- •Конспект лекций по курсу "аналоговая схемотехника"
- •Конспект лекций по курсу "аналоговая схемотехника"
- •1. Аналоговые ключи и коммутаторы
- •1.1. Ключ на полевом транзисторе с управляющим p-n - переходом
- •1.2. Аналоговые ключи на кмоп – транзисторах
- •1.3. Диодный коммутатор
- •1.4. Мультиплексоры аналоговых сигналов
- •1.5. Аналоговые коммутаторы на базе операционного усилителя
- •1.6. Контрольные вопросы
- •2. Компараторы сигналов
- •2.1. Простейшие компараторы
- •2.2. Компаратор с пос (триггер Шмидта)
- •2.3. Ограничение выходного напряжения
- •2.4. Компаратор с окном
- •2.5. Интегральные схемы компараторов
- •2.6. Контрольные вопросы
- •3. Схемы для измерительных систем
- •3.1. Схемы выборки - хранения
- •3.2. Точный выпрямитель
- •3.3. Увеличение выходного тока оу
- •3.4. Источники тока на оу
- •3.5. Источник тока на интегральной микросхеме lm117
- •3.6. Контрольные вопросы
- •4. Источники питания
- •4.1. Структурная схема источника питания
- •4.2. Стабилизаторы напряжения
- •4.3. Параметрические стабилизаторы
- •Контрольные вопросы
- •5. Компенсационные стабилизаторы с непрерывным регулированием
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Работа компенсационного стабилизатора непрерывного действия
- •5.3. Составной транзистор
- •5.4. Расчет компенсационного стабилизатора напряжений непрерывного действия
- •5.5. Ограничение выходного тока стабилизатора
- •5.6. Контрольные вопросы
- •6. Схемы стабилизаторов компенсационного типа на интегральных схемах
- •6.1. Трехвыводные схемы стабилизаторов
- •6.2. Увеличение выходного тока стабилизатора.
- •6.3. Некоторые схемы стабилизаторов на интегральных схемах
- •Контрольные вопросы
- •Модуль № 2
- •7. Импульсные стабилизаторы
- •7.1. Общие положения
- •7.2. Вторичные импульсные стабилизаторы
- •7.3. Понижающий импульсный стабилизатор
- •7.4. Повышающий импульсный стабилизатор
- •7.5. Первичные импульсные стабилизаторы
- •7.6. Контрольные вопросы
- •8. Цифро-аналоговые преобразователи
- •8.1. Классификация цап
- •8.2. Последовательный цап с широтно-импульсной модуляцией
- •8.3. Последовательный цап на переключаемых конденсаторах
- •8.5. Цап на основе матрицы типа r – 2r
- •8.6. Построение цап с электронными ключами
- •8.7. Интерфейсы цап
- •8.8. Цап с последовательным интерфейсом входных данных
- •8.9. Цап с параллельным интерфейсом входных данных
- •Контрольные вопросы
- •9. Аналого-цифровые преобразователи
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Параллельные ацп
- •9.3. Последовательно – параллельный ацп
- •9.4. Ацп последовательного приближения
- •Интегрирующий ацп
- •9.6. Преобразователь напряжения - частота
- •9.7. Контрольные вопросы
- •10. Интерфейсы ацп
- •10.1. Способы организации ввода данных ацп в вычислительных системах
- •10.2. Ацп с параллельным интерфейсом выходных данных
- •10.3. Ацп с последовательным интерфейсом выходных данных
- •10.4. Системы ввода аналоговых сигналов и микроконверторы
- •10.5. Контрольные вопросы
- •11. Генераторы сигналов на оу
- •11.2. Генераторы колебаний прямоугольной формы
- •11.2. Генератор сигналов треугольной формы
- •11.3. Генератор синусоидальных сигналов с мостом Вина
- •11.4. Контрольные вопросы
- •Список использованной литературы
7.2. Вторичные импульсные стабилизаторы
Различают три основные схемы импульсных стабилизаторов [3,8]:
с понижением выходного напряжения;
с повышением выходного напряжения;
повышающе- понижающая схема.
Структурная схема понижающего стабилизатора и временные диаграммы его работы показана на рис.7.1. Выходное напряжение пропорционально отношению времени транзистора во включенном состоянии tоткр к периоду коммутации Т и равно
Uвых=Uвх(tоткр/ Т).
