WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 


«(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Н.М.КУЛИКОВСКАЯ, Н.Ю.ЛАХТИНА, А.Я.ПИКОВСКЛЯ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ по курсу ЭЛЕКТРОНИКА Утверждено в качестве учебного пособия редсоветом МАДИ(ГТУ) ...»

московский

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Н.М.КУЛИКОВСКАЯ, Н.Ю.ЛАХТИНА,

А.Я.ПИКОВСКЛЯ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ

по курсу

"ЭЛЕКТРОНИКА"

Утверждено

в качестве учебного пособия

редсоветом МАДИ(ГТУ)

МОСКВА 2003

УДК 621 38

ББК 32.85

Куликовская Н.М., Лахтина Н.Ю., Пиковская А.Я .

Конспект лекций по курсу "Электроника". - М.: МАДИ, 2003 - 60 с .

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. МАИ В.А.Савинов, канд. техн .

наук, доц МАДИ Н.В. Михайлова В конспекте лекций изложены принципы действия и характеристи­ ки основных полупроводниковых приборов, рассмотрены некоторые схемы аналоговых электронных устройств (усилителей, источников вторичного электропитания), а также схемы импульсной техники .

Конспект лекций предназначен для студентов всех специально­ стей МАДИ .

Глава 1 написана канд. техн. наук, доц. Куликовской Н.М и канд .

техн. наук, доц. Лахтиной Н.Ю., глава 2 - канд. техн. наук, доц. Лахтиной Н.Ю. и канд техн. наук, доц. Пиковской А.Я., глава 3 - канд. техн. наук, доц. Куликовской Н.М., глава 4 - канд. техн. наук, доц. Пиковской А.Я, © Московский автомобильно-дорожный институт (государственный технический университет), 2003

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ



1.1. Особенности проводимости полупроводниковых материалов Как известно из курса физики, собственная проводимость полупро­ водниковых материалов складывается из двух составляющих, равных по величине: электронной и дырочной. В полупроводниковых приборах используются полупроводниковые материалы, в которые введены при­ меси. Если вводится примесь, валентность которой на единицу больше валентности полупроводника, в последнем усиливается электронная проводимость. Такая примесь называется донорной. И полупроводник получил название - типа "п". Основными носителями в таком полупро­ воднике являются электроны. Дырочная проводимость остается на уровне собственной, и дырки в таком полупроводнике - неосновные носители .

Если вводится примесь, валентность которой на единицу меньше валентности полупроводника, усиливается дырочная проводимость. В этом случае в полупроводнике типа "р" основными носителями тока являются дырки, а неосновными электроны .

1.2. Электронно-дырочный р-п-переход Электронно-дырочным переходом называют границу между двумя о б л а с т я м и полупроводника с разными типами проводимости (см рис 1.1) .

При образовании р-п-перехода основные носители области "р" дырки - диффунцируют в область "п", где их концентрация мала Ос­ новные носители области "п" - электроны - диффунцируют в область р по той же причине .

На границе двух областей выделяются некомпенсированные за­ ряды атомов примесей (неподвижные ионы) .

На переходе возникает разность потенциалов (потенциальный барьер), который препятствует дальнейшей диффузии основных но­ сителей, и образуется область, обедненная на переходе носителями тока (запирающий слой), поэтому сопротивление р-п-перехода воз­ растает до сотен кОм .

–  –  –

Для неосновных носителей тока областей "р" и "п" возникающее на переходе поле Епер является ускоряющим и эти носители переме­ щаются из одной области в другую .

Если к р-п-переходу приложено внешнее напряжение, то в зави­ симости от его полярности сопротивление перехода резко изменяется (см. рис. 1.2) .





Рис. 1.2. Напряжение на р-п-переходе:

а - прямое; б - обратное Напряжение с полярностью (см. 1.2,а) называют прямым. Внеш­ нее напряжение компенсирует потенциальный барьер, и в цепи проте­ кает ток основных и неосновных носителей 1пп .

Напряжение с полярностью (см. 1.2,6) увеличивает потенциаль­ ный б а р ь е р, ширина запирающего слоя возрастает, и ток в цепи воз­ никает только за счет движения неосновных носителей 1обр

Рис. 1.3. Вольт-амперная характеристика р-п-перехода

На рис. 1.3 приведена вольтамперная характеристика р-п-перехода Ее основной особенностью является нелинейная зависимость меж­ ду током и напряжением. Вследствие этого сопротивление р-п-перехода не является постоянным, а зависит от приложенного напряжения При увеличении обратного напряжения сверх допустимого возни­ кает электрический пробой, который обратим, т е. при снятии обратно­ го напряжения свойства р-п-перехода восстанавливаются Если же обратный ток превышает допустимую величину, электрический пробой переходит в тепловой, который разрушает структуру р-п-перехода Поскольку на р-п-переходе образуется слой, обедненный носите­ лями тока, на переходе возникает барьерная емкость. При увеличении обратного напряжения ширина запирающего слоя растет и емкость уменьшается

1.3. Выпрямительные диоды Выпрямительные диоды изготавливаются на основе р-п-перехода .

обладающего вентильным свойством .

При приложении прямого напряжения сопротивление р-п-перехода мало и во внешней цепи протекает ток (вентиль отперт), а при приложении обратного напряжения сопротивление р-п-перехода возрастает до МОм и тока во внешней цепи практически нет (вентиль заперт) .

Вольт-амперная характеристика вентильного диода приведена на рис. 1.4,а, а его изображение на схемах показано на рис. 1.4,6 .

–  –  –

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

а) максимально допустимое обратное напряжение иобрдоп, после которого возникает электрический пробой и нарушаются вентильные свойства диода;

б) 1пр - ток, протекающий через диод при прямом напряжении око­ ло 1 В;

в) 1обр.макс - ТОК неосновных носителей при приложении обратного напряжения;

г) Рд - дифференциальное сопротивление при прямом вкпючении р _ ^1 (рис. 1.4,а); определяется на линейном участке вольтамД'пр перной характеристики диода;

Д) Спер - емкость перехода .

Вентильные диоды применяются в выпрямительных схемах, схе­ мах ограничения напряжения и т.д .

–  –  –

Стабилитрон - полупроводниковый диод, выполненный по специ­ альной технологии и предназначенный для поддержания напряжения при изменении тока в цепи. Для получения режима стабилизации на стабилитрон подают обратное напряжение, и рабочим участком стаби­ литрона является режим электрического пробоя. Вольт-амперная ха­ рактеристика стабилитрона показана на рис. 1.5,а, а его изображение на схемах на рис, 1.5,6. На рис. 1.5,а показаны основные параметры стабилитрона .

–  –  –

1. Напряжение стабилизации - Уст В .

2. Минимальный ток стабилизации - 1ст мин

3. Максимальный ток стабилизации - 1ст макс, после достижения ко­ торого электрический пробой переходит в тепловой и структура р-пперехода разрушается 4 Д и ф ф е р е н ц и а л ь н о е сопротивление диода на участке стабили­ зации Стабилитроны применяются в схемах стабилизаторов напряже­ ния, для ограничения напряжения по амплитуде и т.д .

