18 Жидкокристаллические индикаторы
ЖК-индикаторы - пассивные устройства. Они не генерируют свет и требуют дополнительной подсветки, сами же выполняют роль модулятора, работая в режиме пропускания или отражения света.
Жидкие кристаллы (ЖК) представляют собой органические жидкости, имеющие удлиненные стержнеобразные молекулы. Различают ЖК трех типов смектические, нематические и холестерические.
В смектических ЖК сильно вытянутые молекулы располагаются слоями одинаковой толщины, близкой к длине молекул. Ориентированы молекулы параллельно друг другу. У нематические ЖК отсутствует слоистая структура, а молекулы также ориентированы параллельно друг другу своими длинными осями. Холестерические ЖК имеют структуру слоистую, но в каждом слое молекулы вытянуты в некотором преимущественном направлении.
а - смектические; б - нематические; в - холестерические
Поляризатор - это оптический элемент, пропускающий свет, поляризованный в одном направлении, и гасящий свет, поляризованный в противоположном направлении, в зависимости от ориентации поляризатора. Если оси второго поляризатора, называемого анализатором, параллельны осям первого, то свет проходит через второй поляризатор; если же оси анализатора перпендикулярны, излучение гасится.
ЖК-индикаторы имеют преимущества по сравнению с индикаторами на эффекте динамического. Быстродействие ЖК на твист-эффекте гораздо выше, чем при использовании динамического рассеяния.
Достоинства ЖК-индикаторов заключаются в следующем:
- малая потребляемая мощность (110 мкВт/см2);
- работа при высоком уровне внешней освещенности;
- простота конструкции и технологии изготовления;
- низкая стоимость, низкое рабочее напряжение.
К основным недостаткам ЖК-индикаторов следует отнести узкий диапазон рабочих температур (от -10 до +60° С), длительные переходные процессы, к тому же зависящие от температуры.
19. Однополупериодные выпрямители: схема, принцип работы, параметрические соотношения. (по плакату) Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. Схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 КГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения. Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль.
Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю.
Недостатки: Большая величина пульсаций, сильная нагрузка на вентиль, низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора.
Преимущества: Экономия на количестве вентилей.
20. Двухполупериодные выпрямители с выводам средней точки вторичной обмотки трансформатора: схема, принцип действия, параметрические соотношения. (по плакату) Когда u>0, ф2>ф1 открыт В1, ток протекает по верхнему контуру. Когда u<0, ф1>ф2 открыт В2, ток протекает по нижниму контуру. Через нагрузку ток протекает весь период и направление не менятеся. Это ток постоянный. Ток и напряжение на нагрузке пульсирующий. Когда вентили открыты, uв=0. Когда вентили закрыты uв=u+uн=2u. Достоинства: Уровень пульсации меньше, чем в однополупериодной схеме, более полное использование мощности источника. Недостатки: Большое обр. напряжение на вентелях, необходим спец. трансформатор.
21. Двухполупериодная мостовая схема: принцип работы, параметрические соотношения (по плакату) Когда u>0, ф1>ф2 открыт В1 и В2. Когда u<0, ф2>ф1 открыт В3 и В4. Через нагрузку ток протекает весь период. Направление тока не меняется следовательно ток постоянный. Когда В открыты, uв = 0, когда В закрыты одинаковый уровень пульсации. Достоинства: обратное напряжение на вентеле меньше. Схема является основной для полупроводниковых выпрямителей.
22. Схема выпрямителей с умножением напряжения Применяется в тех случаях, если необходимо увеличить выпрямленное напряжение на нагрузке, при заданном напржении на вторичной обмотке трансформатора или при отсутствии трансформатора с необходимым коэффицентом трансформации.
а. Схемы выпрямителя с удвоение напряжения. (по плакату) Источник дополнительной ЭДС, предназначенный для повышения выходного напряжения используют конденсаторы, переодически заряжаемые через диоды. В течение положительного полупериода, когда Фа>Фв конденсатор С1 заряжается через открытый диод Д1 до напряжения равному амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора, т.е. до ~ U2m. Во второй полупериод, когда Фв>Фа вторичная обмотка транформатора оказывается соед. с C1 таким образом, что напряжение на их зажимах складывается. Под воздействием этого суммарного напряжения конденсатор С2 через Д2 заряжается почти до удвоенного значения амплитудного напряжения на зажимах вторичной обмотки транформатора. В процессе заряда С2, С1 разряжается, затем процесс повторяется. Напряжение на нагрузке, подключенной параллельно С2 такое же, по характеру пульсирующее.
