Тема 2.3 Електронні пристрої

1)Підсилювачі

2)Електронні генератори

3)Електронні реле часу і напруги. Фотореле.

1) Підсилювачем називається пристрій, який використовуються для збільшення амплітуди електронного сигналу.

Приладами, що управляють потужністю усередині системи, є транзистори або електронні лампи. Для того, щоб транзистор забезпечував посилення, він повинен бути в змозі прийняти вхідний сигнал і видати вихідний сигнал, значно більший, ніж вхідний. Підсилювач, розрахований на перетворення низької напруги у високе, називається підсилювачем напруги. У сучасній електроніці основними підсилювальними пристроями є транзистори.

Існує декілька способів включення транзистора в ланцюг: схема із загальною базою, схема із загальним емітером і схема із загальним колектором (Рисунок.1.68).

Рисунок.1.68. Схема включення транзисторів: а — із загальною базою; б — із загальним емітером; у — із загальним колектором

У багатокаскадних підсилювачах часто перші каскади служать підсилювачами напруги, а останні два — підсилювачами потужності.

Підсилювачі на польових транзисторах, як це було відмічено, мають великий вхідний опір, завдяки чому вони знаходять в даний час широке застосування. Найбільше поширення набув підсилювальний каскад із загальним витоком, схема якого приведена на Рисунок.1.70. У цьому каскаді резистор Rc, за допомогою якого здійснюється посилення, включений в ланцюг стоку. У ланцюг витоку включений

Рисунок.1.69. Двохкаскадний підсилювач

Рисунок.1.70. Схема підсилювального каскаду на польовому транзисторі із загальним витоком

резистор RH, що створює за відсутності вхідного сигналу (у режимі спокою) необхідне падіння напруги Uзо, що є напругою зсуву між затвором і витоком. Резистор в ланцюзі затвора R3 забезпечує в режимі спокою рівність потенціалів затвора і загальної точки підсилювального каскаду. В результаті наявності резисторів RH і R3, потенціал затвора нижчий за потенціал витоку на величину падіння напруги на резисторі RH від постійної складової струму 1ио, тобто потенціал затвора є негативним щодо потенціалу витоку.

Вхідна напруга подається на резистор R3 через розділовий конденсатор С1 причому воно створює в каналі польового транзистора змінні складові струму витоку іи і струму стоку ic, що змінюються з частотою вхідної напруги. За рахунок падіння напруги на резисторі RH від змінної складової струму iH змінна складова напруги між затвором і витоком, підсилювана польовим транзистором, може бути значно менше вхідної напруги:

Це зменшення викликане негативним зворотним зв'язком, що виникає в підсилювачі, і приводить до зменшення коефіцієнта посилення підсилювального каскаду. Для усунення цього паралельно резистору Rи включають конденсатор Си, опір якого на найнижчій частоті підсилюваної напруги повинен бути у багато разів менше опору резистора Rи. При цій умові падіння напруги від змінної складової струму витоку Іи, на ланцюжку Rи — Си має дуже невелику величину, так що

Вихідна напруга знімається через конденсатор С2 між стоком і обший точкою підсилювального каскаду, тобто воно рівне змінній складовій напруги між стоком і витоком. Слід зазначити, що вихідна напруга значно більше вхідного, але знаходиться з ним в протифазі. Коефіцієнт посилення по напрузі підсилювального каскаду на польовому транзисторі із загальним витоком можна визначити по формулі:

i

де Ri — диференціальний опір стоку, S — крутизна перехідної характеристики польового транзистора.

2) Електронні генератори застосовують в більшості випадків для отримання змінних струмів високої і підвищеної частоти; для високих напруг — переважно лампові генератори, для низьких напруг — транзисторні генератори. По суті ці генератори є пристроями, що перетворюють постійну напругу в змінну напругу певної частоти.

Область застосування електронних генераторів дуже широка. Могутні генератори встановлюють на радіостанціях; використовують в промисловості для поверхневого гарту стали, для індукційного нагріву металів і нагріву діелектриків дією змінного електричного поля і т.д. Малопотужні генератори служать для самих різних вимірювань.