1.5. Биполярный транзистор Биполярный транзистор представляет собой два р-п-перехода В зависимости от того, как расположены р- и п- области, различают два типа транзисторов: р-п-р и п-р-п (см. рис. 1.6). Транзисторы р-п-р и п-рп работают одинаково, аналогично строятся и электронные схемы на них. Различие состоит лишь в полярности приложенных напряжений, а, соответственно, в направлении токов, протекающих через транзистор .

–  –  –

Электроды транзистора имеют следующие названия: Б - база, Э эмиттер, К - коллектор .

Рассмотрим работу транзистора р-п-р (см. рис. 1.7). р-п-переход между эмиттером и базой называется эмиттерным переходом, а р-ппереход между базой и коллектором - коллекторным. Эмиттер является источником носителей заряда, а, следовательно, тока в транзисторе .

Чтобы основные носители эмиттера (дырки) из эмиттера могли перейти в базу, эмиттерный переход должен быть включен прямо. Для этого ме­ жду базой и эмиттером включают внешний источник напряжения Уэ-вДырки, пришедшие из эмиттера в базу, частично рекомбинируют с элек­ тронами базы, но, так как толщина базы и концентрация электронов в базе малы, основная часть дырок из эмиттера проходят базу и подходят к коллекторному переходу. Дырки для базы являются неосновными но­ сителями, поэтому для их перехода в коллектор коллекторный переход должен быть включен обратно. Для этого между базой и коллектором включают внешний источник напряжения УК-Б- На места рекомбинированных в базе электронов приходят новые электроны от источника Уэ-вДвижение этих электронов создает базовый ток 1Б .

–  –  –

Таким образом, ток, протекающий через эмиттерный вывод тран­ зистора 1э, оказывается равным сумме токов, протекающих через его коллекторный 1к и базовый 1Б выводы:

1э = 1к + 1БОтметим, что при токе эмиттера 1э = О в цепи коллектора протека­ ет небольшой ток 1ко. обусловленный неосновными носителями об­ ратно включенного коллекторного перехода. Этот ток называется теп­ ловым током коллектора, так как его величина сильно зависит от тем­ пературы При повышении температуры количество неосновных носи­ телей заряда увеличивается и ток 1ко резко возрастает. Тепловой кол­ лекторный ток составляет 10... 100 мкА у германиевых и 0,1.10 мкА у кремниевых транзисторов .

Различают следующие схемы включения транзистора: о общей ба­ зой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) (см рис 1 8) Схемы, как правило, рисуют так, что слева находятся входные це­ пи, а справа - выходные. Например, для схемы с ОЭ база является входной цепью, коллектор - выходной, а эмиттер - общим для вход­ ной и выходной цепи. Соответственно, базовый ток 1Б является вход­ ным током, коллекторный ток 1к - выходным, напряжение между базой и эмиттером УБ-Э - входным напряжением, а напряжение между кол­ лектором и эмиттером Ук-э - выходным .

Связь между приращениями выходного и входного тока транзи­ стора характеризует коэффициент передачи тока. Этот коэффициент зависит от схемы включения транзистора. Для схемы с ОБ этот коэффициент равен

–  –  –

Рис. 1.8. Схемы включения транзистора:

а - с общей базой; б - с общим эмиттером; в - с общим коллектором Как следует из формул, транзистор усиливает ток только в схемах с ОЭ и ОК. Схема с ОБ усиления по току не дает. В качестве основной в электронных устройствах используется схема включения транзисто­ ра с ОЭ .

Рассмотрим статические вольт-амперные характеристики транзи­ стора, включенного по схеме с ОЭ (см. рис. 1,9) .

Зависимость 1^ = '^{иБ-э)ик э сопз! называется семейством вход­ ных характеристик. Зависимость 1к = ^(ик-э)|5 сопз! называется се­

–  –  –

Рис. 1.9. Статические вольт-амперные характеристики транзистора а - входная, б - выходные характеристики Для каждого транзистора существуют предельно допустимые зна­ чения токов и напряжений, превышать которые нельзя. Существует ограничение по коллекторному току 'к ^ 'Ктах .

которое обусловлено допустимым перегревом коллекторного перехо­ да. Нельзя также превышать напряжение на коллекторе ^К-Э ^ ^К-Этах • так как в противном случае произойдет пробой коллекторного перехо­ да Для предотвращения перегрева коллекторного перехода необхо­ димо, чтобы выделяемая в нем мощность не превышала некоторого максимального значения Для увеличения допустимой мощности коллектора Рктаж в мощных транзисторах коллектор для улучшения теппоотвода соединяют с ме­ таллическим корпусом транзистора, а сам транзистор монтируют на специальном радиаторе. Значения 1ктах, ик-Этах, Рктах даются в спра­ вочнике. Они ограничивают рабочую область транзистора (см. рис. 1.10) .

Р,

–  –  –

Частотные свойства транзистора определяются зависимостью ко­ эффициента передачи тока р от частоты (см. рис. 1.11). Сравнить два транзистора по частотным свойствам можно по частоте (р, на которой значение Ртах уменьшается в л/2 раз .

Частота !р называется граничной частотой усиления транзистора, включенного по схеме с ОЭ, и дается в справочниках .

Рис. 1.11. Частотные свойства транзистора 1.6. Т р а н з и с т о р н ы й ключ

Транзисторный ключ предназначен для коммутации электронных цепей. Схема транзисторного ключа мало отличается от усилителя, выполненного по схеме с общим эмиттером (рис. 1 12,а) Однако тран­ зистор работает в ключевом режиме, характеризуемом двумя состоя­ ниями: транзистор закрыт или открыт. Первое состояние называется режимом отсечки, а второе - режимом насыщения. Закрыть или от­ крыть транзистор можно, подавая на его базу напряжение соответст­ вующей полярности и величины .

–  –  –

В режиме отсечки ток базы 1к = О и рабочая точка находится в по­ ложении 1 (рис. 1.12,6). Коллекторный ток равен тепловому току тран­ зистора 1к = 1ко, а напряжение на выходе ключа ^вых = ^К-Э отс. = Ек - •ко • .

В режиме насыщения транзистор полностью открыт, и рабочая точка находится в положении 2. Коллекторный ток равен току насы­ щения 1к = 1кн, а выходное напряжение ключа ^вых = ^К-Э н = Ек - 'кн Р^К * О Чтобы полностью открыть транзистор и ввести его в режим насы­ щения, необходимо обеспечить входной базовый ток ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

2.1. Классификация электронных усилителей Усилителями называются устройства, предназначенные для уси­ ления электрического сигнала. Различают усилители напряжения, то­ ка и мощности. Усилители напряжения усиливают напряжение, пода­ ваемое на его вход. Усилители тока применяются в тех случаях, когда в нагрузочном устройстве (реле, индикатор тока) требуется получить значительный ток. Усилителями мощности обычно являются выход­ ные (оконечные) мощные каскады, обеспечивающие получение мак­ симально возможной мощности нагрузочного устройства .

