Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Электроника Ч2

.pdf
Скачиваний:
54
Добавлен:
22.03.2015
Размер:
2.56 Mб
Скачать

131

UOC

(t2 ) = Uвых m

 

R3

+ U ГЛИН

(t2 )

 

R4

= 1,66

+ 3,2 0,83

= 4,31B .

R

+ R

R + R

 

 

3

4

 

3

4

 

 

 

3.Для момента времени t3:

Напряжение на выходе компаратора U вых = U вых m . Напряжение обрат-

ной связи UOC определяется выражением:

 

 

U OC

= U вых m

 

R3

+ U ГЛИН (t3 )

R4

= E0 .

R3

+ R4

R3 + R4

 

 

 

 

Здесь UГЛИН (t3) – минимальное. Определим это значение :

 

E0

Uвых m

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

R

+ R

4

 

1 − 1,66

 

U ГЛИН (t3 ) =

 

 

 

3

 

=

 

 

= −0,79B .

 

 

R3

 

 

 

 

0,83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3 + R4

 

 

 

 

 

 

 

Определим величину напряжения UОС (t3) сразу после переключения, когда значение U вых = −U вых m , а UГЛИН (t3) = - 0,79 В.

UOC

= −Uвых m

 

R3

+ U ГЛИН (t3 )

 

R4

= −1,66

− 0,79 0,83 = −2,32.

R

+ R

R + R

 

 

3

4

3

4

 

 

Далее значение UГЛИН периодически изменяется от 0,79 В до 3,2 В, а

UОС от 2,32 В до 4,31 В.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

26.1.Перечислите возможные режимы работы мультивибраторов. Назовите их отличительные признаки.

26.2.Приведите схему мультивибратора на ОУ в автоколебательном режиме. Назовите функциональные узлы, которые входят в состав схемы.

26.3.В схеме рис. 26.1, а R1 = R4 = 1 кОм, R2 = R3 = 2 кОм, С = 0,1·10-6 Ф. Опре-

делите τи, τп, Т, Q, F.

26.4.Определите R4, при котором мультивибратор, по условию задачи 26.3, будет

генерировать импульсы с частотой F = 2 кГц.

132

26.5.Измените схему рис. 26.1, а так, чтобы она позволяла регулировать скважность импульсов при неизменной частоте.

26.6.Какое значение имеет длительность входного импульса для схемы рис.

26.2,а?

26.7.Чем определяется устойчивость исходного состояния мультивибратора по схеме рис. 26.2, а?

26.8.Можно ли для запуска ждущего мультивибратора по схеме рис. 26.2, а использовать отрицательные импульсы?

26.9.Какой из резисторов цепи обратной связи в схеме рис. 26.2, а больше влияет на длительность этапа восстановления?

26.10.Как влияет на отношение τи / τп увеличение R4?

26.11.Какой из параметров ОУ позволяет построить на его основе интегратор?

26.12.Как изменится график выходного напряжения ГЛИН в ждущем режиме, если Е0 изменит знак?

26.13.Как необходимо изменить значения R3 и R4 в схеме рис. 26.4, а для увели-

чения UГЛИН?

ЛЕКЦИЯ 27. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ

Основным источником электрической энергии в настоящее время яв- ляются электрические сети. Значительно реже применяются химические, термоэлектрические, фотоэлектрические и др. источники. Все названные ис- точники электрической энергии принято называть первичными. Общей осо- бенностью первичных источников является низкое качество напряжения, невозможность его регулирования. Например, промышленная сеть выдает напряжение переменного тока частотой 50 Гц с номинальными значениями 220, 380 В. В зависимости от нагрузки сети величина напряжения может из- меняться в некоторых пределах.

133

Одной из особенностей электронных схем является требование к вы- сокому качеству напряжения питания. Как правило, это должно быть на- пряжение высокой стабильности, с несколькими, значительно отличающи- мися между собой, номинальными значениями. В силу такой особенности каждое электронное устройство снабжается собственным источником пита- ния, который принято называть вторичным (ВИП). В лекции рассматрива- ются основные параметры, классификация и принципы построения ВИП.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВТОРИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Большое многообразие ВИП классифицируют по ряду признаков. 1. По виду первичного источника питания ВИП разделяют на

инверторные ВИП;

конверторные ВИП.

Инверторные ВИП предназначены для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока или наоборот. Обычно это выпрямитель, значительно реже генератор.

Конверторные ВИП изменяют величину входного напряжения. К ним относятся трансформаторы, стабилизаторы напряжения др. подобные уст- ройства.

2.По принципу действия ВИП разделяют на две группы:

трансформаторные ВИП:

бестрансформаторные ВИП.

3.По количеству уровней выходных напряжений различают

одноканальные ВИП;

многоканальные.

