Классификация усилителей

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

пластины происходит образование между стоком и истоком инверсного слоя полупроводника с проводимостью, аналогичной проводимости С и И, в данном случае p-типа, и, чем более отрицательным будет напряжение на затворе, тем больший Iс будет в канале. Схемные изображения МДП - транзисторов с индуцированным каналом n- и p-типов представлены на рис.1. 3.4, в.

18. Электронный выпрямитель

На рис. 3.1 представлена структурная схема электронного выпрямителя, на которой приняты следующие обозначения: U1- напряжение сети переменного тока заданной величины, В; Тр - трансформатор, который служит для согласования по величине переменного напряжения сети U1 ~ с постоянным напряжением нагрузки U2 пост, а также для электрического разделения цепей входа и выхода; В- вентильная группа, состоящая из диодов и осуществляющая преобразование переменного тока в пульсирующий одного направления; СФ - сглаживающий фильтр, уменьшающий пульсации выпрямленного напряжения до требуемого значения; Ст - стабилизатор, поддерживающий неизменным напряжение на нагрузке при изменении напряжения сети или сопротивления нагрузки Rн .

В зависимости от назначения выпрямителя и предъявляемых к нему требований отдельные узлы, указанные на структурной схеме, могут отсутствовать. По мощности в цепи нагрузки все выпрямители делятся на выпрямители:

малой мощности, если P0 < 100 Вт; средней мощности,

если P0< 5000 Вт; большой мощности,

если 0 P > 500 Вт;

Взависимости от числа фаз питающего напряжения все выпрямители делятся на однофазные и трёхфазные. Однофазные выпрямители — это маломощные выпрямители, трёхфазные — выпрямители средней и большой мощности.

19.Однополупериодный выпрямитель

Рассмотрим принцип действия выпрямителя на примере простейшей схемы так называемого однополупериодного выпрямления (рис. 3.2). Здесь U1 – напряжение сети; Uтр - напряжение на вторичной обмотке трансформатора; VD - выпрямительный диод, Rн -сопротивление нагрузки. Работа выпрямителя рассматривается в предположении, что диод — идеальный, т.е. сопротивление его при включении в прямом направлении (в открытом состоянии) равно нулю, а при обратном включении (в закрытом состоянии) — бесконечно велико.

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

На временных диаграммах тока рассматриваемого выпрямителя (рис.3.3): t - время, с; I0 и U0 - постоянные составляющие (средние значения за период) тока и напряжения на нагрузке. В течение первого полупериода напряжения на нагрузке, когда положительный потенциал приложен к аноду диода, он открыт и через нагрузочное сопротивление пойдёт ток, соответствующий току диода, включенного в прямом направлении, при этом к нагрузке окажется приложено полное напряжение вторичной обмотки трансформатора. Во второй полупериод полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора изменится на противоположную и диод окажется включенным в обратном направлении, диод закроется, и всё напряжение окажется приложенным к закрытому диоду, при этом напряжение на нагрузке будет равно нулю, и ток через нагрузку течь не будет. Максимальное значение обратного напряжения на диоде равно: обр =

√2 ∙ 2, где U2 – действующее значение напряжения.

Из временных диаграмм видно, что напряжение на нагрузке имеет пульсирующий характер и значительно отличается от постоянного значения. Из разложения значений пульсирующего напряжения в ряд Фурье следует, что в составе напряжения будут постоянное напряжения (среднее значение) U0 и ряд гармоник.

20. Двуполупериодный выпрямитель с выводом средней точки трансформатора

Схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на одну общую нагрузку. Вторичная обмотка трансформатора имеет среднюю (нулевую) точку, поэтому диоды питаются вторичными напряжениями 2 и 2 , равными по величине и сдвинутыми по фазе на 1800 . В каждый полупериод работает только один диод.

Работа схемы: при полярности, указанной на рисунке, ток протекает от плюса, через диод VD1, сопротивление нагрузки Rн, на минус. В другой полупериод, когда верхний зажим имеет отрицательный потенциал по отношению к нижнему, ток протекает от нижнего зажима через диод VD2, нагрузку Rн на новый минус ( - ). В результате, в течение всего периода ток Iн через нагрузку Rн и напряжение на ней имеет одно и то же направление. Временные диаграммы работы двухполупериодного выпрямителя показаны на рис.5. Основные параметры схемы: среднее значение за период выпрямленного напряжения и тока, коэффициент пульсации соответственно:

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

21. Двуполупериодный мостовой выпрямитель

22. Емкостной фильтр

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

Коэффициент пульсаций выпрямителя с емкостным фильтром может быть снижен до 10-2. Емкостной фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором, т.е. при малых токах нагрузки. При этом мощность в нагрузке не должна быть больше нескольких десятков ватт.

23. Индуктивный фильтр

Действие индуктивного фильтра Lф основано на том, что сопротивление катушки индуктивности постоянному току мало, а сопротивление переменному току

может быть сделано большим. Поэтому при включении Lф последовательно с активным сопротивлением нагрузки Rн падение напряжения на Rн от переменной составляющей тока снижается, т.е. пульсации выпрямленного напряжения уменьшаются.

