Основы приема и обработки сигналов. Часть 4

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

В.С. Плаксиенко
Н.Е. Плаксиенко

ОСНОВЫ ПРИЕМА 

И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Часть 4

Учебное пособие

Таганрог 

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК 621.391.262(075.8)+621.391.24(075.8)
ББК 32.811я73

П-371

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Южного федерального университета

Рецензенты:

доктор технических наук, зав. кафедрой РЭС 

Института сферы обслуживания и предпринимательства

(филиал ДГТУ) Марчук В.И.;

доктор технических наук, профессор кафедры 

САУИРТСУ ИТА ЮФУ Гайдук А.Р.

Плаксиенко, В.С.

П371   Основы приема и обработки сигналов. Часть 4 : учебное 

пособие 
/
Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е. ; Южный 

федеральный университет. – Таганрог : Издательство Южного 
федерального университета, 2016. − 80 с.

ISBN 978-5-9275-2199-9

Анализируются
амплитудные
ограничители
на диодах и 

транзисторах, системы ручных и автоматических регулировок в 
радиоприемниках. 
Описаны 
системы
частотной 
и 
фазовой 

автоподстройки частоты, особенности настроек и регулировок в 
супергетеродинных приемниках.
Рассматриваются особенности 

построения радиовещательных радиоприемных устройств. 

Для студентов высших учебных заведений радиотехнических 

специальностей, обучающихся по направлениям ”Радиотехника” и 
”Инфокоммуникационные технологии и системы связи”.

ISBN 978-5-9275-2199-9
УДК 621.391.262(075.8)

+621.391.24(075.8)

ББК 32.811я73

Южный федеральный университет, 2016
Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е., 2016

11. Амплитудные ограничители

Ограничителем 
называют 
устройство, 
обеспечивающее 

постоянство выходного напряжения при изменении входного 
напряжения в определенных пределах[1-3,5]. Ограничители можно 
подразделить 
на 
ограничители 
мгновенных 
значений 
и 

амплитудные.

В 
ограничителях 
мгновенных 
значений
обеспечивается 

постоянство максимальных либо минимальных напряжений на 
выходе, либо и тех и других. На рис. 11.1,а приведена одна из 
возможных форм напряжения на входе ограничителя по максимуму 
и по минимуму с двумя порогами ограничения: Uпopmax и Uпopmin.

вх
U

U пор max

U пор min

U

t1
t2
t3
t4
t5

t1
t2
t3
t4
t5
t

a)

б)

t

U-пор max
 
-U пор min

вых

Рис. 11.1

На рис. 11.1,б показана форма ограниченного напряжения: в 

интервале времени от t2 до t3 напряжение uВХ превышает значение 
UПОРmax, при этом напряжение UВЫХ постоянно; в интервале от t4 до 
t5uВХ<Uпopmin, т. е. ограничитель обеспечивает на выходе постоянное 
(в частности, нулевое) напряжение. В интервале t1—t2 и t3—t4
напряжение uВЫХ повторяет форму напряжения uВХ. Особенность 
ограничителей мгновенных значений заключается в том, что 
напряжение на их выходе по форме отличается от входного 
напряжения; напряжение uВЫХ , как правило, имеет участки с 
постоянным напряжением.

Амплитудные ограничители (АО) служат для ограничения 

синусоидальных 
колебаний 
с 
медленно 
изменяющейся 

амплитудой. Диаграммы напряжений на входе и выходе АО 
показаны 
на 

рис. 11.2.

0

U вх
U вх

U
пор max

t

U вых
Uвых= const

t

R1

R2

R3

CЭ

Uвх

Eд

С
R
Ск

m1
Lк

Uк

m2
Uвых

Eк

Рис. 11.2                               Рис. 11.3

Напряжение на выходе АО постоянно по амплитуде, однако 

его фаза и частота при ограничении практически не изменяются. 
Такие ограничители устраняют только паразитную амплитудную 
модуляцию, не внося заметных искажений в частотную и фазовую 
модуляцию. Ограничители применяются в приемниках по той 
причине, что существующие частотные детекторы создают на 
выходе напряжение, как правило, одновременно зависящее как от 
частоты, так и от сопутствующей паразитной амплитудной 
модуляции, при наличии которой детекторы без АО дают 
неоднозначный результат.

