Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники (2005) (1021859), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Поэтому нагрузочная харзкте- К Н Н < 2 ристика коллекторной цепи по переменной составляющей отличаетсн от аналогичной характеристики в режиме покоя (г =0). Проведя че- К рез точку Л нагруэочную характеристику по переменной составляющей, построим зависимость изменения от времени тока коллектора < к =акмэ!Пьэт И НаПРнжЕНИЯ икэ = — Укэюв!Псэт. Определим мощности цепи нагрузки Р и источника сип<зла Р . н С' Для этого обратимся к эквивалентной схеме замещения усилителя по переменной составляющей (рис, 1090), подобной схеме ззмещения усилительного каскада с ОЭ (рис, !0.62).
Исключая из нее реэистивные элементы г,, гт и 1,<!222 с большими сопротивлениями, получаем Общим недостатком усилителей мощности класса А является низ. и КПД: Р ! тк,и иКЭт — 100 = — — ' 100 < 50%, ист Е К Кп (10.49) 1с Еи г„ к= г„ изт Рнс.
!0.92 Рис. ! 0.9! Гн Р, !0 9З Зот где Р = Е 1к и Р = (2 2 /2 — мощности источника питании ист К Кп н Кэю Кт" ицепинагрузки при условии !к < ткп и (Гк, < Е, . Усилители мощное~и класса В (рис. 10.9!) отличаются от усилите. лей мощности класса А тем, что у них рабочая точка А выбирается так, чтобы переменная составляющая тока коллектора была ограничена половиной периода, как показано на рис. 10.92.
В течение второго полупериода тока в цепи коллектора практически нет. Применение трансформатора для подключения приемника, как в усилителе мсщ. ности класса А (рис. 1088), не дает в данном случае больших преимуществ. Рабочая точка Л расположена так, что при обоих способах подключения приемника напряжение источника питания Е, а сле. довательно, и его мощность будут практически одинаковые.
С учетом (10.12) мощность источника питания Р = б, /, /л, а мощно.ть вот 'К Кт цепи нагрузки по (10.13) Р = гк(7 /2) = бк(~,и/4. Следовательно, КПД усилителя мощности класса В Р л и = " 100 = — 100 = 75Я. Р 4 вот Для усиления могцности синусоидальных сигналов с высоким КПД применяют двухтактные усилители мощности класса В (рис. 10.93) с трансформаторными связями. 10,20, ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИД й =й вых вхо с (10,50а) и удовлетворяют условию й =к к и вых — иу-иа.с вх о с' (10.50б) где и (~)суд (хо) — иу иу — коэффициент усиления напряжения усилителя; (ио)е/я (хо) — ио.с ио.с — коэффициент передачи напряжения четырехполюсника обратной связи [см, (2,90а)1, Из (10.50) следует К =А („,)А- („,) 7(В'(-) В"(.)) иу — ио.с иу ио с 1С4 Генераторы синусоидальных колеба1шй преобразуют энергию источника с постоянной ЭДС в энергию при синусоидальном токе требуемой частоты.
Различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и с независимым возбуждением. Послеш1ие представляют собой усилители мощности, усиливающие сигналы автогенераторов малой мощности. Автогенераторы можно рассматривать как усилители с положительной обратной связью, Наиболее часто применяется обратная связь по напряжению (рис. 10.94) . Для анализа установившегося режима работы автогенератора воспользуемся комплексным методом.
Напряжения на выходе автогенератооа и на входе четырехполюсника цепи обратной связи одинаковые т. е, (10.5 1а) (10.5 1б) ио с( В~(сс) + В"(со) = 2ял, Рис, 10.94 Рис. 10.95 ви 305 где л=0, 1,2, 3 ... Условия (1051) должны выполняться прн одной угловой частоте— угловой частоте работы автогенератора сс. Самовозбуждение генератора, начиная с момента времени его подклю.