24. Комбинированные фильтры

Для более значительного уменьшения пульсаций применяют комбинированные Г - и П – образные фильтры. В маломощных выпрямителях с целью уменьшения массы, габаритов и стоимости фильтра катушку Lф часто заменяют резистором Rф . “Фильтрующее “ действие резистора Rф основано на том, что при

Сф н на Rф происходит большее падение переменной составляющей выпрямленного напряжения, чем постоянной. Для характеристики эффективности

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

Наилучшее сглаживание пульсаций обеспечивает П – образный фильтр, образуемый последовательным включением Сф и Г – образным LC – фильтрами. Коэффициент сглаживания таких многозвенных фильтров определяется произведением коэффициентов сглаживания отдельных звеньев, из которых он состоит, если входное сопротивление последующего фильтра для переменной составляющей тока значительно больше выходного сопротивления предыдущего фильтра. Поэтому коэффициент

52

сглаживания П – фильтра (SП) равен SП = SГ* SC , где SГ и SГ - коэффициенты сглаживания соответственно Г- и С – фильтров.

25. Параметрический стабилизатор напряжения

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

26. Компенсационный стабилизатор напряжения

Компенсационный стабилизатор представляет собой простейшую автоматическую систему регулирования, работающую на принципе отрицательной обратной связи (ООС). Для реализации такого принципа устройство, кроме регулирующего (исполнительного) элемента (РЭ) должно содержать измерительный элемент (ИЭ), включающий в себя резистивный делитель. Элемент сравнения, источник эталонного напряжения Uэт , и усилитель постоянного тока УПТ (см. рис.3.13).

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

Напряжение с выхода резистивного делителя, пропорциональное стабилизируемому параметру, сравнивается с эталонным напряжением и полученный сигнал ошибки Uош = Uэт – к1Uвых после усиления – управляет коэффициентом передачи регулирующего элемента. Увеличение Uош, вызванное уменьшением выходного параметра, приведёт к увеличению коэффициента передачи РЭ. Это вызовет восстановление исходного значения выходного напряжения Uвых. И наоборот, увеличение Uвых, уменьшая сигнал ошибки, уменьшает коэффициент передачи РЭ. 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, работающий в активном режиме (режим генератора тока). В ключевых стабилизаторах роль РЭ выполняют импульсные усилители мощности. Компенсационные стабилизаторы выполняются на полупроводниковых дискретных элементах и в интегральном исполнении. Рассмотрим подробнее компенсационный стабилизатор на дискретных элементах, электрическая принципиальная схема которого приведена на рис.3.14. Назначение элементов стабилизатора.

VT1 – мощный низкочастотный транзистор n-p-n типа, играющий роль регулируемого сопротивления (регулирующий элемент), выбирается по току нагрузки, падению напряжения Uкб;

VT2 – транзистор n-p-n типа, выполняющий задачу усиления сигнала рассогласования (ошибки) и управляющий режимом работы транзистора VT1; На вход VT2 подается сигнал ошибки, поступающий с измерительного элемента (ИЭ). ИЭ включает в себя делитель R4, R5, R6 и источник

опорного напряжения, функции которого выполняет стабилитрон

VD7

VD6 – стабилитрон (Uстаб около 12,6 В);

VD7 – стабилитрон (Uстаб около 6,8 В) – задает уровень опорного напряжения ;

Коэффициент передачи делителя можно изменять потенциометром R5, тем самым задавая уровень выходного

стабилизированного напряжения в пределах 7,5…10,5 В; R1 – резистор, ограничивающий ток через VD6;

R2 – резистор, ограничивающий ток базы транзистора VT1 и ток коллектора транзистора VT2.

Элементы R1, VD6, R2 являются сглаживающим фильтром, понижающим коэффициент пульсаций подводимого к стабилизатору напряжения Uвх; Резистор R3 ограничивает ток опорного стабилитрона.

Рассмотрим работу устройства. Выходное напряжение стабилизатора равно разности его входного напряжения и падения напряжения между выводами коллектора и эмиттера регулирующего транзистора VT1:

Uвых = Uвх – Uкэ VT1.

В свою очередь, для UКЭ справедливо выражение

Uкэ VT1 = Uкб + Uбэ Uкб VT1 + const.

Напряжение Uкб VT1 определяется падением напряжения на резисторах R1 и R2

Uкэ VT1 = I1R1+ I2R2 = Uвх - Uвых упт.

Выходное напряжение усилителя постоянного тока Uвых упт равно:

Uвых упт = k (Uб VT1 – Uэ VT2), где k – коэффициент усиления напряжения УПТ; (Uб VT1 – Uэ VT2) – напряжение между базой и эмиттером транзистора VT2 УПТ.

Возникновение любых отклонений выходного напряжения стабилизатора от установленного значения приводит к изменению тока базы транзистора VT2, и соответственно тока его коллектора. В результате этого

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП | группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

28. Усилитель низкой частоты

В схемах усилителей напряжения наиболее часто используется транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером ОЭ. Эта схема по сравнению со схемой с общей базой ОБ имеет гораздо большее входное сопротивление, что позволяет выполнять по схеме с общим эмиттером многокаскадные усилители. Для неискаженного усиления входной сигнал, подаваемый на транзистор, должен лежать на линейном участке входной характеристики. Это достигается выбором рабочей точки транзистора – точки, характеризующей его состояние в режиме покоя, т.е. без действия входного сигнала. Положение рабочей точки определяется токами базы транзистора. Один из самых распространенных способов фиксации положения рабочей точки по напряжению, применяемый в реальных схемах, показан на рис.4.3.

29. Классы усиления