только если пик V(4) превышает заряд на конденсаторе. Это случается, только если заряд с конденсатора стекает в нагрузку, которая здесь не показана. Заряд на конденсаторе равен положительному пику V(4) (уменьшенному на падение напряжения на диоде, 0,7В). Переменное напряжение на отрицательном (правом) выводе конденсатора смещается вниз. Положительный пик сигнала фиксируется на уровне 0В (0,7В), так как диод пропускает через себя положительный пик.

Фиксаторы уровня: (a) Положительный пик фиксируется на уровне 0В. (b) Отрицательный пик фиксируется на уровне 0В. (c) Отрицательный пик фиксируется на уровне 5В.

*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

Пик 5В источника напряжения V(4) используется во всех фиксаторах уровня. Выход V(1) фиксатора уровня на рисунке выше (a). Постоянное напряжение V(1,4) на конденсаторе на рисунке (a). Выход V(2) фиксатора уровня с рисунка (b). Выход V(3) фиксатора уровня с рисунка (c).

Предположим, что полярность диода изменена, как показано на рисунке выше (b)? Диод будет проводить через себя отрицательный пик источника V(4).

Отрицательный пик фиксируется на уровне 0В (–0,7В). Смотрите V(2) на рисунке выше.

Наиболее общая реализация фиксатора уровня показана на рисунке выше (c) с диодом, подключенным источнику опорного постоянного напряжения. Конденсатор по-прежнему заряжается во время отрицательных пиков источника. Обратите внимание, что полярности источника переменного напряжения и источника опорного постоянного напряжения последовательно дополняют друг друга. Таким образом, конденсатор заряжается до суммы этих двух напряжений, до 10В_пост (9,3В). После конденсатора достигается привязка отрицательных пиков синусоиды к уровню 5В.

На рисунке выше V(3) – сумма заряда на конденсаторе и синусоиды. Отрицательный пик фиксируется на уровне 5В_пост (4,3В), на значении опорного постоянного напряжения фиксации (уменьшенного на величину прямого напряжения диода).

Опишите форму сигнала, если опорное постоянное напряжение фиксации изменится с 5В до 10В. Фиксированный сигнал будет сдвинут вверх. Отрицательный пик будет зафиксирован на уровне 10В (9,3В). Предположим, что амплитуда синусоидального сигнала увеличится с 5В до 7В? Уровень фиксации отрицательного пика останется неизменным. Однако, амплитуда синусоиды на выходе увеличится.

Применением схемы фиксатора уровня является "восстановитель постоянной составляющей" в схемах работы с "композитным видеосигналом" и в передатчиках, и в приемниках. В видеосигнале NTSC (видеостандарт США) "уровень белого" соответствует минимальной (12,5%) передаваемой мощности. "Уровень черного" соответствует высокому уровню (75%) мощности передатчика. Существует еще "уровень чернее черного", соответствующий 100% передаваемой мощности и предназначенный для сигналов синхронизации. NTSC сигнал содержит как видео, так и импульсы синхронизации. Проблема с композитным видеосигналом заключается в том, что его средний уровень постоянной составляющей меняется вместе со сценой, темной или светлой. Само видео должно меняться. Однако, синхронизация должна быть пиком на 100%. Чтобы предотвратить дрейф синхросигналов при изменении сцен, "восстановитель постоянной составляющей" фиксирует верхнюю часть синхроимпульсов на напряжении, соответствующем 100% модуляции передатчика.

Подведем итоги

Сигнал, прошедший через разделительный конденсатор, изменяется относительно среднего уровня постоянного напряжения (0В).
В выходном сигнале фиксатора уровня один из пиков зафиксирован на заданном уровне постоянного напряжения. Например, если отрицательный пик зафиксирован на уровне 0В_пост, диаграмма сигнала сдвигается вверх. Полярность диода определяет, какой пик будет зафиксирован.
Применением фиксатора уровня, или восстановителя постоянной составляющей, является фиксирование синхроимпульсов композитного видеосигнала на напряжении, соответствующем 100% мощности передатчика.

Подведем итоги

Теги