М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 45
Текст из файла (страница 45)
9.13.4 Сичистор и его применения Тиристор илеально подходит лля регулирования мощности переменного напряжения во всем, кроме одного: он является однополупериодным устройством, а это означает, что даже при полной проводимости используется только половина мощности. Можно включить параллельно два тиристора навстречу друг другу, как это показано на рис. 9.43, чтобы обеспечить двухполупериодный режим работы, однако для этого требуется подавать импульсы запуска на управляющие электроды от двух изолированных, но синхронных источников, как это видно из рисунка.
Н««ру»м Нс»уа««н мпг««» Рис. 9.43. Двухполупериолный регулятор можно построить на лвух тиристорах. для изоляции источников импульсов от напряжения сети используются оптопары. 244 )лоточники питания и управление мощностью Самым полезным устройством для практического регулирования мошности переменного напряжения является двунаправленный тиристор или симистор. Как можно видеть на рис. 9.44(а), симистор можно рассматривать как два инверсно-параллельных тиристора с управлением от единственного источника сигнала.
Симистор является настолько гибким устройством, что его можно переключать в проводяшее состояние как положительным, так и отрицательным импульсом запуска независимо от мгновенной полярности источника переменного напряжения. Названия катод и анол теряют смысл для симистора; ближайший к управляюшему электроду вывод назвали, не мудрствуя лукаво, основным выводом 1 (МТ1), а другой — основным выводом 2 (МТ2).
Запускаюший импульс всегда подается относительно вывода МТ1 так же, как в случае тиристора он подается относительно катода. Рис. 9.44. Симистор: (а) структура, (Ь) условное обозначение. Обычно для переключения симистора, рассчитанного на ток до 25 А, достаточен пусковой ток 20 мА, и одним из простейших примеров его применения является «твердотельное реле», в котором небольшой пусковой ток используется для управления большим током нагрузки (рис. 9.45). В качестве ключа 3%1 мокнут быть геркон, чувствительное термореле или любая контактная пара, рассчитанная на 50 мА; ток в цепи нагрузки ограничивается только параметрами симистора.
Полезно отметить„что резистор Я, в цепи запуска находится под напряжением сети только в моменты включения симистора; как только симистор включается, разность потенциалов на резисторе Я, падает до величины около одного вольта, так что достаточен полуваттный резистор. Весьма распространенными применениями симистора являются регулятор яркости для лампы или управление скоростью врашения мотора. На рис.
Управление мощностью с помощью тириопоров, транзисторов и симисторов 245 Снмноар гвг в Сап парам. напр Рис. 9.45. Простое «тверлотельное реле на симисторе. 9.4б показана такая схема. Временное положение запускаюших импульсов устанавливается ЯС-фазоврашателем; потенциометром Я, регулируют яркость лампы, тогда как резистор Я, просто ограничивает ток, когда потенциометр установлен в положение с минимальным сопротивлением.
Сами импульсы запуска формируются динистором, то есть двунаправленным триггерным диодом. Динистор можно представить себе как маломошный тиристор без управляющего электрода с низким напряжением лавинного пробоя (около 30 В). Когда разность потенциалов на конденсаторе С, достигает уровня пробоя в динисторе, мгновенный импульс разряда конденсатора включает сими стор. Снмнатар «ив С та мран. напр. Рнс. 9.46. Простейшая схема регулировки яркости лампы на симисторе с фазовым управлением. Легко сделать автоматический фотоэлектрический выключатель лампы, присоединив параллельно конденсатору С, фотоэлемент ОКР12 (светозависимый резистор).
Сопротивление фотоэлемента в темноте велико, порядка 1 МОм, но при дневном свете оно падает до нескольких килоом так, что симистор не может поджечься и лампа выключена. Если в автоматическом выключателе ручная регулировка не требуется, то резистор Я, можно заменить на короткое замыкание. На рис. 9,47 показано, как симистор управляет мошностью в нагрузке, отрезая начальную часть каждого полупериода. Длительность пропущенной 24б Иапочники пипания и управление мощноппаю части зависит от запаздывания пускового импульса по фазе, которое определяется сопротивлением Я,+Я, и емкостью Сг В простейшей схеме управления на рис. 9.46 фазовый сдвиг не может быть больше 90', так как используется только одна ЯС-цепочка.
Поэтому такая схема является плохим регулятором лри малой мощности, поскольку в нем могут происходить неожиданные скачки от выключенного состояния к полной мощности. Более совершенная схема приведена на рис. 9.48; включение дополнительной ЯС-цепочки (Я,С,) дает больший фазовый сдвиг для лучшего управления при малой мощности. Дальнейшие усовершенствования состоят во введении следующих элементов: (а) оелгп4ера с постоянной времени Я„С, для предотвращения ошибочных переключений от противо-э.д.с.
инстуктивной нагрузки и (Ы радиочастотного фильтра Е,С, для подавления помех. Последний элемент всегда следует вводить в симисторную или тиристорную схему, работающую по принципу «отсекания части колебания», поскольку быстрые включения н выключения могут создавать серьезные радиопомехи в питающей сети. п«»нэя аош»»»ть Ф=«5' !35' Рис. 9.47. форма напряжения на нагрузке в симисторном регуляторе при постепенном увеличении фазового слвига. Имеется большое число различных симисторов и тиристоров. Как и в случае выпрямительных диодов, для того, чтобы выбрать прибор с нужными номинальными напряжением и током„можно обратиться к каталогам и справочным данным.
