Гл2_06 (Старые лекции), страница 5

Это законченныеключи, схемотехнически аналогичные рассмотренным на рис. 2.8 и 2.10, со встроеннойзащитой от индуктивности нагрузок.Семисторы с оптоизолированным входом, выключаемые снятием входного сигналаполучили название твердотельных реле и широко используются для коммутации нагрузокпри частотах срабатывания ниже 1 кГц.(Дополнить)И. Рекомендации по выбору типов полупроводниковых ключейПрежде всего, хотелось бы отметить, что прогресс здесь достаточно высок и любыерекомендации нуждаются в постоянной корректировке, особенно в области высокочастотной коммутации силовых нагрузок при высоких напряжениях на ней.При частотном регулировании скороМощность, кВтсти вращения силовых приводов с сохране50нием момента на валу двигателя используйтеТриакиготовые системы в комплекте с приводом.10Индуктивный характер нагрузки, согласование линий связи с входными сигналами ин5IGBTверторов (так называют согласованные парыключей для формирования двуполярного пи1тания), выбор параметров закона регулироМОПвания и пр.

Не проходите этого пути, по возТриакиБиполярныеможности, еще раз. Поверьте параметрам,Частота, кГцкоторых добилась фирма-производитель, ес1001101000Рис. 2.14.ли это конечно солидная организация и выбирайте готовое решение.Напряжение, ВПри выборе типа полупроводниково1500го ключа в расчет принимаются:Биполярные1) соответствие требуемым параметрам назначения;10002) надежность (вспомните об устойчивости теплового равновесия);IGBTМОП3) коэффициент полезного действия;5004) стоимость.На рис. 2.14 и 2.15 приведены зоныТриакииспользования различных типов полупроЧастота, кГц1101001000водниковых ключей в зависимости от частоРис.

2.15.ты коммутации, мощности и напряжения нанагрузке. Видно, что при частотах коммутации 100 кГц и более альтернативы МОП-транзисторам нет, если мощность на нагрузке составляет менее 10 кВт или коммутируемое напряжение менее 1 кВ.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.

Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru70В зоне высоких напряжений рекордсменами являются биполярные ключи. Тиристоры и семисторы (триаки) имеют невысокие частоты коммутации, но могут коммутировать очень большие токи и способны работать с нагрузками до 50кВт и более.IGBT-транзисторы заняли устойчивую нишу достаточно высоких частот и мощностей и используются в настоящее время для изготовления интегральных инверторов длятрехфазных частотно регулируемых асинхронных двигателей. Мы упоминали об этомвыше при их рассмотрении.Биполярные транзисторы – пожалуй наиболее распространенные в настоящее время ключидля коммутации нагрузок постоянного тока. Невысокая стоимость, накопленный опыт эксплуатации, высокий статический коэффициент полезного действия – вот факторы, объясняющие этотфакт.МОП-ключи не требуют большого входного тока (практически не потребляют повходу), обладают устойчивым тепловым равновесием, имеют высокий КПД в зоне малыхнапряжений на нагрузке.1.2.3.4.5.6.7.8.9.Вопросы к экзамену.Полупроводниковый диод и его характеристики.

Диод Шоттки. Примеры применения.Светодиод, назначение и типы оптопар.Биполярные транзисторы. Составные биполярные транзисторы. Применение вСАУ.Полевые транзисторы. Применение в САУ.IGBT транзисторы. Применение в САУ.Тепловой пробой в биполярных транзисторах и равновесие в униполярных.Тиристоры и семисторы.

Применение в САУ.Рекомендации по выбору ключевых элементов САУ.Ключевые элементы в САУ. Защита от перегрузки и индуктивности нагрузки.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru712.2. Операционные усилителиОперационный усилитель, это в настоящее время основной прибор для аналоговойобработке информации, как и в системах управления, так и во всех иных сферах.Первый интегральный ОУ μА702, имевший рыночный успех, был разработан Р.Уидларом (США) в 1963 году. В настоящее время номенклатура ОУ насчитывает сотнинаименований.

Операционные усилители выпускаются в малогабаритных корпусах иочень дешевы, что способствует их массовому распространению.Современный интегральный операционный усилитель способен усиливать сигналпостоянного напряжения с низкими значениями смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления.

По размерам и цене они практически не отличаются ототдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУ почти исключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителя и отличаетсявысокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически идеальным характеристикам ОУ, реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому операционныеусилители почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем("кирпичиков") во многих областях аналоговой схемотехники.Операционный усилитель (рис.

2.16) имеет двавхода, прямой (+in) и инверсный (-in) и выход (out).+in+inoutoutКроме того, конечно, каждый усилитель имеет цепи пи-in-inтания. Питание ОУ бывает двуполярным (+Ucc, -Ucc)или однополярным (0, +Ucc). Цепи питания обычно наа)б)схемах не показывают, чтобы не затруднять чтение схем.Рис. 2.16.На рис. 2.16,а) показано функциональное обозначение, ана 2.16,б) – обозначение ОУ на принципиальных электрических схемах.А. Идеальный операционный усилительДля анализа существующих схем и разработки новых вводится понятие идеальногоОУ, т.е.