4.По выходной мощности ВИП делят на

134

микромощные (до 1 Вт);

маломощные (от 1 до 100 Вт);

средней мощности (от 100Вт до 10 кВт);

мощные (более 10 кВт).

Для качественной и количественной оценки ВИП определены их вход- ные, выходные и эксплуатационные характеристики. Раскроем каждую из названных групп.

Входные характеристики:

значение и вид напряжения первичного источника питания;

допустимая нестабильность питающего напряжения δUс = !Uс / Uс;

частота питающего напряжения;

количество фаз первичного источника питания;

допустимый коэффициент гармоник питающего напряжения. Выходные характеристики:

значения выходных напряжений;

допустимая нестабильность выходных напряжений δUвых = !Uвых /

Uвых;

ток нагрузки и выходную мощность. Эксплуатационные характеристики:

диапазон рабочих температур;

допустимая относительная влажность;

диапазон допустимых давлений окружающей атмосферы;

допустимые механические нагрузки др.

В общем случае структура ВИП может содержать силовой трансфор- матор, вентильный блок, сглаживающий фильтр и стабилизатор напряже- ния. В таком составе схему часто называют выпрямителем источника пи- тания. Кратко определим назначение функциональных узлов выпрямителя.

135

Трансформатор (понижающий или повышающий) преобразует напря- жение сети и обеспечивает гальваническую развязку между нагрузкой и си- ловой сетью.

Вентильный блок предназначен для преобразования переменного тока

вток одного направления. В качестве вентилей, как правило, используются диоды, тиристоры или транзисторы. Если в состав вентильного блока входят только диоды, то выпрямитель неуправляемый. Применение тиристоров или транзисторов позволяет создавать управляемые выпрямители. В этом случае

всостав схемы выпрямителя должно входить устройство управления.

Сглаживающий фильтр предназначен для уменьшения пульсаций вы- прямленного тока (напряжения). Как правило, это ФНЧ, выполненный на R, L и С элементах.

Стабилизатор напряжения предназначен для устранения оставшихся после сглаживающего фильтра пульсаций, для уменьшения влияния деста- билизирующих факторов (случайные колебания напряжения сети, измене- ния нагрузки, температуры окружающей среды и др.).

Обязательным функциональным узлом выпрямителей является вен- тильный блок. Остальные функциональные узлы входят в состав схемы в зависимости от назначения и от требований к параметрам выпрямителя. Кроме рассмотренных функциональных узлов, схема может дополняться вспомогательными элементами и узлами контроля, автоматики, защиты и т. п.

Большое разнообразие выпрямителей разделяют по ряду признаков.

1.По числу фаз силовой сети различают:

однофазные выпрямители;

многофазные выпрямители.

2.По количеству выпрямленных полуволн напряжения выпрямители делятся на

136

однополупериодные;

двухполупериодные.

3. По схеме вентильного блока различают выпрямители:

однотактные;

двухтактные (мостовые).

Ток вторичной обмотки однотактных выпрямителей протекает в од- ном направлении. В двухтактных выпрямителях ток вторичной обмотки трансформатора протекает в двух направлениях.

2. ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ТОКА

2.1 Однофазные выпрямители

Схема простейшего однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 27.1, а. На рис. 27.1, б приведены соответствующие этой схеме времен- ные диаграммы напряжения и тока.

В состав схемы входят: источник (вторичная обмотка трансформато-

ра) синусоидального напряжения uвх (t) = Um.вх sin ωt , выпрямительный

137

диод D и нагрузка RH . При анализе работы схемы будем полагать, что со-

противление диода в прямом направлении равно нулю, а в обратном бес- конечности. При таких допущениях через нагрузку протекает несинусои- дальный периодический ток, в виде полуволн синусоиды:

 

U

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin ω t, при.Ku

 

(t)

 

> 0

 

 

 

вх

вх

iRн

(t) = R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при.Kuвх (t)вх

0.

 

 

 

 

 

0,

 

 

 

 

Этот ток создает на сопротивлении

RH

падение напряжения в виде

периодических пульсаций. С учетом принятых допущений амплитудное значение пульсаций Um.п равно амплитудному значению входного напряже- ния Um (рис. 27.1, в). Во время отрицательного полупериода входного на- пряжения все напряжение источника падает на бесконечно большом сопро- тивлении диода. Такое падение напряжения называют обратным напряже- нием диода Um.обр.

Рис. 27.1, в наглядно показывает, что период пульсаций выпрямленно- го напряжения Тп равен периоду входного напряжения. Значит, и частота пульсаций Fn равна частоте входного напряжения f, а кратность пульсаций

m =

Fn

= 1 .