Усиление того или иного параметра электрического сигнала зави­ сит от соотношения сопротивлений источника усиливаемого сигнала Рист. входного и выходного сопротивлений усилителя Рвх, Рвых и со­ противления нагрузки Рн- Для усиления напряжения в усилителе не­ обходимо выполнение соотношений Рвх » Рист, Рвых « Рн, для усиле­ ния тока - Рвх « Рист. Рвых » Рн, а для усиления мощности Рвх = Рист, Рвых - Рнв зависимости от частоты усиливаемого сигнала различают: усили­ тели постоянного или медленно изменяющегося сигнала (УПТ), усили­ тели низкой частоты (УНЧ) для усиления сигналов в диапазоне звуковой частоты (от десятков герц до 15...20 кГц), усилители вьюокой частоты (УВЧ) для усиления сигналов в диапазоне частот от десятков килогерц до десятков и сотен мегагерц .

Электронные усилители могут быть построены на биполярных и полевых транзисторах, на операционном усилителе. Основной пара­ метр усилителя - коэффициент усиления. Коэффициент усиления усилителя по направлению определяется как К^, = У ^ " -. Часто коэффициент усиления определяется в децибелах (дБ). Ки, =201д-^^-^

–  –  –

Рис. 2.1. Структурная схема многокаскадного усилителя

2.2. У с и л и т е л ь низкой ч а с т о т ы на б и п о л я р н ы х транзисторах На биполярных транзисторах можно построить все виды усилите­ лей. Усилители различаются режимами или классами усиления Класс работы усилителя определяется положением рабочей точки на вход ной характеристике транзистора в режиме покоя, т.е. когда отсутству ет входной сигнал .

В классе А рабочая точка Р(А) выбирается посередине линейной части входной характеристики транзистора (см рис. 2.2). В классе А работают все УПТ, УНЧ и некоторые усилители мощности. Преимуще­ ством этого режима является отсутствие искажения формы усиливае­ мого сигнала при прохождении через усилитель, а недостатком - низкий коэффициент полезного действия г), определяемый как г) = .

"о где Рвых - выходная мощность усилителя, а Ро - мощность, потребляе­ мая усилителем от источника питания. Обычно т] таких усилителей не превышает 40% .

–  –  –

В классе В рабочую точку Р(В) выбирают вначале входной харак­ теристики транзистора (см. рис. 2.3). Класс В используется в усилите­ лях мощности, так как позволяет получить высокий коэффициент по­ лезного действия .

Схема УНЧ представлена на рис. 2.3 .

В УНЧ используется транзистор, включенный по схеме с ОЭ. Для усиления входного сигнала по напряжению в коллекторную цепь тран­ зистора включают резистор Рк. Источник коллекторного напряжения Ек называют источником питания. Величины Рк и Ек определяют уси­ лительный или динамический режим работы транзистора .

Для коллекторной цепи усилительного каскада можно записать уравнение ик-э=Ек-1кРк (1)

–  –  –

Это уравнение описывает выходную цепь транзистора и называ­ ется динамической характеристикой транзистора или линией нагрузки Построим эту прямую по двум точкам на выходных статических харак­ теристиках транзистора (см. рис. 2.4) при 1к = о, Ук-э = Ек; при Ук-з = О, 1к = ^г"Токи и напряжение в транзисторе связаны зависимостью (1) и оп­ ределяются по динамической характеристике .

УНЧ работает в классе А. Чтобы вывести рабочую точку на ли­ нейную часть входной характеристики, надо подать между базой и эмиттером транзистора постоянное напряжение УБ-ЭП (рис. 2 2). Это напряжение подается от источника Ек через делитель напряжения, со­ стоящий из резисторов Р1, Рг- При расчете делителя принимают 1Д»1БП; 1Д= (5.10)-1БП, где 1д - ток, протекающий через делитель;

1БП - ток базы в режиме покоя .

Пренебрегая током 1БП, МОЖНО записать Напряжение УБ-ЭП задает положение рабочей точки усилителя .

Рис. 2.4. Графоаналитический расчет усилителя На входе и выходе усилителя, как правило, ставятся раздели­ тельные емкости С1 и Сг. Назначение конденсатора С1 - не пропус­ кать на базу транзистора постоянное напряжение источника входного сигнала Увх В противном случае произойдет смещение рабочей точки усилителя .

Переменная составляющая сигнала Увх должна проходить через С1 без изменения. Емкость С2 ставится для разделения постоянной и переменной составляющих напряжения Ук-э транзистора. Переменная составляющая передается на нагрузку Рн, а постоянная задерживает­ ся емкостью Сг .

Рассмотрим работу транзисторного усилителя и произведем его графоаналитический расчет (рис. 2.4) .

Зададим положение рабочей точки Р на входной характеристике транзистора. На выходной характеристике положение рабочей точки определяется как точка пересечения линии нагрузки и статической ха­ рактеристики, снятой при базовом токе 1БП- Таким образом, в режиме покоя в транзисторе действуют постоянные токи и напряжения 1БП- 'КП, ив-эп, ик-эпПодадим на вход усилителя переменное напряжение с амплиту­ дой Увхгл, укладывающейся на линейной части входной характеристи­ ки (точки 1, 2). Теперь между базой и эмиттером действует сумма двух напряжений: постоянного ив-эп и переменного Увхт Изменение напряжения на базе транзистора вызовет изменение ба­ зового и коллекторного токов. Изменение базового тока от 1с1 (точка 1) до 1Б2 (точка 2) приведет к изменению коллекторного тока от 1к1 до 1к2 и соответствующему изменению выходного напряжения усилителя, сни­ маемого между коллектором и эмиттером транзистора Из рис 2 4 сле­ дует, что в однокаскадном усилителе входное УБ-Э И выходное Ук-э на­ пряжения сдвинуты по фазе на 180°, т.е.

находятся в противофазе Из графиков можно взять данные для расчета следующих параметров уси­ лителя:

1. Коэффициент усиления усилителя по напряжению 1^ _ Увыхт ^^И 2 Выходная мощность усилителя Рвых 2'вых ^-'вых ' 2 ''^т ^ в ы х т 3 Мощность, потребляемая усилителем от источника питания Рпот = 'кп Ек 4 Коэффициент полезного действия усилителя „ = ^вых.100% .

Р ' вх 2.2.1. Амплитудно-частотная характеристика усилителя .

Частотные искажения в усилителе Амплитудно-частотная характеристика усилителя (АЧХ) пред­ ставлена на рис 2.5,а Характеристика показывает, как меняется ко­ эффициент усиления усилителя в зависимости от частоты усиливае­ мого сигнала В области низких частот (НЧ) и высоких частот (84) АЧХ УНЧ име­ ет спады или "завалы". Эти "завалы" приводят к возникновению частотных искажений в усилителе. Действительно, при усилении сложного сигнала, имеющего широкий спектр частот, отдельные составляющие спектра будут усиливаться по-разному. В результате усиленный сигнал будет отличаться от входного, произойдет искажение формы выходно­ го сигнала. Искажения, вызванные неравномерностью АЧХ усилителя, называются частотными искажениями усилителя. Частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений КГ где Ко - коэффициент усиления усилителя на средних частотах (СЧ);

К( - коэффициент усиления на частоте ( .

Часто допустимое значение частотных искажений принимают равным л/2. Это значение М определяет верхнюю ^в и нижнюю гра­ ничные частоты усилителя. Диапазон частот ДТ = - называется полосой пропускания усилителя .