Операция ограничения − нелинейная, при этом возникает ряд 

гармонических составляющих напряжения. Для обеспечения на 
выходе АО гармонического напряжения необходимо после 
нелинейного 
преобразования 
напряжения 
uВХ
осуществить 

фильтрацию первой гармоники входного колебания, поэтому схема 
АО включает в себя нелинейную цепь и фильтр, выделяющий 
первую гармонику тока на выходе цепи. Если из этого устройства 
исключить фильтр, то можно получить ограничитель мгновенных 

значений. 
В 
зависимости 
от 
вида 
нелинейной 
цепи 
АО 

подразделяются на диодные и транзисторные.

11.1. Диодные АО

Диодный АО (рис. 11.3) − резонансный одноконтурный 

усилитель с автотрансформаторными цепями связи контура с 
выходом транзистора и входом последующего каскада, в котором 
параллельно контуру подключен диод с источником постоянного 
смещения ЕД, (схема с фиксированным смещением). Вместо 
источника можно включить RС-цепь (схема с автоматическим 
смещением), напряжение ЕД получается за счет детектирования 
напряжения на контуре UК; так как постоянная времени ==RC
выбирается достаточно большой, то напряжение ЕД, при изменении 
огибающей напряжения на контуре, практически не меняется.

Принцип работы диодного АОсостоит в следующем. Если 

амплитуда напряжения на контуре UК<EД., то диод закрыт и не 
оказывает влияния на контур. В этом случае устройство работает 
как обычный усилитель и UК=K'0UВX, где К1

0 == UК/UВХ. Если 

UКEД, то диод открывается, его входное сопротивление начинает 
шунтировать контур, затухание последнего увеличивается, его 
эквивалентное сопротивление Rэ при резонансе уменьшается, 
следовательно, 
снижается 
коэффициент 
усиления 
К0, 
что 

обеспечивает примерное постоянство напряжения на выходе АО.

Основная зависимость АО − амплитудная характеристика 

(АХ), показывающая, как изменяется амплитуда выходного 
напряжения UK ~ UВЫХ при изменении напряжения UВХ на входе 
(рис. 11.4). Пороговое напряжение UПOР показывает, с какого 
входного напряжения усилитель начинает работать как АО.

Uк~Uвых

Uпор

0
Uвх

Идеальная АХ

Чем 
ближе 
АХ 
к 

идеальной 
(горизонтальная 

прямая), 
тем 
лучше 

ограничительные 
свойства 

АО. 

Форма 
амплитудной 

характеристики АО зависит от 
произведения RЭgД, где gД –

Рис. 11.4
входная проводимость диода. 
Чем 
больше 
произведение 

RЭgД, 
тем 
ближе 
АХ 
к 

идеальной.

11.2. Транзисторные АО

Существует несколько разновидностей транзисторных АО. 

Простейший 
транзисторный 
АО 
аналогичен 
обычному 

транзисторному усилителю. В отличие от усилителя транзистор АО 
работает 
в 
нелинейном 
режиме, 
для 
этого 
коллекторное 

напряжение Е берут несколько меньше, чем в обычном усилителе; 
напряжение UВХ
имеет достаточно большую амплитуду. На 

выходных характеристиках транзистора  iК =F(uКЭ) (рис. 11.5) 
построена 
динамическая 
характеристика 
переменного 
тока 

(нагрузочная 
прямая), 
угол 
наклона 
которой 
определяется 

сопротивлением RЭ контура.

Область запирания

Область насыщения

ik

Ik0

t

Uвх

t

U kэ

ik

Ukэ0

U''бэ=Uбэ0

U'бэ

U'''бэ

Рис. 11.5

При большой амплитуде UВХ наступает двусторонняя отсечка 

коллекторного тока, вызванная наличием областей запирания и 
насыщения. При этом ток iК
оказывается ограниченным по 

максимуму и по минимуму; резонансный контур выделяет первую 
гармонику коллекторного тока. При UВХ<UПОР (см. рис. 11.4) ток не 
имеет отсечки и напряжение UВЫХ растет пропорционально UВХ; 
при UВХ>UПОР появляется отсечка тока, рост амплитуды первой 
гармоники замедляется с увеличением UВХ, что обеспечивает в 
определенных пределах постоянство напряжения UВЫХ.

