Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

Схемы автоматической стабилизации амплитуды могутбыть достаточносложнымиисодержать,кпримеру,несколькодополнительных операционных усилителей.Изобразим схему генераторана операционном усилителе соченьпростойавтоматическойсхемойстабилизацииамплитуды (рис. 2.67), которуюобеспечивают диоды.

Поясним ихроль на следующем примере.Если по каким-либо причинам амплитуда напряжения на выходе uвыхувеличилась, то увеличится амплитуда полуволн тока, проходящих черездиоды. Но это приведет к тому, что для каждого диода уменьшитсядифференциальное сопротивление и сопротивление на постоянном токе длясоответствующих моментов времени.

Это эквивалентно уменьшениюсопротивления в цепи между выходом операционного усилителя и егоинвертирующимвходом.Нотакоеуменьшение, как известно, приводит куменьшению коэффициента усиленияусилителя на основе ОУ, охваченногоотрицательной обратной связью (ООС).В результате выходное напряжениеуменьшится,исходномувозвратившисьзначению.потенциометра—кНазначениерегулированиеамплитуды выходного напряжения. Предыдущую схему можно представитьтак, как показано на рисунке 2.68.

Тогда становится очевидным, чтопунктиром обведен усилитель, представляющий из себя ОУ, охваченныйцепью ООС и имеющий коэффициент усиления К.С помощью частотно-зависимой RC-цепи (упрощенный мост Вина)этот усилитель охвачен цепью положительной обратной связи.

На частотеf0 коэффициент передачи упрощенного моста Вина β=1/3. Следовательно,для соблюдения условия баланса амплитуд необходимо, чтобыK    1,т.е.(пренебрегая сопротивлением диодов D1 и D2)R  R21  1R3 1   1, 3или R1  R 2  2R3 , т. е. получаем тот жерезультат, что и ранее, но более строго.При практическом применении подобных генераторов нагрузку частожелательно подключать через дополнительный так называемый буферныйусилительный каскад.Кварцевые генераторыКак уже отмечалось, основу кварцевых генераторов составляюткварцевые резонаторы. Кварцевый резонатор — это пластинка кварца,закрепленная определенным образом в кварцедержателе и представляющаясобой электромеханическую колебательную систему.

Эти резонаторыотносятся к пьезоэлектрическим элементам, принцип действия которыхоснован на использовании прямого и обратного пьезоэффекта. Прямойпьезоэффект состоит в том, что механическая нагрузка на материалэлементавызываетпоявлениеэлектрическогонапряжениямеждусоответствующими поверхностями элемента. Обратный пьезоэффектсостоит в том, что электрическое напряжение между соответствующимиповерхностями элемента, создаваемое с помощью внешнего источниканапряжения, вызывает появление механических напряжений, которыемогут изменять форму и размеры элемента.Кварцевыерезонаторыизготавливаютизприродногоиискусственного монокристаллического кварца. Из заготовки вырезаютОглавлениепластины,граникоторыхопределеннымобразомориентированыотносительно кристаллографических осей монокристалла. В рабочемрежиме на обкладках пластины имеется переменное напряжение и имеютместо механические колебания пластины.Используются колебания сжатия-растяжения, изгиба, кручения идругие.При анализе схемы с кварцевымрезонатором (рис.

2.69, а) его удобнозаменятьэквивалентнойсхемой,представленной на рис 2.69, б.Необходимоименноэтаотметить,эквивалентнаячтосхемакварцевого резонатора используется впакете программ PSpice для моделирования электронных схем. Вэквивалентнойсхемемогутиметьместоипараллельный,ипоследовательный резонанс. На практике используют оба вида резонанса.На частоте последовательного резонансаk 1Lk  C kрезонатор;имеетминимальноесопротивлениеRk.Частотапараллельного резонанса10 LkC k  C0C k  C0.В диапазоне частот между  0 и  k резонатор ведет себя как некотораяиндуктивность.Кварцевые резонаторы характеризуются высокой стабильностью идобротностью (QK=104÷105).

Использование кварцевых резонаторовпозволяет снизить относительное изменение частоты генераторов до оченьмалых значений (10-6÷10-9).Приведемупрощеннуюдлясхемупримеракварцевогогенератора на основе операционногоусилителяприпоследовательногоиспользованиирезонанса(рис.2.70).

На частоте последовательногорезонанса в схеме имеет место сильнаяположительная обратная связь, что и поддерживает автоколебания.ОглавлениеВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ.Вторичные источники питания предназначены для получениянапряжения, необходимого для непосредственного питания электронных идругих устройств. Предполагается, что вторичные источники в своюочередьполучаютэнергиюотпервичныхисточниковпитания,вырабатывающих электричество от генераторов, аккумуляторов и т. д.Питать электронные устройства непосредственно от первичных источниковобычно нельзя.Вторичные источники питания являются одними из наиболее важныхустройств электроники. Например, часто надежность того или иногоустройства электроники существенно зависит от того, насколько надеженего вторичный источник питания. Общепринято вторичные источникиназывать источниками питания.Рассмотрим типичные структурные схемы источников питания,получающих энергию от промышленной сети с частотой 50 Гц..Рассмотрим вначале источник питания без преобразователя частоты,структурная схема которого представлена на рис, 2.71.Трансформатор предназначен для гальванической развязки питающейсети и нагрузки и изменения уровня переменного напряжения.