Рассмотрим причины, вызывающие неравномерность АЧХ усили­ теля .

На НЧ спад амплитудно-частотной характеристики УНЧ обуслов­ лен наличием разделительных конденсаторов С1, Сг (рис. 2.3) .

Рассмотрим, например, влияние емкости Сг на уменьшение ко­ эффициента усиления усилителя на низких частотах. Напряжение на нагрузке Рн можно записать как ^вых = и к - э - ^ х с где Ук-э - напряжение на выходе транзистора;

Ухе - падение напряжения на емкости Сг .

Учитывая, что У х е = Х с - 1 = (1/2л(с)-1, можно сказать, что при уменьшении частоты 1 возрастает сопротивление емкости Хс и паде­ ние напряжения на ней Ухе- При этом сопротивление на нагрузке уменьшается, а, следовательно, снижается и коэффициент усиления усилителя, равный К - ^вых ~ ивх • На уменьшение коэффициента усиления на высоких частотах (ВЧ) в основном влияют следующие факторы; уменьшение коэффи­ циента передачи по току р с увеличением частоты и наличие паразит­ ных емкостей в усилителе .

Как известно, с ростом частоты уменьшается величина р (см рис 1.11). Если уменьшаются усилительные свойства транзистора, то, естественно, уменьшается и коэффициент усиления усилителя, построенного на транзисторе. Транзистор д л я усилителя выбирает­ ся по частоте ^р, определяемой как в-1 где - верхняя граничная частота усилителя;

Мв - коэффициент частотных искажений на частоте (в На работу усилителя на ВЧ влияют также паразитные емкости, присутствующие в схеме. Это емкость монтажа С„, входная емкость усилителя Св/ емкость нагрузки Сн Суммарная емкость Со ~ См + Свх Сн оказывается включенной параллельно нагрузке (см рис. 2.3). При уве­ личении частоты емкостное сопротивление Хсо уменьшается и шунти­ рует сопротивление Рн, поэтому выходное напряжение, а, следова­ тельно, и коэффициент усиления снижаются .

На средних частотах (СЧ) емкости не оказывают влияния на рабо­ ту усилителя, так как на этих частотах сопротивление разделительных емкостей мало, а сопротивление емкости Со велико и она не оказыва­ ет шунтирующего действия на нагрузку. Коэффициент усиления на СЧ постоянен и равен К = ^^вых. № IIЛн^ = р. (^К II « и ) _ ^вх 'Б • ^вхус ус где (Рк II ^ н ) ~ параллельно включенные сопротивления Рк и Р„;

Рвх ус - входное сопротивление усилителя 2.2.2. Амплитудная характеристика усилителя .

Нелинейные искажения в усилителе Амплитудной характеристикой усилителя называется зависимость ивых = ^(ивх), представленная на рис. 2.5,6 .

Рис. 2.5. Характеристики усилителя:

а - амплитудно-частотная, 6 - амплитудная На характеристике можно выделить линейную часть (А-В). Если значения входного сигнала не выходят за интервал Уд ^ Ув. то связь между входным и выходным напряжением линейна: Увых = К • Увх Ко­ эффициент усиления можно определить как К = 1да .

В этом диапазоне входных сигналов усилитель работает без ис­ кажений формы выходного напряжения. Значения Уд и Ув определяют динамический диапазон усилителя г п ид Д = —• ив Если значения входного напряжения таковы, что выходят за ин­ тервал Уд - Ув, то связь между Увх и Увых нелинейная. В этом случае происходит искажение формы выходного сигнала усилителя. Искаже­ ния, возникающие в усилителе из-за нелинейности амплитудной ха­ рактеристики, называются нелинейными .

2.2.3. Обратные связи в усилителе Обратной связью называется передача части или всего выходного сигнала усилителя на его вход (см. рис. 2.6)

–  –  –

Различают отрицательную обратную связь ООО и положительную обратную связь ПОС ООО возникает в том случае, когда напряжение обратной связи Уос и входное напряжение усилителя находятся в противофазе ПОС возникает тогда, когда напряжение обратной связи Уос и входное напряжение усилителя Увх находятся в фазе .

Введение ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя где Коос - коэффициент усиления усилителя, охваченного ООС;

К - коэффициент усиления усилителя без ОС;

7 - коэффициент передачи цепи обратной связи, - ^^ос ^ и .

'вых у показывает, какая часть выходного напряжения усилителя подается на его вход При у = 1 весь выходной сигнал передается на вход уси­ лителя В этом случае введена стопроцентная обратная связь Введение ПОС увеличивает коэффициент усиления усилителя к Кпос = 1-уК Несмотря на снижение коэффициента усиления, ООС находит большое применение в усилителях, так как в результате ее введения существенно улучшаются свойства усилителя .

повышается стабильность коэффициента усиления усилителя при изменениях параметров транзистора, нестабильности источника питания и т.д.;

уменьшаются частотные искажения в усилителе, так как введение ООС увеличивает полосу пропускания усилителя (см. рис. 2.7,а);

уменьшаются нелинейные искажения в усилителе, так как увели­ чивается динамический диапазон усилителя (см. рис. 2.7,6);

увеличивается входное и уменьшается выходное сопротивления усилителя .

ПОС находит применение при построении схем генераторов на­ пряжения .

–  –  –

Рассмотрим схему транзисторного усилителя с обратной связью (см. рис. 2.8) .

Это ООС. так как напряжение обратной связи Уос и входное напря­ жение Увх находятся в противофазе. Действительно, Уос является частью выходного напряжения усилителя, а Увых и и^х в однокаскадном усилителе находятся в противофазе

–  –  –

Рос+^2' ивых 'Р^0С+«2' Отметим, что это обратная связь по переменному напряжению, так как постоянная составляющая выходного напряжения задержива­ ется конденсатором Сое и не поступает на вход усилителя

2.3. Усилители постоянного тока Усилитель постоянного тока (УПТ) должен обеспечивать требуе­ мый уровень усилений в области низкочастотных сигналов и сигналов постоянного тока (ш = 0) Амплитудно-частотная характеристика УПТ представлена на рис. 2 9. Поэтому во входных и выходных цепях УПТ, а также в межкаскадных соединениях не должны использоваться элементы, не пропускающие такие сигналы, т.е. конденсаторы или транс­ форматоры .

Рис. 2.9. Амплитудно-частотная характеристика УПТ

В этих усилителях используются непосредственные (гальваниче­ ские) связи .

Поэтому одновременно с полезным сигналом УПТ усиливают и те изменения напряжения, которые вызваны влиянием внутренних и внешних помех (колебания напряжения питания, температурная не­ стабильность параметров транзистора) .

Это приводит к тому, что на выходе усилителя имеется напряже­ ние даже при отсутствии сигнала на входе. При наличии же полезного входного сигнала сигнал помехи с ним суммируется, что вызывает ко­ лебания выходного напряжения. Изменение выходного напряжения при отсутствии сигнала на входе либо при постоянном значении вход­ ного сигнала называется дрейфом нуля .

Для повышения качества УПТ д р е й ф нуля необходимо снижать, для чего используются различные схемные методы .