Залежно від характеру ланцюга, в якій створюються коливання, генератори підрозділяються на генератори типа LC (генератори з коливальним контуром) і генератори типу rС.

Основна схема лампового генератора типа LC з трансформаторним зворотним зв'язком показана на рис 1.72. У цьому генераторі за допомогою тріода джерело електроенергії — анодна батарея Ua — покриває втрати енергії в коливальному контурі LC і підтримує в ньому незгасаючі коливання. Зворотний зв'язок в даному випадку полягає в дії через обмотку (2) трансформатора Т коливань струму в контурі LC на потенціал сітки тріода, а зміна потенціалу сітки викликає зміну вихідної величини — анодного струму, що заряджає конденсатор С.

Рисунок.1.72. Основна схема лампового LC-генератора з трансформаторним зворотним зв'язком

Конденсатор C розряджається на індуктивну котушку L, якою є первинна обмотка трансформатора Т. Такий розряд має форму синусоїдальних коливань. Ці коливання не затухають, оскільки через обмотку (2) зворотного зв'язку зміни струму в контурі LC викликають зміни сіткової напруги тріода, а отже, коливання анодного струму, змінна складова якого має частоту коливань в контурі. Обмотка (1) трансформатора індуктивно пов'язана з вихідною обмоткою (3) і вихідними затисками генератора. Таким чином, між вихідними затисками генератора створюється синусоїдальна змінна напруга, частота якого визначається параметрами коливального контура генератора.

До числа генераторів типу гС належать релаксаційні генератори*. Коливання в ланцюгах подібних генераторів створюються періодичним звільненням запасеної енергії — періодичними розрядами конденсатора на нелінійний елемент ланцюга генератора.

Простим прикладом коливань релаксацій можуть служити коливання в генераторі пилкоподібних напруг, що виникають при розряді конденсатора С на неонову лампу Л (Рисунок.1.73). Вольт-амперна характеристика цієї лампи подібна характеристиці тиратрона. Розряд в ній виникає при певній напрузі запалення U3 і припиняється при значно меншій напрузі гасіння Uг і струмі 1г. Паралельно неоновій лампі приєднується конденсатор С. Напряженіє U джерела постійного струму, що живить генератор, повинне бути більше напруги запалення U3, але, з другого боку, опір резистора г (див. Рисунок.1.73), повинне бути достатньо великим для того, щоб задовольняти умові , тобто щоб горіння лампи було можливе тільки за умови додаткового живлення електроенергією за рахунок енергії, накопиченої в електричному полі конденсатора.

Рисунок.1.73. Схема простого iC-генератора

Спочатку лампа не горить, а конденсатор поступово заряджає струмом через резистор р. Напруга на конденсаторі в таких умовах підвищується поступово. Коли напруга на конденсаторі досягає значення напруги запалення U3, лампа спалахує. Оскільки проходячий через резистор г струм менше, ніж потрібен для горіння лампи,

то під час горіння лампи конденсатор поступово розряджається і напруга його знижується. Коли ж ця напруга досягне значення Uг, лампа гасне і поновлюється заряд конденсатора. Відповідно до такого ходу періодичного процесу зміни напруги конденсатора зображаються пилкоподібній кривій (Рисунок.1.74), що складається з відрізків експонент.

Рисунок.1.74. Пилкоподібна крива напруги rR-генератора

Практично неонова лампа в таких генераторах пилкоподібних імпульсів замінюється тиратроном дугового розряду, що дає можливість регулювати напругу запалення Uз . Впливаючи на сітку тиратрона відповідним змінним, напругою, можливо синхронізувати роботу генератора релаксації з тим або іншим процесом.

Для частот, що перевищують десятки кілогерц, тиратрон замінюють транзистором або тиристором, сполученим по спеціальній схемі.

