Контрольные вопросы

1. Назначение фазочувствительного выпрямителя.

2. Назначение сумматора.

3. Работа типового фазочувствительного выпрямителя.

4. Работа двухполупериодного ключевого демодулятора.

5. Назначение перемычек в схеме выпрямителя.

6. Какие обратные связи имеет выпрямитель?

7. Диаграммы работы фазочувствительного выпрямителя.

8. Назначение двухполупериодного ключевого демодулятора.

9. Назначение реверсивного усилителя мощности.

10. Чем производится установка требуемого коэффициента мощности?

11. Защита от перенапряжений ОУ в режиме насыщения.

12. Устройство и назначение ключей в демодуляторе

Лабораторная работа №4 Задатчик интенсивности. Согласующий усилитель

Цель работы: Изучить назначение, работу задатчика интенсивности и соголасующего усилителя.

Задатчик интенсивности

Задатчик интенсивности предназначен для преобразования входного напряжения, приложенного скачком, в линейно зави­симое от времени выходное напряжение, знак которого соответ­ствует знаку, а установившееся напряжение - уровню входного напряжения. Темп изменения напряжения определяется только параметрами схемы задатчика.

В схемах управления электроприводами наибольшее распро­странение получил задатчик интенсивности, принципиальная схема которого и графи­ческие зависимости, поясняющие его работу, даны на рис.14.

В данном случае используется один транзистор VT р-п-р прово­димости, включенный по схеме с общей базой (рис. 14, а), для ко­торой выходные характеристики Iк = f(U_БК) при I_Э = const располо­жены практически параллельно оси абсцисс (рис. 14, б). Ток кол­лектора I_К почти не зависит от напряжения база - коллектор U_БК, а определяется током эмиттера I_К, причем І_К = І_Э.

Таким образом, транзистор VT работает как источник тока, значение которого может устанавливаться регулировкой сопро­тивления R1 или напряжения питания U_n.

Рис.14 Принципиальная схема задатчика интенсивности АЈ (а), коллекторные характеристики транзистора VT (б), временная диаграмма u_вх(t) (в) и соответствующая зависимость u_вых(t) (г).

Ток коллектора I_К вызывается входным напряжением U_вх, которое поступает на выводы 6, 7 с выхода фазочувствительного выпрямителя с той же нумерацией выводов. Если пренебречь током нагрузки схемы, то I_К полностью будет протекать через накопительный конденсатор С, включенный последовательно в цепь коллектора через выпрямительный мост UZ, и вызовет его заряд. Напряжение на конденсаторе является выходным напряжением АЈ и изменяется по закону:

(1)

В пределе конденсатор С может зарядиться только до U_вх, т. е. U_вых = U_вх, гдеU_вых - установившееся значение выходного напряжения при U_вх = const.

На рис. 14, в и г показаны соответственно зависимости U_вх(t) и U_вых(t) данного задатчика интенсивности. На практике при отборе мощности в нагрузку, если ток нагрузки соизмерим с I_К, зависимость (1) нарушается и u_вых(t) носит экспонен­циальный характер. Кроме того, при u_вх=0 u_вых может отличать­ся от нуля на значение прямого падения напряжения на диодах выпрямительного моста UZ.

Рис. 15 Принципиальная схема задатчика интенсивности АJ (а), временная диаграмма u_ВХ(t) (б) и соответствующие ей зависимости u_a(t) (в) и u_ВЫХ(t) (г).

В схемах управления электроприводами реализованных с применением интегральных ОУ, используется более сложная и более совершенная принципиальная схема за­датчика интенсивности AJ, которая вместе с поясняющими ее работу временными диаграммами представлена на рис. 15. Схема со­стоит из последовательно включенных компаратора и интегра­тора, охваченных отрицательной ОС. Компаратором является ОУ DA1, цепь ОС которого разорвана. Инвертирующий вход DA1 связан через резистор с общей точкой схемы, а на (+) вход через резисторы R_вх1 и R_о,с поданы соответственно напря­жения u_вх и u_вых задатчика интенсивности.

Операционный усилитель DA1 в такой схеме включения пред­ставляет собой неинвертирующий компаратор, реа­лизующий следующую дискретную функцию:

(2)

где u_выхDA1 – напряжение выхода DA1; U_{выхDAтах} – максималь­ное напряжение выхода микросхемы; sign - знаковая функция.

Напряжение с выхода компаратора поступает на регулируе­мый делитель R1, R2, а с движка резистора R1 – на вход инте­гратора. Интегратор выполнен на последовательно включенных ОУ DA2 и реверсивном транзисторном усилителе мощности (VT1, VT2), охваченных общей отрицательной ОС че­рез конденсатор С_о,с. В ОУ DA2 для подачи входного сигнала использован (–) вход, а на (+) вход с движка R3 подано напряжение смещения, служащее для установки нуля ОУ DA2 и, следовательно, задатчика интенсивности в целом.

Напряжение на выходе интегратора является выходным для блока AJ и с учетом того, что |u_a| = const определяется выра­жением:

(3)

где u_a – напряжение в точке а схемы, пропорциональное u_выхDA1; U_вых0 – начальное выходное напряжение.