Наиболее эффективным из них является использование диффе­ ренциальных (мостовых) схем, На рис. 2.10,а показана схема моста Уитстона. Источник питания схемы включен в диагональ а, Ь, сопротивление нагрузки Рн - в диа­ гональ с, д. Равновесие (баланс) моста - это такое состояние схемы, при котором Ун = О и 1н = О при Уп * 0 .

Это достигается при выполнении условия Р1 • РЗ = Р2 • Р4 .

Рис. 2.10. Дифференциальный усилитель:

а - мостовая схема постоянного тока;

б - симметричный дифференциальный каскад Особенность схемы заключается в том, что при изменении напряже­ ния питания, а также одинаковом изменении сопротивлений смежных плеч моста Рт и Рг или Рз и Р4 баланс моста не нарушается Схема про­ стейшего дифференциального каскада строится на базе мостовой схемы, в которой два смежных плеча Рз и Р4 заменены транзисторами VТ^ и VТ2 Транзисторы должны иметь одинаковые параметры Тогда и при из­ менении температуры и нестабильности напряжения источники питания изменения лУкэ! = Дикэг и А1к1 = А1к2, т.е. дрейф нуля отсутствует .

Дифференциальный усилитель имеет два входа. При подаче сигнала на вход 1 полярность (фаза) выходного сигнала совпадает с входным Вход 1 называют прямым входом. Если подать сигнал на вход 2, то по­ лярность выходного сигнала будет ему противоположна Вход 2 называ­ ют инвертирующим Питание дифференциального усиления осуществля­ ется от сдвоенного источника питания с заземленной средней точкой

2.4. О п е р а ц и о н н ы е у с и л и т е л и

–  –  –

ОУ имеет дифференциальный вход, т.е. Увых = К • (Увхг - ^в%^)• Напряжение на выходе Увых сдвинуто по ф а з е на 180° относи­ тельно Увх1, т.е. Увых = -К • Увхт Вход 1 называется инвертирующим и обозначается знаком инверсии .

Вход 2 называется неинвертирующим (прямым). Напряжения Увых и Увх2 совпадают по ф а з е, т е Увых = К • Увх2Питание ОУ осуществляется от двухполярного источника питания с напряжениями -Уп. Максимально возможное значение напря­ жения на выходе усилителя ивь,х тах = 0.9. 0,95 Уп Учитывая, что ко­ э ф ф и ц и е н т усиления ОУ очень велик, эти усилители всегда исполь­ зуют с глубокой отрицательной обратной связью .

При рассмотрении различных схем включения ОУ необходимо принимать во внимание два основных положения:

1) разность напряжений между входами ОУ равна нулю;

2) входы ОУ не потребляют тока (т.е входные токи ОУ равны нулю) .

Эти правила позволяют достаточно просто проанализировать ра­ боту основных схем включения ОУ .

–  –  –

кают нелинейные искажения сигнала. Очевидно, что чем меньше К^, тем шире линейный участок характеристики (рис. 2.12,6) Без отрица­ тельной обратной связи Ки очень велик, и ширина линейной области ничтожно мала .

Введение отрицательной обратной связи позволяет расширить не только линейную область передаточной характеристики, но и полосу частот усилителя (рис. 2.12,в) .

–  –  –

2.4.2. Неинвертирующий усилитель В неинвертирующем ОУ сигнал подается на прямой вход усилите­ ля (см. рис. 2.13,а). На инвертирующий вход при этом подается на­ пряжение ОС .

–  –  –

2.4.4. Дифференцирующий усилитель Дифференцирующий усилитель (см. рис. 2.15) строится на базе инвертирующего ОУ .

Для этой схемы 'вх-С —. 10С-- —, откуда Увых = -Р^С^Ур- .

Таким образом, выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного напряжения .

–  –  –

2.4.5. Интегрирующий ОУ Если цепь отрицательной обратной связи ОУ образуется конден­ сатором, то такая схема выполняет математическую операцию интег­ рирования по времени .

Схема интегратора показана на рис. 2.16,а .

–  –  –

Это линейно-возрастающее напряжение (рис. 2.16,6), скорость нарас­ тания которого Д1 РС На основе интеграторов строятся схемы генераторов линейновозрастающего (пилообразного) напряжения, используемого, напри­ мер, в осциллографах в качестве напряжения развертки .

3. ЭЛЕМЕНТЫ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ

3.1. Импульсные сигналы и их основные параметры В современных системах управления различными объектами, в устройствах вычислительной техники широко используются импульс­ ные сигналы .

Под импульсом понимают кратковременные отклонения напряже­ ния от некоторого постоянного уровня .

Различают импульсные сигналы по полярности (положительные или отрицательные); форме (прямоугольные, треугольные и т.д.); час­ тоте следования .

Для последовательности импульсов важным параметром являет­ ся скважность импульсных сигналов где Т - период следования импульсов;

- длительность одиночного импульса .

–  –  –

На рис. 3.1 указаны основные параметры одиночного импульса;

амплитуда Ут, длительность импульса {и, длительность фронта 1ф Длительность импульса определяется на уровне 0,1ит, а дли­ тельность фронта на уровнях О.Шт - 0,9 Ут, так как часто трудно оп­ ределить начало возникновения импульса .

3.2. Линейные цепи преобразования импульсных сигналов

–  –  –

Рис. 3.2. Р-С-цепи: а - дифференцирующая; б - интегрирующая

Дифференцирующие цепи могут выполнять следующие функции:

получение на выходе Р-С-цепи напряжения равного производной от входного;

укорочение по длительности входного импульса;

передача входного импульса на выход с минимальными искаже­ ниями .

Д и ф ф е р е н ц и р о в а н и е входного напряжения Увх может быть по­ казано следующими соотношениями:

напряжение на емкости С (рис. 3.2,а) равно ис(1) = и1(^)-и2(1) .

ток 1с=^ .

тогда и,(.) = и.(.).«.саШ-*Ш,, Из полученного выражения видно, что дифференцирование тем

–  –  –

Передача импульса без искажения Для передачи входного импульса на выход цепи РС с минималь­ ными искажениями (рис. 3.3,а) постоянная времени цепи РС должна бьп-ь РС я 101и, здесь 1и - длительность входного импульса. Тогда за время длительности импульса конденсатор С зарядится незначитель­ но и амплитуда импульса существенно не изменится .

–  –  –

Укорочение д л и т е л ь н о с т и импульса На временных диаграммах рис. 3.3,6 показан процесс укорочения длительности прямоугольного импульса .

В момент прихода прямоугольного импульса на входе Р-С-цепи возникает бросок напряжения, для которого реактивное сопротивле­ ние конденсатора равно нулю и амплитуда входного импульса выде­ ляется на резисторе Р. Конденсатор начинает заряжаться и напряже­ ние на резисторе уменьшается от Ут ДО 0 .

Переходные процессы в цепях Р • С заканчиваются через (З...5)тр!с, поэтому длительность укороченного импульса зависит от постоянной времени цепи Р • С .

Интегрирующие цепи Интегрирующей называют Р • С-цепь, когда выходное напряжение снимается с конденсатора (рис. 3.2,6), при этом напряжение на выхо­ де является интегралом от входного .