чения к источнику энергии, определяется условием К„(со)Кис,(сс) > > 1, которое после завернюния переходного процесса йереходит в уело. вие установившегося режима работы автогенератора (10,51а) вследствие уменьшения значения К при увеличении амплитуды синусоидальных иу колебаний, обусловленного нелинейными свойствами транзисторов (рис. 10.76) . Различают ЕС. и гС-автогенераторы. Первые содержат в цепях обратной связи катушки индуктивности и конденсаторы и используют явления резонансов напряжений и токов, вторые — резисторы и конденсаторы Вторью проще для реализации в виде интегральных микросхем, в частности на основе ОУ.
Примеры их реализации будут рассмотрены. На рис. 10,95 приведена схема гСавтогенератора на основе ОУ, моста Вина (см. Рис. 4.9, а) в цепи положительной обратной связи и делителя напряжения из резисторов гз н г, в цепи о~тоицательной обратной связи. При угловой частоте генерации ссе =1/ч/г,крС,С~ 1см. (4.11)) напряжение на резисторе гз моста Вина равно одной трети напряжения на выходе усилителя йэ = (7,ы„(3 (10.52) и совпадает с ним по фазе (рис. 4,9, б), Пренебрегая током входной цени ОУ, составляем уравнение по второму закону Кирхгофа цля контура, отмеченного на рис.
10.95 штриховой линией: Гд й + й— — й =О. вх + вых гэ (10.53) Из (10.52), (!0.53) и условий идеального ОУ (10.36) следует соот. нопвние г э/гд 2, которому должна удовлетворять цепь отрицательной обратной связи для генерации колебаний с максимальной амплитуцой и угловой частотой аэа. Вместо моста Вина в гС-автогенераторе может быть также двойной Т-образньй мост (см. рис. 4.10) . тв.аь КЛЛССИФИКяЦИЯ ИМПУЛЬСНЫХ И ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ и = е — Еа. вх с В момент времени га = Еа/(с у напряжения и отрицательное знавх челне заменяется положительным (рис.
!0.97, б). Одновременно в соответствии с амплитудной характеристикой идеального ОУ (рис. 10.76, б — ломаная линия 1) напряжение на его выходе скачком 306 Полупроводниковые импульсные и цифровые устройства объединяют обширную группу устройств, которые применяются в системах управления технологическими процессами, при передаче информации, в измерительной и вычислительной технике.
В современных импульсных и цифровых устройствах работают ОУ в импульсном режиме и транзисторы в качестве бесконтактных ключей, Работу ОУ в импульсном режиме объясним на примере цепи, показан. ной на рис. 10.96, в которой к неинвертирующему входу ОУ подключен источник постоянной ЭДС Е„а к инвертирующему входу — источник сигнала с линейно изменяющейся во времени ЭДС е, =7сг (рис. 10.97,а).
Для упрощения анализа примем, что ОУ идеальный. По второму закону Кирхгофа для контура, отмеченного на рис. 10.96 штриховой линией, составим уравнение: с Ео с л) 0 цт„ 1те Рлс 1П 96 — Е 0 цв„„ в) Рлс !0 91 изменится от положительного до отрицательного значения ЭДС /. источника питания (рис.
1 0,97, в). Импульсный режим работы ОУ используется в устройствах сравнения измеряемого напряженна с опорным напряжением, наэывземых комла- рагорами, и других устройствах на их основе, Работу транзистора в режиме ключа рассмотрим на примере биполяр- ного транзистора с ОЭ (рнс. 10.98, а) . Если постоянное напряжение на входе ключа ЕГ < О, то токи н цепях коллектора и бзэы практически вх одинаковые н равны току через обрзтно вкл1очснный р-л переход меж- ду базой и коллектором. Этот режим соснвстствует разомкнутому по- ложению ключа (рпс.
10.98, б. точка й)) . При постоянном напряжении ст 0 и токе базы больше гокз насьпцсния (, ток коллектора вх Ьллс практически ранен / .,гг, )рис 10.98, 6, ~очка Дг). Этот режим соот- ветствует замкнутому положение ключз. Динамические свойства ключа определяются временем включения и выключения г (рис. 10.98, в). Для уменьшения времени вкл выкл резистор в цепи базы шунтируется конденсзтором, а дпя уменьвкл щения времени г в цепь базы включается ЭЛС 1 !покзэаны выкл штриховой линией на рнс 1098,и) Применение транзистора в кзчестнс ключа вместо других типов клю- чей, например электромеханичсских, имеет ряд преимуществ.