Из (3) следует, что темп изменения выходного напряже­ния задатчика интенсивности определяется постоянной времени интегратора R_вх2C_о,с и входным напряжением интегратора u_а.

Для регулирования производной выходного напряжения пред­усмотрено переменное сопротивление R1. Как и в других схемах, ОУ снабжены конденсаторами коррекции Ск и диодами защиты входных цепей VD1—VD.

На рис. 15, б приведены временные зависимости входного напряжения, аналогичного показанному на рис. 1,в, и соот­ветствующие ему зависимости u_а(t) (рис. 15, в) и u_вых(t) (рис. 15, г), принятые при нулевых начальных условиях (U_вых0 = 0). В отличие от рассмотренной выше схемы данный задатчик интенсивности в пределах допустимой мощности нагрузки обес­печивает практически идеальную линейную зависимость выход­ного напряжения от времени.

Рис. 16 Принципиальная схема задатчика интенсивности АЈ.

В установившихся режимах, когда U_вых имеет противополож­ный знак и практически не отличается от U_вх по модулю, под­держание U_вых = = const происходит при непрерывном с высокой частотой переключения компаратора из одного устойчивого состояния в другое. Уровень отклонения U_вых от заданного зна­чения U_вх для применяемых схем не превышает десятков мил­ливольт, статический коэффициент передачи по напряжению схемы задатчика интенсивности равен .

В схеме управления электроприводом роторного колеса экс­каватора ЭРШРД-5250, реализованной с приме­нением интегральных ОУ, имеются три задатчика интенсивности с одинаковой принципиальной схемой, которая изображена на рис. 16. Она имеет более широкие функциональные возможно­сти, так как позволяет оперативно внешним электрическим сиг­налом регулировать темп изменения выходного сигнала задат­чика интенсивности.

Схема состоит из усилителя, интегратора и регулируемого двухполярного ограничителя выходного сигнала нуль–органа. Ин­тегратор собран на ОУ DA2 по той же схеме, которая рассмот­рена выше, и напряжение на его выходе, являющееся выходом задатчика интенсивности, изменяется по закону. Усили­тель выполнен на ОУ DA1, в отличие от предыдущей схемы яв­ляется не компаратором, а суммирующим усилителем с коэф­фициентом передачи по первому входу R_o.c1/R_вх1 около 100.

Регулируемый двухполярный ограничитель собран на ОУ DA8, DA4 и обеспечивает усилителю DA1 жесткую отрицатель­ную ОС по напряжению с отсечкой. Выход DA1 (точка а) под­ключен через резисторы R_вх, R_вх4 на (–) входы усилителей DA3, DA4, которые имеют коэффициенты усиления R_о,с/R_вх3 и R_о,с4/R_вх4 около 100. На (+) входы этих ОУ поступают сигналы опорных напряжений, снимаемых с движков регулируемых ре­зисторов R2, R3, причем с R2 поступает положительное, а с R3 — отрицательное напряжение.

Данные напряжения усиливаются DA3 и DA4, но благодаря наличию диодов VD1, VD2 не проходят на вход DA1. Если напряжение на выходе DA1 u_а под действием u_вх достигает уров­ня ограничения, создаваемого опорным напряжением, то в за­висимости от полярности u_а появляется на выходе DA3 отрица­тельное напряжение или положительное напряжение на выходе DA4, которое подается на вход DA1 через открывшийся диод VD1 или VD2. Цепь ОС ограничения замыкается и благодаря ее большому коэффициенту u_а поддерживается на уровне, при­мерно равном уставке ограничения, настроенной резистором R2 или R3.

Таким образом, при подаче напряжения u_вх под действием нормированного напряжения u_а на выходе интегратора напря­жение u_вых изменяется во времени линейно. По достижении этим напряжением уровня входного сигнала вступает в действие за­держанная ОС через резистор R_o.c, выходное напряжение DA1 уменьшается, отключается ОС усилителя DA1 с отсечкой, сни­жается темп изменения u_вых. При u_вых/R_о,с= u_вх/R_вх1 достигает­ся u_a= 0 и процесс интегрирования прекращается.

Если производная du_вых/dt устанавливается жестко, то вывод 2 задатчика следует подключить к выводу 4, а вывод 3 — к выводу 5, тогда в цепи ограни­чения будут поданы соответственно напряжения питания микросхем +U_п и –U_п. Так сделано в блоках AJ2 и AJ3 схемы управления электроприводом. Когда требуется автоматическая корректировка производной du_вых/dt, то на выводы 2 и 3 подключают регулируемое напряжение указанной выше по­лярности. В блоке АЈ1 по команде реле К2 скачком либо обес­печивается установленный настройкой R3 темп изменения u_вых (при u_вх>0), либо этот темп снижается практически до нуля.

Задатчик интенсивности имеет четыре входа с одинаковыми коэффициен­тами передачи.

С помощью резистора R, производится установка u_вых= 0 при отсутствии входного сигнала. Конденсаторы С_к корректируют частотные характеристики ОУ DA1—DA4, а конденсаторы С1— СЗ при больших коэффициентах усиления DA1, DA3 и DA4 обеспечивают устойчивость работы схемы ограничения. Конденса­торы С_ф выполняют роль развязывающих фильтров в цепях питания.