Действительно, тогда

–  –  –

— • Рис. 3.4. Временные диаграммы интегрирующей цепи: трс1 « "грсг Наличие под интегралом члена УгС^) свидетельствует о неточности интегрирования. Чем больше постоянная времени цепи хрс = Р • С, тем точнее интегрирование. Математический анализ показал, что доста­ точно точное интегрирование имеет место при Р • С = Ю^и .

На рис. 3.4 приведены временные диаграммы для интегрирую­ щих цепей с разными постоянными времени

3.3. Нелинейные устройства преобразования импульсных сигналов Нелинейными называют устройства, в которых используется не­ линейность характеристик полупроводниковых приборов .

В качестве примера рассматривается диодный ограничитель по­ следовательного типа. Уровни ограничения определяются полярностью включения диода, полярностью напряжения смещения (см. рис. 3.5,а), соотношением величины ограничиваемого напряжения и напряжения смещения .

а б Рис. 3.5. Диодный ограничитель последовательного типа;

а - схема; б - временные диаграммы При подаче на вход данной схемы синусоидального напряжения (или иного импульсного сигнала) диод \/01 будет заперт до тех пор, пока текущее значение входного напряжения на области "р" не превы­ сит напряжения смещения Есм, т.е. пока на диоде не установится пря­ мое напряжение .

При отпертом состоянии диода в цепи резистора протекает ток и напряжение на выходе равно Есм + Увх 0)- Когда текущее значение входного напряжения снова снижается ниже уровня Есм - ДИОД снова запирается и на выходе устанавливается напряжение ЕсмМогут быть применены схемы, аналогичные схемам на рис. 3.5, но с изменением полярности включения диода и Есм Тогда характер ог­ раничения будет иной .

3.4. Компаратор на операционном усилителе. Триггер Шмитта В устройствах импульсной техники операционный усилитель мо­ жет использоваться в качестве схемы сравнения - компаратора .

В этом случае ОУ работает в нелинейном режиме и на его выходе может быть напряжение Увыхтах' либо Увыхтах Ча один из выходов ОУ подается изменяющееся во времени напряжение, а на другой опорное напряжение (Уоп), которое з а д а е т уровень и знак сравнения .

При достижении входным напряжением опорного напряжения по величине и знаку напряжение на выходе меняет свой знак, т.е. схема реагирует на равенство напряжений на входах ОУ по величине и знаку .

Простейшая схема компаратора на ОУ приведена на рис. З.б.а .

Здесь уровень сравнения задается источником напряжения Уоп на не­ инвертирующем входе, а изменяющееся напряжение подается на ин­ вертирующий вход. Когда |иоп| |ивх|. напряжение на выходе имеет полярность одинаковую с Уоп После достижения величины опор­ ного напряжения напряжение на выходе меняет свой знак, так как на инвертирующем входе напряжение превышает Уоп- Передаточная ха­ рактеристика приведена на рис. 3.6,6 .

–  –  –

Опорное напряжение может задаваться также цепью положитель­ ной обратной связи с помощью резисторов Р1 и Р2 (см. рис. 3.7,а) .

Соотношение сопротивлений резисторов Р1 и Р2 определяет на­ пряжение ОС, т.е. напряжение на неинвертирующем входе Уоп

–  –  –

Такой компаратор используется во многих схемах импульсной техники. В качестве примера на рис. 3.7,а приведена схема триггера Шмитта .

На инвертирующий вход подается синусоидальное напряжение, а на неинвертирующем входе напряжение обратной связи уивыхтах

–  –  –

На временной диаграмме (см. рис. 3.6,6) показано формирование импульсного напряжения из синусоидального. В точках 1; 2; 3; 4 при равенстве по величине и знаку Уоп и текущего значения синусоидаль­ ного напряжения напряжение на выходе меняет свой знак .

3.5. Генераторы импульсных сигналов 3.5.1. Мультивибратор Автоколебательным называют режим работы генератора, при ко­ тором на вход генератора не подается запускающее воздействие, но при выполнении условий самовозбуждения схема за счет энергии источника питания генерирует на выходе напряжение той или иной фор­ мы и частоты .

Фазовое условие самовозбуждения состоит в том, что ОУ должен быть охвачен положительной обратной связью. Тогда Для начала самовозбуждения К^ос -°о. а это возможно, если уК 1 (амплитудное условие самовозбуждения). Схема мультивибратора на ОУ в автоколебательном режиме представлена на рис. 3.8,а, а вре­ менные диаграммы напряжений на входах ОУ и на выходе на рис. 3.8,6 .

–  –  –

Если необходим несимметричный мультивибратор ({и1 ^ ^и2). то в схему требуется внести изменения: постоянная времени цепи переза­ ряда емкости С при различных знаках напряжения на выходе должна быть различной. На схеме рис. 3.9,а это достигается включением в цепи ООС двух параллельных ветвей, состоящих из резисторов '^ОС Р^ОС и диодов .

Если Р о с Р^ОС при указанной на схеме полярности включения диодов, то напряжение на выходе имеет вид рис. 3.9,6 .

3.5.2. Ждущий мультивибратор В отличие от мультивибратора в автоколебательном режиме, ко­ торый имеет два неустойчивых состояния, ждущий мультивибратор имеет одно устойчивое состояние (ждущее) и одно неустойчивое, формирующее выходной импульс .

Ждущий режим обеспечивается включением диода параллельно конденсатору С - рис. 3.10,а .

Полярность напряжения на выходе в ждущем режиме определя­ ется полярностью включения диода. В ждущем режиме диод должен быть отперт, при этом конденсатор не заряжается и схема находится в устойчивом состоянии .

Для того, чтобы вывести мультивибратор из ждущего режима, нужно запереть диод, а д л я этого изменить знак напряжения на выхо­ де. Это достигается подачей на неинвертирующий вход импульса по­ ложительной полярности Уз, амплитуда которого Уз уУвыхПри запертом диоде конденсатор заряжается до напряжения У^выхтах ^ напряжение на выходе снова меняет свой знак на уУёых Схема снова возвращается в ждущий режим .

Длительность запускающего импульса должна быть много мень­ ше формируемого импульса .

Рис, 3.10. Ждущий мультивибратор;

а - схема; б - временная диаграмма

–  –  –

На рис. 3.10,6 приведены временные диаграммы Уз; Увых; ис Частота прихода запускающих импульсов определяется длитель­ ностью выходного импульса 1и и временем восстановления схемы (разрядом конденсатора С) 1восст 1И + 'восст

4. ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

4.1. Структура источника питания Источники вторичного электропитания (ИВЭ) - это устройства, обеспечивающие электропитанием различные приборы или отдель­ ные узлы электронной аппаратуры .

ИВЭ преобразуют энергию сети переменного тока 50 Гц (первич­ ного источника) в постоянное напряжение требуемого значения .

Структурная схема ИВЭ показана на рис. 4.1 .

а б

Рис. 4.1. Источник вторичного электропитания:

а - структурная схема; б - временные диаграммы напряжений

В общем случае она содержит следующие узлы:

Тр - трансформатор, понижающий напряжение сети до требуемого значения Уг;

В - выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в однополярное (выпрямленное) Уот Это напряжение содержит постоянную и переменную составляющую;

Ф - фильтр, служащий д л я сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (т.е. для уменьшения переменной составляющей);

Ст - стабилизатор, поддерживающий постоянное значение напряже­ ния на нагрузке Ун при изменении напряжения питающей сети, изме­ нении Рн и т.д .

