限幅器的作用

什么是限幅器
微波限幅器是一种自控衰减器, 是一种功率调制器件。

当信号输入功率较小时无衰减通过，当输入功率增大到超过某一值时，衰减会迅速增大，这一功率值称为门限电平，输入功率超过门限电平后，输出功率不再增加。

实际工作中，限幅器基本上都是为整机需要而专门设计的。

常用于微波扫频信号源或相位检测系统中，使输出信号幅度保持稳定。

功率限幅器设计用于通信、遥感、雷达系统和高频仪器领域电子元件的输入保护。

它针对不同的工作频率、需承受的微波功率、微波脉冲宽度、占空比等要求进行设计.微波限幅器通常用在接收机的放大器或混频器的前面保护它们，免受强信号的影响而烧毁。

在扫频仪或测相系统中可使输出幅度保持恒定。

限幅器一般由输入端口和输出端口上的隔直流电容器和集成式二极管限幅器电路组成。

集成电路包含着透过50欧姆传输线并联的平面掺杂阻挡层(PDB)或Schottky二极管。

限幅器在低输入电平时有很低的插入损耗和线性特性，可提供对瞬态或短时间过载的保护。

它们有很低的插入损耗和回波损耗，可为您的设备提供安全保护，避免因过大射频功率、直流电压瞬变或静电放电(ESD)导致损坏。

微波限幅器主要参数定义
1.限幅电平：限幅器开始限幅时的功率值。

2.插入损耗：输入电平低于门限电平时输入信号损耗，一般在-10dBm 下测试。

3.承受功率：能承受的最大输入功率（脉冲功率，脉冲平均功率，连续波功率）。

4.恢复时间：以输入脉冲终止开始，到限幅器损耗比插入损耗大3dB为止的时间。

限幅器原理是什么?
理想限幅器是一个无记忆的非线性电路。

理想限幅器应具有放大和限幅的双重功能，且要求其放大量为无穷大、限幅是瞬时的。

通常限幅器是由非线性限幅器件和一个带通滤波器组成，调频波通过它时，首先由非线性器件将其超过限幅电平E的那部分幅度切去，然后经带通滤波器滤出其基波分量，以使输出电压的频率仍和输入的频率一致。

实际设计中，我们采用在一个近似中频带宽的限幅器中加入适量的正反馈，就能够明显地改善它的削弱比，起到几级无正反馈但其它结构相同的限幅器的作用。

限幅器常用在接收设备的前级，对超过门限的大功率输入信号限幅，起到保护后级敏感电路和器件的作用。

限幅器的峰值输入功率是在脉冲调制占空比为1%(脉宽10μS，6GHz 以下；脉宽1μS，6GHz 以上)的条件下测试的结果。

插损和驻波比是在输入连续波功率-10dBm的条件下测试的结果。

压缩/限幅器的调整及应用
人类的听感动态范围能承受的最大响度和能感受的最安静声音响度的范围可达100万：1（即106倍）听感的动态范围达120dB。

扩声系统声音重放的动态范围由于受电子设备的限制，远比人耳的动态范围小很多。

最低声音的响受系统中不相关噪声的限制，使小的声音信号淹没在噪声中而无法听到；最大声音的响度受信号削波的限制，使音乐信号中的特大峰值被“砍头”（削波），不仅
产生严重的削波失真，而且信号削波后产生大量谐波，损坏扬声器单元（尤其是高音扬声器）。

为此，在控制信号动态范围中，信号动态处理装置得到了广泛应用。

简单地说，它是一种限制音频信号动态范围的电子装置，把安静的小信号变得更响，把高幅度的尖峰信号变得更小些，并且不产生信号削波，保护扬声器和功放免受冲击和损坏。

压缩/限幅器和扩展器使扩声系统的实际得益包括：
（1）限制了音乐信号中极大的峰值信号，保护扬声器系统和功放系统免受损坏。

（2）可获得更大的声音增益，因为压低了信号峰值，可使节目信号的中的其他幅度较小的信号得到充分的提升。

（3）使节目中的小信号不会落到调音台的噪声中去，提高了节目信号的信号噪声比。

它们的负面影响是：如果这些装置之中的四个基本参数（门槛电平、压缩比、起控时间和释放时间）调
整得不适当时，会出现“泵浦声”、
“呼吸声”或根本没法对信号的动
态范围进行控制。