транзи- сторный ключ нс содержит подвижных частей, подвсржелных износу, имеет больпюе быстродсис|вис и мзлыс размеры. Для управления транзисторным ключом требуется источник энергии малой мощности. Раэличзн1т импульс1пле устройсгва с несколькими устойчивыми и с несколькими временно устоичивыл1и состояниями. В импульсном эот зн снй'» Ц~ Е, и„ и) ю Пин 10 зх устройстве первого гнна для измснсння устойчивого состояния нсоб.
ходимо однократное внсшнсс яоздсйствнс, измсняянщес режим ОУ или транзисторного кшача, В импульсном устройстве с временно устойчивыми состояниями нроисходиг псриоцичсскос нерскпюченне ОУ или открывание и закрывание транзисторного ключа без внешнего воздействия или их состоянис восстанавливастся черсз некоторое время поснс однократно~ о внешнего воздействия. В цифровых устройспюх нрилзсняются логичсскис элементы, на основе которых реализуются но~нчсскис автоматы с памятью и без памяти.
Рабочее состояние:нничсских автоматов псрвого типа зависит нс только от набора сиююлов управления и данный момент времени, но и от его нредшсствуюшсго состояния. Рабочее состоянис логических автоматов второго типа зависит только от набора сигналов управления. В дальнейшем работу вссх нмпупьсных и цифровых устройств будем рассматривать, полагая, что ОУ и транзисторные ключи идеапьные. 10.22. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Для своевременного нопключсния н отключения необходимого оборудования в целих поддсржания режимов технологических процессов необходимо принимать зс или иные решения в зависимости от кон.
кретных усповий. Если наличие ьтпи отсутствие каждого условия отождествить с напряжением электрического снпюла различного уровня, то принятие зов рецвния можно осуществить при помощи цифровых устройств на основе логических элементов. Такие устройства реализуют логиче. ское преобразование совокупности сигналов об условиях работы в совокупность сигналов управления технологическим процессом.
В зависимости от схемотехнической реализации логических элементов сигналы на их входах и выходах имеют либо отличное от нуля напряжение (положительное или отрицательное), либо напряжение, близкое к нулю, которые принято условно отождествлять с логнче. ской единицей и нулем. При этом работу логического элемента можно описать зависимостью логического значения выходного сигнала Г от совокупности логических значений входных сигналов х, Такую зависимость принято представлять габлнцея истинности Можно доказать, что для любых логических преобразований доста. точно иметь три элементарных логических элемента, выполняющих операции. логическое отрицание (логическое НЕ), логическое сложение (логическое ИЛИ) и логическое умножение (логическое И). Логический элемент НЕ (ннвертор) реализует логическую функ.
цию элемент ИЛИ (дизъюнктор) на два входа г =х,+ха или Е=х,Чкз, элемент И (конъюнктор) на два входа Г = х~хз илн Р «~ Л Их условные обозначения, временные диаграммы работы и таблицы истинности приведены на рис. 10.99-10 101 соответственно. На практике часто используется расширенный набор логических элементов. К ним относятся элементы: ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса), показанный на рис.
10.102, а и реализующий функцию г =-х,+х,; И-НЕ (штрих Шеффера), показанный на рис. 1О.!02, б н реализующий функцию Е = х,хэ! ю) т Рис. !о 99 309 И-НЕ И вЂ” Иб И-И8 рнс !о !03 транзисторная логика на биполярных транзисторах (рис. 10.103, б) ], МДПТЛ [то же на МДП.транзисторах [рис !0 103, п) ], КМДПТЛ [то же на взаимодополняющих* или комппементарных МДП-транзисторах (рис. 10,103, г)], ТТЛ1!! (го же с транзисторами В!отки), ЭЛС [эмиттерно-связанная логика (рис. 10.103 д)] и И Л (инжекцисзнная ло.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