Основным узлом ИВЭ является выпрямитель. Схема выпрямителя содержит один или несколько вентильных элементов. В качестве по­ следних обычно используются кремниевые или германиевые диоды .

В зависимости от количества ф а з первичного источника питания различают однофазные и трехфазные выпрямители Маломощные выпрямители, как правило, однофазные .

4.2. Однофазные выпрямители Для выпрямления однофазного переменного напряжения П11'меняют однополупериодные и двухполупериодные выпрямители

–  –  –

На рис. 4.2,а показана схема однополупериодного выпрямителя Она включает в себя трансформатор Тр, к вторичной обложке которо­ го подключены последовательно диод и сопротивление нагрузки Рн. Можно приближенно считать, что диод является идеальным вен­ тилем, т е его прямое сопротивление Рпр = О, а обратное сопротивле­ ние Робр = Работу выпрямителя поясняют временные диаграммы напряже­ ний (см. рис 4 2,6) .

В первый полупериод, т.е. в интервале 0-л к диоду приложено прямое напряжение, и тогда ин({) = игО). Во второй полупериод, г.2д к диоду приложено обратное напряжение, т.е, диод заперт, ток в цепи отсутствует и Ун = 0 .

Двухполупериодный выпрямитель чаще всего выполняется по мостовой схеме (см. рис. 4.3,а). Он состоит из трансформатора и че­ тырех диодов, соединенных по мостовой схеме. К одной диагонали моста (аЬ) подключена вторичная обмотка трансформатора, к другой (сс1) - сопротивление нагрузки Рн

–  –  –

В первый полупериод напряжения О-тг потенциал точки а больше потенциала точки Ь, ток 1н протекает через открытые диоды \/03 и Рн. Диоды \/02 и У04 в это время закрыты .

Во второй полупериод напряжения п - 2л открыты диоды У02 и УОА, а У01 и У02 закрыты .

Ток протекает через У02, У04 и Рн. При этом направление тока в нагрузке не изменяется .

Временные диаграммы напряжений двухполупериодного выпря­ мителя показаны на рис. 4.3,6 .

Основной характеристикой выпрямленного напряжения является его среднее значение (постоянная составляющая) Уо В однополупериодном выпрямителе 1" 1" - л/2У ^0 = :г- 1^2т 51Псо1а(о1 = — /л/гУг зтсо1с)(о1 = ~—^ 045и2 т е. Уг = 2,22 Уо .

где Угт. ^2 - амплитудное и действующее значения напряжения во вто­ ричной обмотке трансформатора .

Для мостовой схемы выпрямителя Лд л откуда У2 = 1,11 Уо Напряжение на нагрузке Ун не постоянно по величине. Помимо по­ стоянной составляющей оно имеет переменную составляющую, т е яв­ ляется пульсирующим. Это напряжение можно разложить в ряд Фурье, т.е. представить как Ун = Уо + Уп(1), где Уп(1) - напряжение пульсации .

Коэффициент пульсации ^, характеризует качество выпрямленного напряжения Он определяется как отношение амплитуды основной гар­ моники напряжения пульсаций к среднему значению напряжения, т.е .

иосн.т Для однополупериодного выпрямителя амплитуда основной гар­ моники ^осн т = 2 откуда коэффициент пульсаций о = - = 1,57 .

Для двухполупериодного выпрямителя Таким образом, двухполупериодная схема выпрямления позволя­ ет получить в два раза большее выпрямленное напряжение, чем однополупериодная (при одном и том же Уг), а также имеет значительно меньший коэффициент пульсаций .

Однополупериодные схемы выпрямления применяются довольно редко, несмотря на их простоту. Их применяют д л я питания устройств, допускающих высокую пульсацию напряжения питания .

4.3. Сглаживающие фильтры Для нормальной работы большинства электронных устройств ко­ эффициент пульсаций напряжения питания должен быть намного меньше аналогичного на выходе выпрямителя .

Поэтому между выпрямителем и нагрузкой включается сглажи­ вающий фильтр, который предназначен для уменьшения пульсаций .

Основной характеристикой фильтра является коэффициент сгла­ живания, который равен отношению коэффициентов пульсаций на входе фильтра и его выходе, т.е .

8=-^ .

Чвых Если требуется очень большой коэффициент сглаживания, то ис­ пользуют последовательное соединение нескольких фильтров (много­ звенные фильтры). Коэффициент сглаживания такого фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания его звеньев .

Простейшие сглаживающие фильтры представляют собой ем­ кость, включенную параллельно нагрузке (см. рис. 4.4,а), или индук­ тивность, включенную последовательно с нагрузкой (см. рис. 4.4,6) .

В емкостном ф и л ь т р е Хс =« Р^^, поэтому ток, создаваемый со^С переменной составляющей, в основном пропускается емкостью .

Индуктивный фильтр (рис 4.4,6) представляет собой дроссель 1ф, включаемый последовательно с нагрузкой. Активное сопротивление дросселя Рф мало (Рф - 0,01 -г 0,05Рн), а индуктивное сопротивление Х|_ = ш.-1ф » Р н ' Поэтому падение напряжения переменной составляющей происходит на индуктивном сопротивлении фильтра, а паде­ ние напряжения постоянной составляющей на фильтре очень мало, т.е. с р е д н е е значение напряжения на нагрузке почти не уменьшается .

–  –  –

Индуктивные фильтры применяются обычно в мощных трехфаз­ ных выпрямителях при малых значениях Рн .

Если с помощью простого 1-фильтра или С-фильтра нельзя обеспе­ чить необходимый коэффициент сглаживания, используют Г-образные фильтры 1С-типа (см. рис. 4.4,в) или РС-типа (см. рис 4.4,г) Они позволяют получить более высокий коэффициент сглаживания Для 1С-фильтра

–  –  –

На ней показаны графики изменения выпрямленного напряжения при отсутствии фильтра и его включении. Так как конденсатор Сф включен параллельно нагрузке, и с ( 0 - ^н{^)При 11(1) Ус происходит заряд конденсатора, при 11(1) Ус - раз­ ряд конденсатора Сф на резистор Рн. При этом напряжение на нагруз­ ке не будет уменьшаться до нуля. Среднее значение напряжения на нагрузке Уо возрастает, а коэффициент пульсаций уменьшается .

Как видно из рис. 4.5,6, Очевидно, что чем больше Сф и Рн, тем больше постоянная вре­ мени разряда конденсатора тразр = Сф • Рн, м е д л е н н е е его разряд и меньше У- и коэффициент пульсаций. Для эффективной работы ем­ костного фильтра необходимо Сф »

где 1осн - частота основной гармоники выпрямленного напряжения .

Для двухполупериодного выпрямителя (осн = ЮО Гц, для однополупе­ риодного - 50 Гц .

Емкостные фильтры применяют в выпрямителях малой мощности и вьюокоомной нагрузке .