根据压缩/限幅器的特殊功
能，必须对装置的四个参数进行
适当的调节，这些参数的功能和
含意如下：
1．门槛电平
（Threshold）：压缩器的门槛规定
为不受压缩影响的最高输入信号
电平。

门槛电平以上的输入信号
将会受到系统增益减少的压缩。

这个参数在压缩/限幅器中都是
可调节的。

如果门槛电平调整得
过高，并超过系统的削波电平，
那么压缩/限幅器对信号不起控制作用，因为信号在门槛电平之前已补削波了。

门槛电平的调节范围一般是-40dBU至+20dBU，电平调节到低于-40dBu时，它就成为一种“电平控制器”了，使大、小信号都被压缩、减少了信号的动态范围，降低了平均声压级。

此控制器是设置压缩/限幅器对信号开始起作用的电平，与输入增递控制联合使用。

压缩/限幅器的门槛电平控制可以调到适应宽的信号动态电平范围。

当作保护扬声的限幅器使用时，门槛电平应设置的较高，否则会大大地降低系统应有的动态范围，使声音变得干瘪无味。

2．压缩比（Ratio）：是一种减小增益的度量。

2：1的压缩比是指输入信号超过门槛电平时，输入增加2dB时，允许输出电平仅增加1dB。

1：1的压缩比意味着压缩器被旁通（不起作用），压缩比的调节范围是1.5：1至∞：1，其中1.5：1至10：1之间称为压缩器，10：1至∞1之间称为限幅器。

根据压缩/限幅器门槛处压缩特性的变化率又可分为“硬”（拐点）限幅和“软”（拐点）限幅两种。

限幅器必须有足够的控制率，保证信号不被削波，因些通常都为“硬”拐点限幅，如果调得不适当将会引入可闻的“咯答”泵浦声。

压缩比的设置取决于压缩器的使用场合。

1：1的压缩比意味着没有施加压缩。

作为大部份自然声的压缩，使用的是小于10：1的压缩比（软压缩）。

大于10：1的压缩比（硬限幅）均作限幅器作用。

∞：1的压缩比使输出信号不能超过门槛电平。

3．起控时间（Attack Time）：当发生信号过载时，压缩/限幅器需经多长时间才能控制信号，这段时间称为起控时间。

起控时间性的调节范围是500ms 到10ms之间，为阻止瞬间过载，必须有一个比过载时间更快的上升时间和起控时间，最快的上升时间可按系统的最高频率分之一来确定，但是，快的起控时间会引入可闻的“咯答”泵浦声，如果使用“软拐点”能缓和过渡特性，可使“咯答声”减到最小。

学了消除“咯答声”，通常宁可把起动作时间调得大一些，让极短暂的瞬间峰值不限制的通过（因为极短暂的瞬间峰值信号削波后产生的谐波能量不足以烧坏扬声器单元）。

较短的起动时间设置可使压限器，快速跟踪短暂的瞬变信号，但会使声音出现“喀、喀”的泵浦声或呼吸声。

较长的起动时间可免除泵浦声和呼吸声，但会漏掉对短暂的瞬变信号的压缩，然而可使输出的声音更自然。

因此，作为保护扬声器使用时，通常主设置在10ms-40ms的范围。

释放时间（Release Time）：过载信号结束后，压缩/限幅器需要化多长时间才能消除控制，这是影响音质的极重要参数，一般的调节范围是（100ms至3S，释放时间太短时，限幅器的作用使声音发生不连贯并且失真加大，如果太长，限幅器会发生短暂的“呼吸声”。

对于讲话、声音，以100ms至500ms的释放时间较合适，对于器乐来说，则需要更长的释放时间。

释放时间越长，压缩/限幅产生的失真越小。

较快的释放时间，能保护信号原来的动态范围。

但会导致出现泵浦声或呼吸声。

增大释放时间，可有效地减小呼吸声、泵浦声，平滑压缩压器输出，减少信号失真，但会影响乐器声的尾音部分的发挥。

通常设置的范围为200ms~800ms。

释放时间包括保持时间和控制电压消失的时间两部分，在压缩/限幅器中没有明确规定它们的分段标准，但它仍然是一种有效的参数，足够长的保持时间可保持铜钹、三角叉某乐器的重要尾音，此外保持时间越长，压缩/限幅器的动态失真越小，还可使操作者对节目的动态更精确的剪裁和压缩，一般它的可调节范围从50ms至1S。

讲话节目需要的保持时间最短，独奏乐器的颤音源有1-2秒的时间才能使声音更好。