Схема 
АО
с 
переменным 
смещением 
показана 
на 

рис. 11.6. 

Режим работы транзистора определяется тремя источниками 

питания: E1, ЕНАЧ и ЕДОБ. (ЕСМ=Енач—ЕДОБ); полярность добавочного 
напряжения ЕДОБ обычно обратна полярности ЕНАЧ. Напряжение 
ЕДОБ вырабатывает АД, который детектирует, как правило, входное 
напряжение UВX.

УЭ

АД

Uвх

Uвх+Eсм

Eдоб

EНАЧ
E1

iвых

Uвых

Рис. 11.6

Напряжение ЕДОБ=F(UВХ): чем больше амплитуда входного 

сигнала, тем больше ЕДОБ. Допустим, что вначале амплитуда 
входного напряжения мала (рис. 11.7); при этом ЕДОБ0;  ECМ=EНАЧ. 
В этом случае АО работает как обычный усилитель (напряжение на 
транзисторе uC=uВХ+ЕСМ). 

iвых
iвых

0

Eнач

Eдоб

Eдоб

Eсм

Eсм

t

Uc
Uc
t
2
2

iвых max

iвых max

Рис. 11.7

При увеличении напряжения UВХ растет ЕДОБ, и поскольку 

полярность последнего обратная полярности ЕНАЧ, напряжение ECМ
уменьшается, и при больших значениях UВX наступает отсечка 
выходного тока iВЫХ. Чем больше напряжение UВХ, тем меньше 
угол отсечки  выходного тока транзистора. Однако одновременно 
с 
уменьшением 

при 
возрастании 
UВX
увеличивается 

максимальное значение импульса выходного тока   iвыхmax.

Таким образом, в АО с переменным смещением при 

увеличении UВX,
начиная с некоторого значения UВX=UПОР

происходит одновременное увеличение iВЫХmах и уменьшение . На 
выходе АО включен резонансный контур, выделяющий первую 
гармонику Im1 выходного тока; напряжение на выходе UВЫХ= Im1RЭ. 
Так 
как 

Im1= iвыхmах1(), где 1() − коэффициент первой гармоники, то с 
увеличением UВХ первая гармоника выходного тока увеличивается 
из-за роста iВЫХmах и одновременно уменьшается из-за уменьшения 
угла , при определенных условиях амплитуда первой гармоники 
тока Im1 остается примерно постоянной. 

Амплитудная характеристика АО с переменным смещением 

показана на рис. 11.8. 

~Uвых

Uпор

К''д<Kд опт

К'д>Kд опт

Kд опт

Uвх
0

Рис. 11.8

При коэффициенте передачи АД  KД= КДОПТ АХ наиболее 

близка к идеальной. При K1

Д> КДОПТ и увеличении UВХ напряжение 

ЕДОБ растет быстрее, чем при КДОПТ, при этом ток iвыхmax изменяется 
мало, а угол отсечки уменьшается быстро; по этой причине 
амплитуда тока Im1
при увеличении UВХ
уменьшается, и, 

следовательно, АХ будет иметь спадающий участок.

Выводы

1. АО обеспечивает постоянство амплитуды выходного 

гармонического колебания, но не изменяет частоту и фазу входного 
сигнала.

2. В 
диодном 
АО 
постоянство 
напряжения 
UВЫХ

обеспечивается при  UВХUПОР за счет шунтирования контура 
входным сопротивлением диода, которое возрастает по мере 
увеличения UВХ.

3. В АО с одним транзистором ограничение наступает при 

UВХUПОР, когда транзистор начинает работать в нелинейном 
режиме, характеризуемом появлением отсечки его коллекторного 
тока. При этом рост амплитуды первой гармоники Im1 замедляется, 
что ограничивает увеличение UВЫХ.

4. Смещение на транзисторе в АО с переменным смещением 

зависит 
от 
уровня 
входного 
сигнала, 
что 
обеспечивается 

включением во входную цепь транзистора АД. При UВХUПОР
наступает отсечка выходного тока АО. С увеличением UВХ