б. Схема с утроением напряжения (по плакату). В положительный полупериод Фа>Фв заряжется С1, через Д1 до U2m. В отрицательный полупериод С2 заряжается через Д2 до U=Uc1+U2m~2U2m. С1 в это время разряжается. В след полупаспад при повторной зарядке С1 через Д1 закрытым окажется Д2 и конденсатор С2 разряжается через Д3 на С3, зарядив его до 2U2m. По окнчанию зарядка С1 и концу 3его полупериода сопротивление нагрузки окажется под суммарным напряжением конденсаторов С1 и С3, т.е. ~3U2m
23. Сглаживающие фильтры а. Ёмкостный фильтр - представляет собой конденсатор, присоед паралельно нагрузке
б. Индуктивный фильтр - представляет собой дроссель (катушка с сердечником), присоед. последовательно с нагрузкой
в. ёмкостно-индуктивные фильтры. Гобразные, Побразные
24. Трёхфазные выпрямители: схема, принцип работы, параметрическое соотношение (по плакату) Аноды присоединены к началам обмоток А, В, С. Катоды соед. вместе в точке О'. Нагрузка между О и O'. Напряжение в обмотках трансформатора Ua, Ub, Uc - одинаковы, но сдвинуты по фазе между собой на 120град. Через каждый диод ток протекает 1/3 периода, когда U в данной фазе больше, чем в других. Диоды открываются поочередно, а через нагрузку ток протекается весь период в одном направлении след. этот ток постоянный.
25. Управляемые выпрямители: схема, принцип действия (по плакату) Тиристоры открываются когда на него приложено прямое напряжение и поступает импульсы управляющего тока от спец. электронного генератора. Через нагрузку ток протекает в одном направлении следовательно он постоянный, но не весь период. Регулирование состоит в том, что в момент поспления импульсов Iу можно менять
26 Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.
По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.
Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов.
27 Принцип работы компенсационного стабилизатора основан на использовании цепи отрицательной обратной связи. Для реализации указанного принципа устройство кроме регулирующего элемента РЭ должно содержать исполнительный элемент ИЭ, элемент сравнения и источник эталонного напряжения Uэт Выходное напряжение измерительного элемента, пропорциональное стабилизированному параметру, сравнивается в элементе сравнения с эталонным напряжением, и полученный сигнал ошибки Uош = Uэт - Uиз управляет коэффициентом передачи РЭ. Увеличение Uош , вызванное уменьшением выходного напряжения, увеличивает коэффициент передачи РЭ, что ведет к увеличению выходного напряжения. И, наоборот, увеличение выходного напряжения, уменьшая сигнал ошибки, вызывает уменьшение коэффициента передачи РЭ, что в свою очередь ведет к уменьшению выходного напряжения. В зависимости от вида выполнения РЭ различают непрерывные и ключевые компенсационные стабилизаторы напряжения. В непрерывных компенсационных стабилизаторах в качестве РЭ используют биполярный или полевой транзистор, ключевых - импульсные усилители мощности
28. В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.
В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):
Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.
29. Общие сведения об одиночных усилительных каскадах. Функциональная схема усилительного каскада Электронные усилители - это устройство, предназначенное для усиления(преобразования) тока, напряжения или мощность слабых электрических сигналов, питающих усилитель. Усиление - один из видов преобразования при которых управляемая мощность больше управляющей. Управляющая мощность называется входной мощностью. Она получается от источника сигналов(возбудитель). Управляемая мощность получается усилителем от источника питания. Часть потребляемой мощности, отдаваемая во внешнюю цепь, представляет собой выходную мощность. Мощность выхода больше мощности входа. Усилительный каскад - простейший усилитель. Функциональная схема содержит элементы уситильного каскада, дает информацию о способе их соединения. В состав схемы входят: входная цепь, выходная цепь и элемент связи между цепями. Входная цепь образована возбудителем и управляющем элементом. Выходная цепь образована источником питания, управляющим элементом и нагрузкой. Управляющим элемент является элементом связи между цепями.
36 .Обратные связи в усилителях определение классификация.Обратная связь в усилителях
Понятие «обратная связь» (ОС) широко используется как в технике, так и в других областях знаний. Обратной связью называют влияние некоторой выходной величины на некоторую входную, которая в свою очередь существенным образом влияет на выходную величину (определяет эту выходную величину). В усилителях, как правило, используется так называемая отрицательная обратная связь (ООС). При наличии отрицательной обратной связи выходной сигнал таким образом влияет на входной, что входной сигнал уменьшается и соответственно приводит к уменьшению выходного сигнала. При этом уменьшаются искажения сигнала, расширяется частотный диапазон и т. д.