такого ОУ, параметры схемы на котором определяются только цепями обратныхсвязей. Идеальный ОУ обладает:1) бесконечно большим дифференциальным коэффициентом усиления по напряжению KU=ΔUвых / (U+in – U-in) (у реальных ОУ от 10 тыс. до 100 млн.);2) нулевым напряжением смещения нуля Uсм, т.е. при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю (у реальных ОУ Uсм, приведенное ко входу, находится в пределах от 5 мкВ до 20 мВ);3) нулевыми входными токами (у реальных ОУ от сотых долей пА до единиц мкА);4) нулевым выходным сопротивлением (у реальных маломощных ОУ от десятковОм до единиц кОм); под выходным сопротивлением здесь понимается отношение изменения выходного напряжения к изменению выходного тока при изменении сопротивлениянагрузки;5) мгновенным откликом на изменение входных сигналов (у реальных ОУ времяустановления выходного напряжения от единиц наносекунд до сотен микросекунд).Большинство современных ОУ могут считаться идеальными.Основные правила расчета схем на идеальных ОУ.1-е правило.

Входные токи ОУ равны нулю.2-е правило. На выходе ОУ устанавливает такое напряжение, чтобы напряжения напрямом и инверсном входах сравнялись.Исходя из этих простых и легко запоминающихся правил проводится расчет различных схем преобразования аналоговых сигналов с использованием операционных усилителей.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru72Б. Типовые схемы включения ОУ1. Инвертирующий усилитель.

Схема включения ОУ в режиме инвертирующегоусилителя показана на рис. 2.17,а). Входной сигнал через резистор R1 поступает на инверсный вход. Туда же подключен сигнал отрицательной обратной связи, снимаемый свыхода через резистор R2. Поскольку на прямом входе нуль, согласно второму правилу,нуль должен быть и на инверсном входе. Тогда, поскольку входной ток в инверсный вход(I-in) должен быть равен нулю, согласно расR2Uвыхчетной схеме рис. 2.17,б для узла на инверсномвходе имеем:Uвх R1I R1 = I R 2 ;R2UвыхU-in=0I-in=00 − Uвх Uвых − 0.=R1R2R3а)Отсюда для выходного сигнала получим:Рис. 2.17.R1Uвых = − Uвх. По этой формуле можно расR1считывать выходной сигнал ОУ, включенного по схеме рис. 17.

Поскольку выходной сигнал инвертируется (см. знак «-»), такой усилитель получил название инвертирующего.Резистор R3 компенсирует наличие входного тока по прямому и инверсному входам. Его сопротивление принимают равным сопротивлению параллельно включенных R1и R3. У современных ОУ, особенно выполненных на МОП транзисторах входные токиочень малы и часто компенсирующий резистор R3 не применяют.Инвертирующий усилитель широко используется для усиления аналоговых сигналов. Если усиление на нем не превышает 50…100, никаких проблем с не идеальностьюреальных ОУ не бывает.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя равно R1 иот входного сопротивления ОУ практически не зависит.2. Неинвертирующий усилитель или ОУ в неинвертирующем включении представлен на рис. 2.18. Представляю Вам самим возможность потренироваться и вывести поцепи, изображенной на рис. 2.18,б) формулу:UвыхUвх R3R1 + R 2Uвых =Uвх.UвыхR1R2U-in=Uвх Резистор R3 здесь, как и в предыдущейR2схеме, компенсирует входной (точнее выI-in=0R1R1ходной) ток инвертирующего входа. Все,а)б) Uвхсказанное о применении этого резистораРис. 2.18.ранее, справедливо и здесь.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителяопределяется уже входным сопротивлением ОУ, отсюда некоторая непредсказуемость иразброс, если вход не шунтирован на землю. Если усиление на неинвертирующем усилителе, как и в предыдущем примере, не превышает 50…100, никаких проблем с не идеальностью реальных ОУ не бывает.3. Источник тока. При таком включении ОУ обеспечивает в нагрузке заданныйток независимо от ее сопротивления, т.е.

формирует на нагрузке такое напряжение (еслиресурсов напряжения хватает), чтобы через нее протекал заданный ток. Многие датчикисвой выходной сигнал выдают в виде тока, а не напряжения, например, от 4 до 20 мА. Такой сигнал хорошо защищен от помех, кроме того сам датчик питается от этой двухпроводной линии и, если на линии обрыв, его легко обнаружить, ток в линии не может бытьменее 4 мА. На рис. 2.19 приведены типовые схемы источников тока, в частности, используемые в выходных каскадах таких датчиков. Управляющие сигналы также удобно формировать в виде тока заданной силы, так что схемы источников тока очень распространеR1б) UвхРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.

Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru73ны в САУ. Исходя из равенства напряжения на входах и отсутствия входных токов можновыразить ток в нагрузке IH через управляющее напряжение UY:UI H R1 = UY , I H = Y .R1Таким образом, ток в нагрузке определен только управляющим напряжением и отсопротивления нагрузки не зависит. Недостатком схемы, изображенной на рис.