Получение сигналов прямоугольной формы
Рис. 57. Ограниченная синусоида (рис. 56, б) усиливается (а), а затем вновь подвергается ограничению (б). В результате получается колебание, по своей форме близкое к прямоугольным сигналам.
Рис. 58. Усилитель-ограничитель на двух транзисторах с эмиттерной связью: когда напряжение на входе положительное, запирается транзистор Т2, когда отрицательное — запирается транзистор T1.
Л. — Правильно. Ты очень хорошо нарисовал выходной сигнал — фронты сигнала не отвесные (отвесными они могут быть только в том случае, если амплитуда UBX очень велика по сравнению с U). Поэтому, когда требуются сигналы более приближающиеся к прямоугольной форме (как показано на рис. 57), часто приходится вновь усиливать и затем еще раз ограничивать сигнал, полученный после первого ограничения.
Н. Мне в голову пришла гениальная идея! Если сигнал нужно усиливать и ограничивать, то нельзя ли обе операции выполнить одновременно? Я вспоминаю, что перегруженный усилитель имеет тенденцию срезать верхушки сигналов.
Л. — Совершенно верно. Именно так часто осуществляют ограничение сигналов. Очень хорошо справляется с такой задачей усилитель, схему которого я для тебя нарисовал на рис. 58*
Н. — Почему ты поставил транзисторы n-р-n?
Л. — Потому что легче рассуждать, когда имеешь дело с положительными напряжениями. Кроме того, эту схему без изменений можно сделать на лампах (замену номиналов резисторов вряд ли следует считать изменением схемы). И, наконец, по той причине, что все шире используемые кремниевые транзисторы на 80% относятся к типу n-р-n. Итак, перейдем к анализу схемы. Когда UBX становится положительным, ток проводит транзистор Т1, потенциалы эмиттеров повышаются и транзистор Т2 запирается. Когда UBX становится отрицательным, ток проводит транзистор Т2, потенциалы эмиттеров становятся близкими к нулю и запирается транзистор Т1. Я подал на общий для эмиттеров резистор R3 отрицательный потенциал, чтобы по R3 протекал определенный ток даже в том случае, когда потенциал эмиттеров близок к потенциалу корпуса. На рис. 59 я вычертил кривую зависимости потенциала коллектора транзистора Т2 (UK2) от потенциала базы транзистора Тх (Uб1).
Рис. 59. Кривая изменения напряжения на коллекторе транзистора Т2 в схеме на рис. 58 в зависимости от напряжения Uб1 характеризует эффективность ограничения.
Рис. 60. При использовании напряжения коллектора транзистора Т1 в качестве выходного напряжения схема хуже осуществляет ограничение сигналов, так как при положительном напряжении Uвх транзистор Т1 остается не запертым.
Н. — Да, я вижу. Когда напряжение UBX положительно, транзистор Т2 заперт, а потенциал его коллектора UK2 равен Е. Но как найти величину его потенциала (Uк2)мин, когда UBXимеет отрицательный знак, иначе говоря, когда транзистор Т1 заперт?
Л. — Элементарно просто, дорогой доктор Уотсон,.. прости,.. Незнайкин! Если транзистор Т2 пропускает ток, то можно считать потенциал его базы равным потенциалу его эмиттера; следовательно, мы можем считать, что потенциал эмиттера транзистора Т2 равен нулю (равен потенциалу корпуса). Ток в резисторе R3 равен U/R3, и таким же будет ток коллектора (всегда следует предполагать, что в нормально работающем транзисторе токи коллектора и эмиттера равны). Значит падение напряжения на R2 будет:
а минимальный потенциал коллектора Т2 UK2МИн будет равен: 
Н. — А какую роль играет резистор R1? Л. — Он делает схему симметричной. Обычно сопротивление этого резистора равно сопротивлению резистора R2. Можно также использовать напряжение коллектора Т1 в качестве выходного напряжения, но это нецелесообразно, потому что одна площадка графика зависимости потенциала коллектора Тх (UK1) от потенциала базы Т1 (Uб1) (рис. 60) не горизонтальна. В самом деле, когда UBX имеет положительный знак, его изменения сказываются на величине тока Т1.
Как ты видишь, когда в этой схеме UBX имеет отрицательный знак, Т1 заперт и UBX не влияет ни на UK1, ни на UK2. Когда UBX имеет положительный знак, величина UBX влияет на величину UK1 транзистора Т1, но не влияет на Uk2, так как Т2 заперт.
Н. — В принципе эта схема не так уж симметрична, а затем я обнаружил у нее один недостаток: переход выходного напряжения с Uк2мин до E происходит не так быстро, особенно в тех случаях, когда входное напряжение имеет умеренную величину (что довольно разумно для напряжения базы транзистора). А как называется твоя схема?
Л. — Название довольно странное: LTP — это сокращенный вариант английского выражения Long Tailed Pair (пара с длинным хвостом), отражающего наглядное представление пары транзисторов с длинным хвостом в виде большого резистора. Твое же замечание относительно скорости перехода напряжения от U к2мин до Е совершенно справедливо. Иногда это явление мешает, но скоро мы увидим, как это препятствие можно устранить.