П-образные фильтры (см. рис. 4.4,д, е) являются многозвенными и состоят из емкостного фильтра С1 и Г-образного КС-фильтра (РфСг) или 1С-фильтра (ЬфСг) .

Коэффициент сглаживания такого фильтра будет 8п ~ 5с • 5г, где 5с и Зг - коэффициенты сглаживания емкостного и Г-образного фильтра .

Коэффициент сглаживания любого фильтра нетрудно определить экспериментально (см. рис. 4.6). Для этого вольтметром постоянного тока V, измеряется значение постоянной составляющей выпрямленно­ го напряжения Уо, а значение переменной составляющей измеряется с помощью электронно-лучевого осциллографа. При этом переключа­ тель на входе осциллографа устанавливают в положение Это позволяет установить такой масштаб, при котором на экране будет удобное для измерения изображение переменной составляющей 11Определив коэффициент пульсаций на выходе фильтра Чвых и зная коэффициент пульсаций на его входе (1,57 - для •-•о однополупериодного выпрямителя и 0,667 - для двухполупериодного), можем рассчитать коэффициент сглаживания фильтра .

ЭЛО

–  –  –

4.4. С т а б и л и з а т о р ы Стабилизатором называют устройство, которое поддерживает с заданной точностью постоянное значение напряжения (или тока) на­ грузки при изменении напряжения сети или других возмущающих воз­ действиях. Так, напряжение в сети может изменяться от ±5 до ±15%, а для электронной аппаратуры допускается нестабильность питающего напряжения не б о л е е 0,1...2% .

В зависимости от принципа действия различают параметрические и компенсационные стабилизаторы .

Рис. 4.7. Параметрический стабилизатор напряжения:

а - схема, б - ВАХ нелинейного элемента В параметрических стабилизаторах стабилизация напряжения (то­ ка) осуществляется за счет включения нелинейного элемента В ста­ билизаторах напряжения этот элемент включается параллельно на­ грузке (см. рис. 4.7), а в стабилизаторах тока - последовательно с на­ грузкой (см. рис. 4.8) .

Схемы параметрических стабилизаторов просты и имеют малое количество элементов. Их главный недостаток - невысокое качество стабилизации .

В компенсационных стабилизаторах постоянство выходной вели­ чины обеспечивается с помощью цепи отрицательной обратной связи, которая воздействует на регулирующий элемент .

а б

–  –  –

При этом сопротивление регулирующего элемента изменяется та­ ким образом, чтобы компенсировать отклонение выходной величины .

Структурная схема компенсационного стабилизатора показана на рис 4.9 .

РЭ

–  –  –

Рис. 4 9 Структурная схема компенсационного стабилизатора При изменении тока нагрузки или входного напряжения Увх в изме­ рительном элементе ИЭ происходит сравнение заданного напряжения нагрузки с текущим и вырабатывается сигнал рассогласования ± ХУн который через усилитель воздействует на регулирующий элемент РЭ .

Сопротивление РЭ изменяется таким образом, что напряжение Ун на на­ грузке Рн поддерживается постоянным с заданной степенью точности .

Основным параметром, который характеризует качество работы стабилизаторов, является коэффициент стабилизации .

Для стабилизатора напряжения - это коэффициент стабилизации по напряжению:

к- АЦвх/Цвх •^сти - д| I ^'-'вых ' "-^вых где Увх, ивыХ - номинальные значения входного и выходного напряжения, ДУвх, Дивых - их приращения .

Схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне показана на рис. 4.10,а .

Рис. 4.10. Стабилизатор напряжения на стабилитроне:

а - схема, б - вольт-амперная характеристика Стабилитрон \/0 включается параллельно нагрузочному резисто­ ру Рн Последовательно со стабилитроном включается балластное сопротивление РоДля рассматриваемой цепи ^вх =иКо +ист =(1ст+1н) К о + ^ с т При Увх = Увх! ток стабилитрона 1ст = 1ст1 и напряжение Уст = Ун = Уст1 ( р а б о ч а я точка А). При увеличении входного напряжения на ДУ, ивх = ивх2. и р а б о ч а я точка переместится в точку В 1сг = 1ст2, ист = Уст2 = Ун При достаточно большом приращении тока стабилитрона напря­ жение Уст изменяется очень мало, поэтому приращение входного на­ пряжения ДУдх = Увх2 - ивх1 приходится На балластный резистор =('ст2 ^1ст1) 'Рбал Напряжение нагрузки Ун = Уст и ток нагрузки 1^ изменяются очень незначительно .

Коэффициент стабилизации параметрических стабилизаторов не­ велик и обычно не более 30... 50 Если необходима более качественная стабилизация, то исполь­ зуют компенсационные стабилизаторы В источниках питания радио­ электронной аппаратуры также широко используются интегральные стабилизаторы напряжения .

ЛИТЕРАТУРА

1. Электротехника и основы электротехники: Учеб. для вузов /Под ред. О.П.Глудкина, Б П.Соколова. - М : Высшая школа, 1993

2. Прянишников В А. Электроника: Курс лекций Учеб. пособие СПб: Корона, 2000 .

3. Куликовская Н.М., Лахтина Н.Ю.. Хватов В.В Конспект лекций по импульсной технике: Учеб. пособие. МАДИ. М, 1995 ОГЛАВЛЕНИЕ




Похожие работы:

«Протокол № 94 Заседания Правления Некоммерческого партнерства "Проектирование инженерных систем зданий и сооружений" г. Москва 17 апреля 2012 г.Присутствовали: Члены Правления НП "ИСЗС-Проект" согласно реестру членов Правления НП "ИСЗС-Проект": Всего: 7 из 10 членов. Явка – 70 %. Колич...»

«0910886 KGSMIG THE BAKER'S CROWN Мелкоштучные Хлебобулочные Хлеб/пицца изделия СЕМЕЙСТВО РЕКС ТЕСТОДЕЛИТЕЛЬНЫЕ И ОКРУГЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ ДЕЛЕНИЕ И ОКРУГЛЕНИЕ НА СИСТЕМАХ РЕКС С...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИННОВАЦИОННЫЕ...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫ Й ГО С Т Р СТАНДАРТ 53949РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СЕЛИТРА КАЛИЕВАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ Технические условия Издание официальное Москва Стандартинформ архитектурное проект...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ 6032МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ (ISO 3651-1:1998, ISO 3651-2:1998) СТАЛИ И СПЛАВЫ КОРРОЗИОННО-СТОИКИЕ Методы испытани...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет Объемно-пространственная композиция Учебное пособие для студентов...»

«Протокол № 08.ЛИБ-АКТН/РЭН/8-04.2015/И от 17.03.2015 стр. 1 из 5 УТВЕРЖДАЮ Председатель конкурсной комиссии С.В. Яковлев "17" марта 2015 года ПРОТОКОЛ № 08.ЛИБ-АКТН/РЭН/8-04.2015/И заседания конкурсной комиссии ОАО "АК "Транснефть" по лоту № 08.ЛИБ-АКТН/РЭН/8-04.2...»

«Балашов Владислав Александрович Прямое численное моделирование течений жидкости в поровом пространстве пород-коллекторов Специальность 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Диссертация на соиска...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.