Обычнотрансформаторявляетсяпонижающим.Выпрямительпреобразуетпеременное напряжение в напряжение одной полярности (пульсирующее).Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходевыпрямителя. Стабилизатор уменьшает изменения напряжения на нагрузке(стабилизирует напряжение), вызванные изменением напряжения сети иизменением тока, потребляемого нагрузкой.Напряжение в сети обычно может изменяться в диапазоне +15...-20 %от номинального значения.Рассмотренный источник питания является источником питания безпреобразования частоты. Такие источники питания ранее использовалисьшироко, однако в последнее время вместо них все чаще используютисточники с преобразованием частоты. Причиной этого является то, что висточниках без преобразования частоты вес и габариты трансформатора,работающего на частоте 50 Гц, а также сглаживающего фильтраоказываются довольно большими.

Тем не менее, рассматриваемыеисточники питания используются и в настоящее время.Рассмотрим источник питания с преобразователем частоты (рис. 2.72).В этих источниках напряжение от сети подается непосредственно навыпрямитель 1. На выходе сглаживающего фильтра 1 создается постоянноенапряжение, которое вновь преобразуется в переменное с помощью такназываемого инвертора. Полученное переменное напряжение имеетчастоту, значительно превышающую 50 Гц (обычно используют частоты вдесятки килогерц). Затем напряжение передается через трансформатор,выпрямляется и фильтруется. Так как трансформатор в этой схеме работаетОглавлениена повышенной частоте, то его вес и габариты, а также вес и габаритысглаживающего фильтра 2 оказываются очень незначительными.Как и в предыдущей схеме, основная роль трансформатора состоит вгальванической развязке сети и нагрузки. Инвертор, трансформатор ивыпрямитель 2 образуют конвертор — устройство для изменения уровняпостоянного напряжения.Необходимо отметить, что в такой схеме инвертор выполняет рольстабилизатора напряжения.

В качестве активных приборов в инвертореиспользуютсятранзисторы(биполярныеилиполевые).Иногдаприменяются тиристоры.В любом случае активные приборы работают в ключевом режиме(например, транзистор или включен и находится в режиме насыщения, иливыключен и находится в режиме отсечки), поэтому источники питания спреобразованием частоты называют также импульсными. Однако следуетиметь в виду, что и в источниках без преобразования частоты могутиспользоваться импульсные стабилизаторы, в которых транзисторыработают в ключевом режиме.Рассматриваемые источники питания широко используются всовременных устройствах электроники, в частности в компьютерах.

Ониобладают, как правило, значительно лучшими технико-экономическимипоказателями в сравнении с рассмотренными выше источниками безпреобразования частоты.Перейдем теперь к рассмотрению отдельных элементов структурныхсхем источников питания.Выпрямители.В маломощных источниках питания (до нескольких сотен ватт)обычно используют однофазные выпрямители.

В мощных источникахцелесообразно применять трехфазные выпрямители.Выпрямители имеют следующие основные параметры:а) среднее значение выходного напряжения uвыхTU ср 1u вых dtT 0;где T — период напряжения сети (для промышленной сети — 20 мс);б) среднее значение выходного тока iвыхTI ср1  iвых dtT0;в) коэффициент пульсаций выходного напряженияUmU ср;где Um — амплитуда низшей (основной) гармоники выходногонапряжения. Часто коэффициент пульсаций измеряют в процентах.Um 100%.U срОбозначимего  % Указанныепараметрычерез ε%:являютсянаиболееважнымиприиспользовании выпрямителя.При проектировании выпрямителя широко применяются такжеследующие параметры, характеризующие его внутренние особенности:а) действующее значение входного напряжения Uвх выпрямителя;б) максимальное обратное напряжение Uобр.макс на отдельном диодеили тиристоре (т.

е. на вентиле). Это напряжение принято выражать черезнапряжение Ucp;в) среднее значение Iд. ср. тока отдельного вентиля;г) максимальное (амплитудное) значение Iд. макс тока отдельноговентиля.ОглавлениеТоки Iд.ср. и Iд. макс принятовыражать через Iср. Значение Uобр.максиспользуется для выбора вентиля понапряжению.

Значения Iд.ср и Iд. максиспользуются для выбора вентиля по току.Здесь следует иметь в виду, что вследствиемалойтепловойинерционностиполупроводникового вентиля он можетвыйти из строя даже в том случае, когда егосреднийтокIд.срмал,новеликмаксимальный ток Iд. макс.Однофазныйоднополупериодныйвыпрямитель является простейшим и имеетсхему, изображенную на рис. 2.73, а.В таком выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течениеполупериода сетевого напряжения (рис. 2.73, 6).Исходя из приведенных выше определений, получим основныепараметры:U ср 2U вх  0,45  U вх ;U вх U2,22  U ср ;срI ср ;RНI д.ср  I ср ;   1.57;22 *U вхI д. макс   * I ср .U обр. макс  R2H*U вх   *U ср ;Такойвыпрямительнаходитограниченное применение в маломощных устройствах.

Характеристики

Список файлов книги