(27.1)

 

 

f

 

Определим интегральные параметры выпрямителя. Средние и дейст- вующие значения тока и напряжения определим известными по лекции 2 выражениями:

 

 

T

 

 

 

π

 

I

0.вып =

1

T / 2 iвх

(t)dt =

Im.вх

0,32Im.вх ,

(27.2)

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U0.вып = 0,32Um.вх ,

(27.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

T / 2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iвып =

1

 

[iвх

(t)]2 dt =

Im.вх

,

(27.4)

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Um.п.1

138

Uвып

=

Um.вх

.

(27.5)

 

 

2

 

 

Для оценки качества выпрямленного напряжения применяют специ- альный параметр коэффициент пульсаций Кп. Он определяется отношени- ем амплитудного значения первой гармоники выпрямленного напряжения

(пульсаций) – к среднему значению выпрямленного напряжения

U0.вып , т.е.

Kп

=

Um.п.1

.

(27.6)

 

 

U0.вып

 

Разложение в ряд Фурье функции, представленной рис.27.1, в имеет

вид:

 

 

 

 

uRн (t) =

Um.вх

+

Um.вх

sinωt

2Um.вх

cos 2ωt − ... .

π

 

 

3π

 

2

 

 

 

 

 

В этом разложении постоянная составляющая - среднее значение вы-

прямленного напряжения, а амплитуда первой гармоники

 

 

 

Um.п.1 =

Um.вх

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kп =

Um.вх π

1,57 .

(27.7)

 

 

 

2 Um.вх

 

 

 

 

 

 

 

 

Достоинство схемы простота. Недостатки малые значения средне-

го и действующего токов и напряжений, большое значение пульсаций - Кп =

1,57.

Значительно лучшими параметрами обладает однофазная нулевая схе- ма выпрямления, разработанная в 1901 г. академиком Миткевичем (рис. 27.2, а). Схема включает источник синусоидального напряжения, трансфор- матор с выводом от средней точки вторичной обмотки, два диода и сопро-

139

тивление нагрузки - RH . Сопротивление нагрузки включено между катодами диодов и средней точкой вторичной обмотки трансформатора.

Пусть на интервале времени от 0 до Т/2 (рис.27.2, б) полярность на- пряжения на вторичной обмотке трансформатора uвх(t) такая, как показано на рис.27.2, а. В этом случае к диоду D1 приложено прямое напряжение, а к диоду D2 - обратное. В цепи вторичной обмотки потечет ток i1 от точки 1, через диод D1, сопротивление RH к средней точке вторичной обмотки. Этот ток создаст падение напряжения (пульсацию) на интервале положительного полупериода входного напряжения.

На интервале от Т/2 до Т (отрицательный полупериод) полярность на- пряжения на вторичной обмотке трансформатора изменится на противопо- ложную. Теперь к диоду D2 приложено прямое напряжение, а к диоду D1 обратное. В цепи вторичной обмотки потечет ток i2 от точки 1', через диод D2, сопротивление RH к средней точке вторичной обмотки. Направление то- ка через RH останется таким же как и во время положительного полуперио- да, поэтому этот ток создаст падение напряжения (пульсацию) на интервале отрицательного полупериода. Именно поэтому рассматриваемый выпрями- тель часто называют двухполупериодным.

140

Рис.27.2, в наглядно показывает, что период пульсаций выпрямленно- го напряжения Тп в два раза меньше периода входного напряжения. Следо- вательно,

T = Т

 

;

F = 2 f ; m =

Fп

= 2 ,

 

 

п

2

 

п

f

 

 

 

 

 

 

 

I0.вып

Iвып

где Um.п.1 = 0,42Um.вх .

 

2

T / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

2Im.вх

 

 

=

 

iвх (t)dt =

 

 

= 0,64Im.вх ,

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U0.вып

 

=

 

2Um.вх

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

T / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2

 

[iвх

(t)]2 dt =

Im.вх

= 0,707Im.вх ,

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвып

=

Um.вх

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Kп = Um.п.1 = 0,67 ,

U0.вып

(27.8)

(27.9)

(27.10)

(27.11)

(27.12)

Выражения показывают, что схема Миткевича имеет значительно лучшие параметры, чем однополупериодный выпрямитель. Однако приме- нение трансформатора с выводом от средней точки вторичной обмотки не всегда приемлемо. Свободна от этого недостатка однофазная мостовая схе- ма выпрямителя (рис.27.3). Схема включает в свой состав источник напря- жения, трансформатор с напряжением вторичной обмотки uвх(t), четыре диода и сопротивление нагрузки RH, которое включено в диагональ моста.

Пусть во время положительного полупериода входного напряжения полярность контактов 1 – 1' такая, как показано на рис. 27.3. В этом случае к диодам D1 и D4 приложено прямое напряжение, а к диодам D2 и D3 об- ратное. В цепи выпрямителя потечет ток i1 от контакта 1, через диод D1, со-