3) У ряді випадків для отримання витримки часу доцільно замість механічного пристрою типу годинникового механізму застосувати електронний пристрій без рухомих частин. Основною частиною такого пристрою служить ланцюг заряду конденсатора З через резистор г постійною напругою U (Рисунок.1.75 а). Заряд конденсатора починається з того моменту, коли замикається ключ К. Его може замикати, наприклад, швидкодійне електромагнітне реле. Конденсатор поступово заряджає і його напруга росте, поки не досягне значення напруги спрацьовування релейного пристрою, підключеного до затисків конденсатора. Коли напруга конденсатора Uс поступово підвищуючись, досягне значення напруги спрацьовування релейного пристрою Uср (Рисунок.1.75 б), той цей пристрій спрацьовує, його виконавча частина замикає ланцюг оперативного струму і відбувається, наприклад, відключення масляного вимикача. Таким чином, час витримки реле визначається швидкістю підвищення напруги заряджаючого конденсатора. Ця швидкість залежить від постійної часу контура заряду конденсатора. Після закінчення часу напруга конденсатора буде майже рівна U (ис= 0,95 U). Точніше, витримка часу, створювана реле часу, визначається по формулі

тут Ucн, - початкова напруга конденсатора, якщо в початковий момент він не розряджений повністю.

Для повторного спрацьовування такого реле часу потрібно на короткий термін (порядка 0,3 с), відключити його від джерела напруги U.

Енергія, накопичувана заряджаючим конденсатором,

рисунок.1.75. Структурна схема електронного реле часу (а) і крива залежності напруги конденсатора від часу (б)

відносно мала, тому як основа релейного пристрою застосовують електровакуумні або напівпровідникові прилади, керовані сигналами вельми малої потужності. У реле часу, схема якого приведена на Рисунок.1.76, для цієї мети застосований тиратрон Тир, а напруга заряджаючого конденсатора є його сітковою напругою. При подачі сіткової напруги тиратрон відмикається і в обмотці реле виникає струм. Реле спрацьовує і замикає ланцюг оперативного струму Iоп (ключ К1) і одночасне, замикаючи ключ К2, розряджає конденсатор.

Тиратрон можна замінити тиристором. В цьому випадку напруга Ucp повинна бути подане в ланцюг управляючого електроду тиристора.

Тривалість витримки часу регулюється шляхом зміни опору резистора, через який заряджає конденсатор C.

Релейний пристрій, підключений паралельно заряджаючому конденсатору, по суті є реле напруги, оскільки воно спрацьовує, коли напруга конденсатора досягне заданого значення. Взагалі в електронній техніці основними елементами — ключами простих реле напруги служать тиристор і тиратрон, оскільки вони відмикаються при певному значенні управляючої напруги. Але електронні реле напруги збираються і на транзисторах або на електронних лампах.

Рисунок.1.76. Схема електронного реле часу

Фотоелектронне реле спрацьовує при зміні світлового потоку, падаючого на їх вхідний елемент — фотоелектричний прилад. Воно служить для автоматичної сигналізації і управління самими різними процесами, як на виробництві, так і в побуті. Залежно від вибору фотоелектричного приладу і особливостей керованого процесу таке фотореле (як його часто називають) може бути дуже простим без підсилювача або з одним підсилювальним каскадом (Рисунок.1.77) або ж містити декілька підсилювальних каскадів.

Рисунок.1.77. Схема фотореле

Схеми фотореле діляться на схеми прямої дії, в яких струм на виході фотореле зростає із збільшенням світлового потоку, падаючого на фотоелектричний прилад, і схеми зворотної дії, в яких збільшення світлового потоку викликає зменшення струму на виході.

13,7... 15,5 В лампа повинна згаснути.

Рисунок.3.12. Перевірка регулятора напруги Я112-В:

1 — акумуляторна батарея; 2 — регулятор напруги; 3 — дріт, що замикає клеми «Б» і «В»; 4 — контрольна лампа; 5 — вольтметр; 6 — потенціометр

Якщо лампа не гасне і при вищій напрузі, то регулятор несправний і підлягає заміні.

Лекція

1. Система імпульсно-фазового управління.

2.Структурна схема системи імпульсно-фазового управління.

3.Принцип фазировки системи імпульсно-фазового управління.