6. Регулятор переменного напряжения на тиристорах.
Для регулирования переменного напряжения в нагрузке широкое применение получили тиристорные регуляторы. Простейшая схема такого регулятора приведена на рис. 5.17, а. Два тиристора VS1 и VS2 включены встречно-параллельно в цепь нагрузки ZH. Каждый тиристор работает на своём полупериоде (положительном или отрицательном). Причём открываются они с углом управления α (рис. 5.17, б), а закрываются в момент перехода тока нагрузки через нуль. Регулируя угол α, можно регулировать напряжение UH в широких пределах от UH max = Uc до UH min = 0.
Рис. 5.17. Схема (а) и временные диаграммы (б) регулятора переменного напряжения
Однако такой способ регулирования сильно искажает форму кривой напряжения и изменяет фазу его первой гармоники.
7. Выпрямитель на тиристорах.
Растёт группа потребителей энергии, которые нуждаются в регулируемом выходном
напряжении. Для питания таких потребителей применяют тиристорные выпрямители:
однофазные при малых токах потребления и трехфазные большой мощности.
На рис. 2.12, а приведена схема однофазного управляемого выпрямителя с выводом
нулевой точки трансформатора. В качестве вентилей в выпрямителе использованы тиристоры VS1 и VS2.
При указанной на рис. 2.12, а полярности вторичного напряжения u2 трансформатора Tр тиристор VS1 может пропускать ток iн' при условии, что на его управляющий электрод поступит сигнал управления Iy1. Этот сигнал подают со сдвигом по фазе по отношению к моменту естественного отпирания на угол α, называемый углом управления (рис. 2.12, б). Моментом естественного отпирания тиристора называют момент появления положительного напряжения между анодом и катодом тиристора (при α = 0).
При включении тиристора при активной нагрузке Rн в момент времени ωt = α
напряжение на нагрузке uн возрастает скачком до значения uн' = u2' (при идеальном тиристоре и идеальном трансформаторе). При ωt = π ток вентиля и ток нагрузки становятся равными нулю, тиристор VS1 запирается. До отпирания тиристора VS2 в нагрузке появляется бестоковая пауза, энергия в нагрузку не передается. В момент ωt = π + α подается управляющий импульс на тиристор VS2, тиристор открывается, к нагрузке прикладывается напряжение uн''. Ток протекает через нижнюю полуобмотку трансформатора, тиристор VS2 и нагрузку, сохраняя прежнее направление. В момент ωt = 2 π происходит выключение тиристора VS2.
Среднее значение напряжения нагрузки
Уменьшение среднего напряжения Uср при увеличении угла α показано на рис.
2.12, в. Зависимость Uср(α) называют регулировочной характеристикой выпрямителя.
Задержка по фазе управляющих сигналов, подаваемых на тиристоры, осуществляется с помощью систем импульсного фазового управления.
8. Классификация и основные характеристики тиристорных усилителей.
Частный случай управления энергией, при котором путем затраты небольшого ее количества можно управлять энергией, во много раз большей, называется усилением.
Устройство, осуществляющее такое управление, называется усилителем.
Если управляющая и управляемая энергии являются электрическими, то такой усилитель носит название усилителя электрических сигналов. Усилители электрических сигналов чрезвычайно широко используются во всех областях техники.
В зависимости от диапазона частот в котором устройство усиливает сигналы, усилители делят на усилители медленно изменяющихся сигналов, которые часто называют усилителями постоянного тока (от 0 до 100 кГц), и усилители переменного тока: усилители звуковой частоты (20 Гц – 200 кГц); усилители высокой (100 кГц – 1 ГГц) и сверхвысокой. частоты (свыше 100 МГГц).
В зависимости от характера нагрузки и назначения различают усилители
напряжения, усилители тока, усилители мощности. Такое подразделение весьма условно, так как в любом случае усиливается мощность.
В зависимости от типа использованных в электронном усилителе активных элементов различают усилители ламповые, полупроводниковые, магнитные, оптоэлектронные, диэлектрические.
В ряде случаев усилители выполняют комбинированными с применением активных компонентов различных типов. Кроме того. усилители иногда подразделяют на усилители прямого усиления и усилители с преобразованием усиливаемого сигнала.
Основные показатели усилителей. Основные показатели усилителей
электрического сигнала зависят от требований, предъявляемых к ним и их конкретного назначения.
Коэффициент преобразования. Коэффициентом преобразования или
коэффициентом передачи называют отношение выходного сигнала к входному. В частном случае, когда входное и выходное значения сигнала являются однородными, коэффициент преобразования называют коэффициентом усиления. Размерность и общепринятые обозначения коэффициента преобразования зависят от значений и величин входного и выходного сигнала, например, W == Рвых/Iвх — коэффициент преобразования тока в мощность.
Коэффициент усиления в зависимости от характера входной или выходной величин подразделяют на:
коэффициент усиления по напряжению KU = Uвых / Uвх,
коэффициент усиления по току KI = Iвых / Iвх,
коэффициент усиления по мощности Кр= Рвых / Pвх-
В ряде случаев коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах — децибелах (дБ):
KU =20lg( Uвых / Uвх)
KI =20lg( Iвых / Iвх);
Кр= 10lg( Рвых / Pвх)
Логарифмические единицы удобны тем, что если известны коэффициенты усиления отдельных каскадов или узлов усилителя, общий коэффициент усиления которого равен произведению этих коэффициентов, то он находится как алгебраическая сумма логарифмических коэффициентов усиления отдельных каскадов. Коэффициенты усиления по напряжению и току, как правило, комплексные величины, характеризуемые как модулем, так и фазой. Это связано с тем, что отдельные составляющие спектра сигнала передаются с различным усилением из-за наличия реактивных компонентов. Значения коэффициентов усиления не остаются постоянными во всем диапазоне изменения сигналов на входе и выходе усилителя. Типичная зависимость выходного напряжения от напряжения на входе (амплитудная характеристика) показана на рисунке:
Наличие на характеристике участка 0 – a зоны нечувствительности связано с нелинейностью входной характеристики активных элементов в схеме усилителя (например, транзисторов). Участок насыщения (правее точки b) характеризует ограничения в величине выходного напряжения, которые определяются значением напряжения источника питания.
Вследствие нелинейности амплитудной характеристики усилителя, форма напряжения на выходе будет отличаться от формы входного напряжения – возникают искажения формы. Такие искажения называют нелинейными.
Нелинейные искажения оценивают для синусоидального входного напряжения, исходя из состава гармонических составляющих в выходном напряжении. Критерием оценки служит коэффициент нелинейных искажений. Коэффициент нелинейных искажений равен отношению действующего значения высших гармонических составляющих к действующему значению основной гармоники, указываемый в процентах.
Электронный усилитель, в зависимости от его назначения, можно рассматривать как управляемый источник тока или напряжения, к основным параметром которого относятся входное (для цепи управления) и выходное сопротивления. Идеальный усилитель напряжения должен иметь бесконечно большое входное сопротивление и равное нулю выходное. Характеристики преобразования показывают, как преобразуется входной сигнал в зависимости от параметров усилителя.
Амплитудно-частотная характеристика усилителя — это зависимость модуля
коэффициента усиления от частоты входного сигнала, (рисунок 20.). Характеристика
строится в логарифмическом масштабе (коэффициент усиления в дБ, логарифм частоты).
По амплитудно-частотной характеристике можно определить полосу пропускания
усилителя – диапазон частот, в котором значение коэффициента усиления отличается от
максимального значения не более, чем на 3 дВ.
Фазо-частотная характеристика — зависимость угла сдвига фазы между
выходным
и входным напряжениями от частоты