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    限幅器的作用
    來源:武華科技   發布時間:2015-11-26  瀏覽數:2511    【收藏本頁】

    什么是限幅器

    微波限幅器是一種自控衰減器, 是一種功率調制器件。當信號輸入功率較小時無衰減通過,當輸入功率增大到超過某一值時,衰減會迅速增大,這一功率值稱為門限電平,輸入功率超過門限電平后,輸出功率不再增加。實際工作中,限幅器基本上都是為整機需要而專門設計的。常用于微波掃頻信號源或相位檢測系統中,使輸出信號幅度保持穩定。功率限幅器設計用于通信、遙感、雷達系統和高頻儀器領域電子元件的輸入保護。它針對不同的工作頻率、需承受的微波功率、微波脈沖寬度、占空比等要求進行設計.微波限幅器通常用在接收機的放大器或混頻器的前面保護它們,免受強信號的影響而燒毀。在掃頻儀或測相系統中可使輸出幅度保持恒定。限幅器一般由輸入端口和輸出端口上的隔直流電容器和集成式二極管限幅器電路組成。集成電路包含著透過50歐姆傳輸線并聯的平面摻雜阻擋層(PDB)或Schottky二極管。限幅器在低輸入電平時有很低的插入損耗和線性特性,可提供對瞬態或短時間過載的保護。它們有很低的插入損耗和回波損耗,可為您的設備提供安全保護,避免因過大射頻功率、直流電壓瞬變或靜電放電(ESD)導致損壞。

    微波限幅器主要參數定義

    1.限幅電平:限幅器開始限幅時的功率值。

    2.插入損耗:輸入電平低于門限電平時輸入信號損耗,一般在-10dBm下測試。

    3.承受功率:能承受的最大輸入功率(脈沖功率,脈沖平均功率,連續波功率)。

    4.恢復時間:以輸入脈沖終止開始,到限幅器損耗比插入損耗大3dB為止的時間。

     

    限幅器原理是什么?

    理想限幅器是一個無記憶的非線性電路。理想限幅器應具有放大和限幅的雙重功能,且要求其放大量為無窮大、限幅是瞬時的。通常限幅器是由非線性限幅器件和一個帶通濾波器組成,調頻波通過它時,首先由非線性器件將其超過限幅電平E的那部分幅度切去,然后經帶通濾波器濾出其基波分量,以使輸出電壓的頻率仍和輸入的頻率一致。實際設計中,我們采用在一個近似中頻帶寬的限幅器中加入適量的正反饋,就能夠明顯地改善它的削弱比,起到幾級無正反饋但其它結構相同的限幅器的作用。

    限幅器常用在接收設備的前級,對超過門限的大功率輸入信號限幅,起到保護后級敏感電路和器件的作用。限幅器的峰值輸入功率是在脈沖調制占空比為1%(脈寬10μS,6GHz 以下;脈寬1μS,6GHz 以上)的條件下測試的結果。插損和駐波比是在輸入連續波功率-10dBm的條件下測試的結果。

     

    壓縮/限幅器的調整及應用

     

    人類的聽感動態范圍能承受的最大響度和能感受的最安靜聲音響度的范圍可達100萬:1(即106倍)聽感的動態范圍達120dB。擴聲系統聲音重放的動態范圍由于受電子設備的限制,遠比人耳的動態范圍小很多。最低聲音的響受系統中不相關噪聲的限制,使小的聲音信號淹沒在噪聲中而無法聽到;最大聲音的響度受信號削波的限制,使音樂信號中的特大峰值被“砍頭”(削波)

    ,不僅

    產生嚴重的削波失真,而且信號削波后產生大量諧波,損壞揚聲器單元(尤其是高音揚聲器)。為此,在控制信號動態范圍中,信號動態處理裝置得到了廣泛應用。簡單地說,它是一種限制音頻信號動態范圍的電子裝置,把安靜的小信號變得更響,把高幅度的尖峰信號變得更小些,并且不產生信號削波,保護揚聲器和功放免受沖擊和損壞。

    壓縮/限幅器和擴展器使擴聲系統的實際得益包括:

    (1) 限制了音樂信號中極大的峰值信號,保護揚聲器系統和功放系統免受損壞。

    (2) 可獲得更大的聲音增益,因為壓低了信號峰值,可使節目信號的中的其他幅度較小的信號得到充分的提升。

    (3) 使節目中的小信號不會落到調音臺的噪聲中去,提高了節目信號的信號噪聲比。

    它們的負面影響是:如果這些裝置之中的四個基本參數(門檻電平、壓縮比、起控時間和釋放時間)調

    整得不適當時,會出現“泵浦聲”、

    “呼吸聲”或根本沒法對信號的動

    態范圍進行控制。

    根據壓縮/限幅器的特殊功

    能,必須對裝置的四個參數進行

    適當的調節,這些參數的功能和

    含意如下:

    1. 門檻電平

    (Threshold):壓縮器的門檻規定

    為不受壓縮影響的最高輸入信號

    電平。門檻電平以上的輸入信號

    將會受到系統增益減少的壓縮。

    這個參數在壓縮/限幅器中都是

    可調節的。如果門檻電平調整得過高,并超過系統的削波電平,

    那么壓縮/限幅器對信號不起控制作用,因為信號在門檻電平之前已補削波了。門檻電平的調節范圍一般是-40dBU至+20dBU,電平調節到低于-40dBu時,它就成為一種“電平控制器”了,使大、小信號都被壓縮、減少了信號的動態范圍,降低了平均聲壓級。此控制器是設置壓縮/限幅器對信號開始起作用的電平,與輸入增遞控制聯合使用。壓縮/限幅器的門檻電平控制可以調到適應寬的信號動態電平范圍。當作保護揚聲的限幅器使用時,門檻電平應設置的較高,否則會大大地降低系統應有的動態范圍,使聲音變得干癟無味。

    2. 壓縮比(Ratio):是一種減小增益的度量。2:1的壓縮比是指輸入信號超過門檻電平時,輸入增加2dB時,允許輸出電平僅增加1dB。1:1的壓縮比意味著壓縮器被旁通(不起作用),壓縮比的調節范圍是1.5:1至∞:1,其中1.5:1至10:1之間稱為壓縮器,10:1至∞1之間稱為限幅器。

    根據壓縮/限幅器門檻處壓縮特性的變化率又可分為“硬”(拐點)限幅和“軟”(拐點)限幅兩種。限幅器必須有足夠的控制率,保證信號不被削波,因些通常都為“硬”拐點限幅,如果調得不適當將會引入可聞的“咯答”泵浦聲。壓縮比的設置取決于壓縮器的使用場合。1:1的壓縮比意味著沒有施加壓縮。作為大部份自然聲的壓縮,使用的是小于10:1的壓縮比(軟壓縮)。大于10:1的壓縮比(硬限幅)均作限幅器作用。∞:1的壓縮比使輸出信號不能超過門檻電平。

    3. 起控時間(Attack Time):當發生信號過載時,壓縮/限幅器需經多長時間才能控制信號,這段時間稱為起控時間。起控時間性的調節范圍是500ms到10ms之間,為阻止瞬間過載,必須有一個比過載時間更快的上升時間和起控時間,最快的上升時間可按系統的最高頻率分之一來確定,但是,快的起控時間會引入可聞的“咯答”泵浦聲,如果使用“軟拐點”能緩和過渡特性,可使“咯答聲”減到最小。學了消除“咯答聲”,通常寧可把起動作時間調得大一些,讓極短暫的瞬間峰值不限制的通過(因為極短暫的瞬間峰值信號削波后產生的諧波能量不足以燒壞揚聲器單元)。較短的起動時間設置可使壓限器,快速跟蹤短暫的瞬變信號,但會使聲音出現“喀、喀”的泵浦聲或呼吸聲。較長的起動時間可免除泵浦聲和呼吸聲,但會漏掉對短暫的瞬變信號的壓縮,然而可使輸出的聲音更自然。因此,作為保護揚聲器使用時,通常主設置在10ms-40ms的范圍。

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