Транзистор VT переключается с частотой несколько десятков килогерц. Когда транзистор включен, ток протекает через катушку индуктивности и нагрузку. Напряжение на катушке индуктивности будет равноUL=Uвх–Uкэ нас–UвыхUвх–Uвых=const. Ток индуктивности возрастает линейно во времени т.к. скорость изменения тока индуктивностиI/t=UL/L=const. Приращение тока индуктивности за времяtоткр, когда транзистор открыт будет равно
IL= (UL/L)tоткр= (Uвх–Uвых)tоткр/L. |
7.1 |
Когда транзистор закрывается, вследствие самоиндукции меняется полярность напряжения на концах индуктивности. Диод VDсмещается в прямом направлении и катушка индуктивности за счет запасенной энергии становится источником питания нагрузки. В течение времениtзакр, когда транзистор закрыт, напряжение на индуктивности будет равноUL= -UVD–Uвых-Uвых. Ток индуктивности снижается линейно, т.к.
I/t = UL/L = - Uвых / L = const. |
|
Уменьшение тока индуктивности за время tзакрбудет равно
IL= (UL/L)tзаккр=Uвыхtзаккр/L. |
7.2 |
Изменение тока индуктивности, протекающего в течение времени tоткр, должно быть таким же, как и в течение времениtзаккр. Приравнивая значения изменения тока индуктивности, из формул 7.1 и 7.2 получим
(Uвх–Uвых)tоткр/L=Uвыхtзаккр/L. |
|
Отсюда находим величину выходного напряжения
Uвых=Uвхtоткр/(tоткр+tзаккр) =Uвх(tоткр/ Т), |
Где Т = tоткр+tзаккр– период следования управляющих импульсов.
Выходной ток будет равен Iвых=IL max– (1/2)IL.
Структурная схема и временные диаграммы, поясняющие работу стабилизатора с повышением выходного напряжения, показаны на рис.7.2. Когда транзистор открыт, напряжение на индуктивности будет равно входному напряжению UL=Uвх. Ток индуктивности линейно увеличивается и его приращение будет равно
IL= (UL/L)tоткр=Uвхtоткр/L. |
7.3 |
При запирании транзистора вследствие явления самоиндукции на катушке индуктивности изменяется знак напряжения. Диод смещается в прямом направлении и открывается. Напряжение на выходе увеличивается на величину равную напряжению на индуктивности минус падение напряжения на диоде
Uвых=Uвх+UL–UVD. |
|
Пренебрегая напряжением на диоде напряжение на индуктивности будет равно
UL=Uвых-Uвх+UVD Uвых-Uвх. |
|
Изменение тока индуктивности найдем по формуле
IL= (UL/L)tоткр= (Uвых–Uвх)tоткр/L. |
7.4 |
Как и в предыдущем случае приравняем приращения токов индуктивности в формулах 7.3 и 7.4 и получим выражение для выходного напряжения
Uвых=Uвх(tоткр+tзаккр) /tзакр=Uвх(Т /tзакр), |
Диод в схеме необходим для предотвращения замыкания нагрузки на землю, в то время, когда транзистор открыт.
Структурная схема и временные диаграммы повышающе – понижающего импульсного стабилизатора представлены на рис.7.3. На выходе этого стабилизатора можно получить напряжение как больше входного, так и меньше в зависимости от соотношения между временами, когда транзистор открыт и когда закрыт. Рассуждая аналогично, как и в предыдущих случаях найдем зависимость выходного напряжения от соотношения времен, когда транзистор находится в открытом и закрытом состоянии. Когда транзистор открыт напряжение на индуктивности равно UL=Uвх, диодVDзакрыт. Напряжение на нагрузке поддерживается за счет энергии, накопленной в конденсаторе. Приращение тока индуктивности будет равно
IL= (UL/L)tоткр=Uвхtоткр/L. |
7.5 |
Когда транзистор закрывается, вследствие самоиндукции на коллекторе транзистора появляется отрицательный потенциал, диод VDоткрывается и конденсатор подзаряжается до некоторого отрицательного напряжения. Пренебрегая напряжением на диоде, напряжение на индуктивности будет равноUL= -Uвых. Изменение тока индуктивности за это время составит
IL= (UL/L)tзакр= -Uвыхtзакр/L. |
7.6 |
Приравнивая изменения напряжения на индуктивности в формулах 7.5. и 7.6 получим
Uвых= -Uвх(tоткр/tзакр). |
Следует отметить, что напряжение на выходе стабилизатора имеет знак противоположный знаку входного напряжения. Выходное напряжение может быть больше или меньше входного в зависимости от соотношения временtоткриtзакр.
Импульсные стабилизаторы не могут работать без нагрузки или при Uвых=Uвх, потому что в этих случаях ток не будет протекать через катушку.
Устройство управления для всех трех видов стабилизатора одинаковое. Структурная схема устройства управления показана на рис.7.4. Оно осуществляет сравнение выходного напряжения с опорным. Если выходное напряжение меньше опорного, то модулятор увеличивает время, в течение которого транзистор открыт. Период импульсов управления остается неизменным и задается с помощью тактового генератора.