Для определения вида обратной связи (ОС) нужно «закоротить» нагрузку. Если при этом сигнал обратной связи обращается в нуль, то это ОС по напряжению, если сигнал ОС не обращается в нуль — то это ОС по току. При обратной связи по напряжению сигнал обратной связи, поступающий с выхода усилителя на вход, пропорционален выходному напряжению. При обратной связи по току сигнал обратной связи пропорционален выходному току. При последовательной обратной связи (со сложением напряжений) в качестве сигнала обратной связи используется напряжение, которое вычитается (для отрицательной обратной связи) из напряжения внешнего входного сигнала. При параллельной обратной связи (со сложением токов) в качестве сигнала обратной связи используется ток, который вычитается из тока внешнего входного сигнала.
38.Многокаскадные усилители, функциональная схема, виды связей
В большинстве случаев одиночные каскады не обеспечивают необходимое усиление и заданные параметры усилителей. Поэтому усилители, которые применяют в аппаратуре связи и измерительной технике, многокаскадные. При анализе и расчете многокаскадного усилителя необходимо определить общий коэффициент усиления усилителя, искажения, вносимые им, распределять их по каскадам, определить требование к источникам, решить вопросы введения обратных связей и т.д.
Коэффициент усиления усилителя можно определить, исходя из структурной схем
для многокаскадного усилителя общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада. Суммарный фазовый сдвиг, вносимый усилителем, равен сумме фазовых сдвигов каждого каскада. Сквозной коэффициент усиления Kобщ kвхKобщ где kвх Zвх Zг Zвх - коэффициент передачи входной цепи. Если коэффициент усиления отдельных каскадов выразить в логарифмических единицах, то общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя будет равен суммекоэффициентов Kобщ дб K1 дб Kn дб В аппаратуре связи для компенсации потери мощности на отдельных участках затухания необходимо, чтобы усилитель работал на согласованную нагрузку, т.е. его входное сопротивление должно быть равно сопротивлению источника выходного сопротивления предыдущего тракта аппаратуры или линии , а выходное сопротивление должно равняться сопротивлению нагрузки. Для согласования усилителей по входу и выходу используют усилители с обратной связью и согласующие
39.Однотактный оконечный трансформаторный каскад, схема, работа
Однотактные выходные каскады строятся на одном активном приборе — биполярном или полевом транзисторе или на электронной лампе. Принцип действия лампового каскада очень прост: наряду с отрицательным напряжением смещения на сетку лампы через разделительную цепь CCRC подается переменный входной сигнал. Это вызывает появление переменной составляющей напряжения на сетке и, соответственно, переменной составляющей анодного тока. Последняя и является выходным сигналом каскада. К сожалению, переменная составляющая анодного тока наложена на его постоянную составляющую. Но через динамик (или звуковую колонку) ни в коем случае нельзя пропускать постоянный ток, поскольку это приведет к смещению нормального положения диффузора и рассеиванию катушкой динамика чрезмерно большой мощности даже в отсутствие сигнала.
41.Широко полосные усилители
В широкополосных усилителях в основном применяются каскады с резистивно-емкостной связью с общим эмиттером (на биполярных транзисторах), с общим истоком (на полевых транзисторах) и с общим катодом (на электронных лампах). Специфической особенностью этих каскадов в широкополосных усилителях является наличие дополнительных цепей частотной коррекции, служащих для расширения полосы равномерно усиливаемых частот или уменьшения искажений формы усиливаемых импульсов.
Распространены два, в принципе эквивалентных, метода анализа цепей частотной коррекции:
частотный;
временной.
Частотный метод связан, с изучением амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик и удобен при расчете широкополосных усилителей, предназначенных для усиления гармонических колебаний.
При расчете видеоусилителей и в особенности импульсных усилителей, предназначенных для усиления прямоугольных импульсов, известные удобства представляет временной метод, поскольку он оперирует величинами, непосредственно описывающими искажения формы прямоугольного импульса. С другой стороны, при достаточно сложных схемах временной метод требует более трудоемких расчетов.