Большинство производителей выпускают подхоляшие линисторы, но Управление мощностью с помощью тиристаров, транзисторов и симистарав 247 Г~ Ювлкгк Скуь л лклр. с, вв нф «ив Рис. 9.48. Симисторный регулятор мощности с широким диапазоном регулировки и встроенным подавлением помех. имеются также приборы, называемые ((иа(угас, в которых объединены сими- стор и динистор. На рис. 9.49 показаны корпуса и цоколевка распространенных симисторов. Если симистор должен использоваться на полную допустимую мощность, то его необходимо закрепить на теплоотводе. Подавление радиочастотных помех, создаваемых симисторными или тиристорными регуляторами с фазовым управлением, становится более трудным и дорогим при больших значениях тока нагрузки.
В электрических нагревателях и в других нагрузках с большой инерционностью можно уменьшить помехи, пропуская каждый раз целое число полупериодов, Зто позволяет избежать скачкообразных изменений тока, которые и вызывают радиочастотные помехи. Такой способ называется прерывистым запуском или управлением с целым числом периодов. Этот способ, как правило, не подходит для управления яркостью лампы из-за мерцания. Для осуществления управления с целым числом периодов подходят такие микросхемы, как ЯА41, включаюшиеся при нулевом напряжении.
Они определяют пересечение напряжением сети нулевого уровня и обеспечивают запуск симистора от датчика, сопротивление которого меняется, например, от термистора. мт( (а( Гк! мт( мтт С Мтг (караул> МТ2 (клрау ) Рис. 9.49. Корпуса распространенных симисторов: (а) корпус ТОбб, (Ь) болтовой крепеж, (с) пластмассовый корпус Т0220. Импульсные сигналы и постоянные времени 10.1 Введение Наше знакомство с транзистором в главе ! было связано с его применением в качестве выключателя для зажигания и выключения лампы.
Такое применение транзистора является простейшим возможным примером усиления, где сигнал имеет только два уровня напряжений, соответствующих состояниям «включено» и «выключено». Такой сигнал показан на рис. 10.1, где двумя уровнями являются нулевое напряжение и напряжение +5 В, а переходы между уровнями происходят фактически мгновенно, так что форма сигнала имеет вид прямоугольников. Подобную форму имеют сигналы приемников издучения, таких как счетчик Гейгера-Мюллера, в то время как огромная область цифровой электроники целиком связана с последовательностями прямоугольных импульсов.
Распространенной практикой сейчас является передача и запись обычных аналоговых сигналов в цифровой форме, поскольку сигнал в этом случае имеет только два уровня и различные искажения, которые могут произойти при передаче и записи, легко исправимы. В этой главе рассматриваются импульсные сигналы, а также изменения и искажения, которые могут произойти с ними в различных схемах. ° ° ° ° В«чьта В»«лм Рис. 10.1. Последовательность прямоугольных импульсов. Формирование сигналов прямоугольной формьг 249 10.2 Формирование сигналов прямоугольной формы Любой повторяющийся сигнал легко можно преобразовать в прямоугольный, возбуждая этим сигналом простой усилитель напряжения настолько сильно, что транзистор попеременно оказывается в состоянии отсечки или насыщения.
На рис. !0.2 показана схема усилителя, который будет вести себя так. Если на его вход подается синусоидальный сигнал с эффективным значением по крайней мере 5 В, то выходной сигнал имеет прямоугольную форму и пригоден для использования в различных экспериментах с импульсами, приведенных в этой главе. В течение положительного полупериода входной сигнал удерживает транзистор в режиме насыщения, и при этом потенциал коллектора транзистора очень близок к 0 В, в то время как в течение отрицательного полупериода транзистор не проводит, и напряжение на коллекторе равно +9 В.
Диод, включенный между базой и землей, ограничивает напряжение в отрицательном полупериоде с целью избежать пробоя при обратном смещении перехода база-эмиттер, который может произойти при напряжениях на входе ниже -6 В. Таким образом, выходной сигнал имеет прямоугольную форму и амплитуду около 9 В (рис.
!0.3). Коллекторное напряжение не достигает значения точно 0 В во время положительного полу- периода: всякий транзистор в режиме насыщения имеет конечное напряжение коллектор-эмиттер К „, типичное значение которого лежит в диапазоне от О, ! В до 1 В и зависит от протекающих токов коллектора и базы, а также от типа транзистора. Транзисторы, созданные специально для переключений, обычно имеют малое напряжение !гс,„а, так что достижимы максимально возможные изменения выходного напряжения, Зто гарантирует также, что на самом транзисторе рассеивается очень маленькая мощность: хотя в режиме насыщения коллекторный ток максимален, рассеиваемая мощность пренебрежимо мала, если напряжение !г очень мало.
сноп вв Рис. !0.2. Схема формирования прямоугольного сигнала. 250 Импульсные сигналы и посгпоянные времени +0.6 В »„О ! ! 3 ! ! гсс », + о В»««» « Рис. цй 3. Входной и выходной сигналы в схеме формирования прямоугольного сигнала. В этой главе мы рассмотрим различные искажения, которым могут подвергаться прямоугольные сигналы из-за влияния емкостей, имеющихся в схеме. Поскольку это те же самые емкости, которые обуславливают ограничение частотной характеристики схемы, разумно установить связь между искажением прямоугольного сигнала и частотной характеристикой, измеряемой при синусоидальном сигнале.
Здесь уместно отметить, что линейные компоненты схемы такие, как конденсаторы и резисторы, никогда не могут искажать форму синусоидального сигнала, хотя, конечно, они могут уменьшить его амплитуду. Чтобы исказить синусоидальный сигнал, требуется некоторая нелинейность, например такая, как нелинейность транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