42.усилители постоянного тока Дрейф нуля и методы его компенсации.Применение усилительных каскадов в УПТ ограничивается дрейфом нуля. Дрейфом нуля (нулевого уровня) называется самопроизвольное отклонение напряжения или тока на выходе усилителя от начального значения. Этот эффект наблюдается и при отсутствии сигнала на входе. Поскольку дрейф нуля проявляется таким образом, как будто он вызван входным сигналом УПТ, то его невозможно отличить от истинного сигнала. Существует достаточно много физических причин, обусловливающих наличие дрейфа нуля в УПТ. К ним относятся нестабильности источников питания, температурная и временная нестабильности параметров транзисторов и резисторов, низкочастотные шумы, помехи и наводки. Среди перечисленных причин наибольшую нестабильность вносят изменения температуры, вызывающие дрейф. Этот дрейф обусловлен теми же причинами, что и нестабильность тока коллектора усилителя в режиме покоя изменениями Iкбо, Uбэ0 и B. Поскольку температурные изменения этих параметров имеют закономерный характер, то в некоторой степени могут быть скомпенсированы. Так, для уменьшения абсолютного дрейфа нуля УПТ необходимо уменьшать коэффициент нестабильности Sнс. Абсолютным дрейфом нуля , называется максимальное самопроизвольное отклонение выходного напряжения УПТ при замкнутом входе за определенный промежуток времени. Качество УПТ обычно оценивают по напряжению дрейфа нуля, приведенного ко входу усилителя: Приведенный ко входу усилителя дрейф нуля не зависит от коэффициента усиления по напряжению и. эквивалентен ложному входному сигналу. Величина едр ограничивает минимальный входной сигнал, т. е. определяет чувствительность усилителя.
43.Усилители постоянного тока с непосредственной связью
Усилители постоянного тока с непосредственной связью. При необходимости усиливать сигналы, мгновенные напряжения которых могут изменяться сколь угодно медленно, применяются усилители постоянного тока (УПТ), отличающиеся тем, что их нижняя граничная частота ωн = 0.
Естественный способ построения таких усилителей заключается в применении непосредственной связи между каскадами и изъятии из схемы блокировочных, развязывающих и прочих конденсаторов, которые могут формировать низкочастотные постоянные времени. Помимо необходимости согласовывать начальные рабочие точки и цепи питания усилительных приборов в следующих друг за другой каскадах,основная трудность проектирование таких УПТ связана с проблемой «дрейфа нуля» — самопроизвольных медленных изменений выходного напряжения (тока), вызываемых нестабильностью характеристик усилительных приборов, напряжений, питающих усилитель, и влиянием внешних факторов, в первую очередь температуры.
44.Усилитель постоянного тока с преобразованием сигнала
Усилителями постоянного тока называют такие устройства, которые могут усиливать медленно изменяющиеся электрические сигналы, то есть они способны усиливать и переменные и постоянные составляющие входного сигнала. Усилители постоянного тока имеют много разновидностей (дифференциальные, операционные, усилители с преобразованием входного сигнала и др.). Поскольку такие устройства пропускают наряду с переменной составляющей еще и постоянную, то отдельные каскады должны быть связаны между собой либо непосредственно, либо через резисторы, но не через разделительные конденсаторы или трансформаторы, которые не пропускают постоянную составляющую. Основную проблему усилителей постоянного тока представляет дрейф нуля – отклонение напряжения на выходе усилителя от начального (нулевого) значения при отсутствии входного сигнала. Основной причиной этого явления являются температурная и временная нестабильность параметров активных элементов схемы усилителя, резисторов, а также источников питания.
Одним из возможных путей уменьшения дрейфа нуля является использование дифференциальных усилителей.
45. Электронные генераторы: назначение, классификация, применение, разновидности
Генератор, или автогенератор – это самовозбуждающаяся система, в которой энергия источника питания постоянного тока преобразуется в энергию переменного сигнала нужной формы и частоты. Без сомнения, генераторы являются весьма важным элементом электроники.
Генераторы бывают:
низкочастотные (НЧ) – до 100 кГц
высокочастотные (ВЧ) – от 0,1 до 100 МГц
сверхвысокочастотные (СВЧ) – выше 100 МГц
По форме колебаний генераторы делятся на гармонические (синусоидальные) негармонические (импульсные). По способу возбуждения – с внешним возбуждением и с самовозбуждением (автогенераторы).
В чём же суть генерации колебаний? Ненадолго обратимся к физике. Из этой самой физики известно, что если к цепи, состоящей из параллельно соединенных кондера и катушки индуктивности, кратковременно подключить источник постоянного тока то будет происходить следующий процесс. Кондер зарядится до некоторого значения и после этого начнет разряжаться через катушку. Катушка в этот момент по сути будет накапливать энергию.