Диодная защита

Диоды применяются также для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.

Известна схема диодной защиты схем постоянного тока с индуктивностями от скачков при выключении питания. Диод включается параллельно катушке так, что в «рабочем» состоянии диод закрыт. В таком случае, если резко выключить сборку, возникнет ток через диод и сила тока будет уменьшаться медленно (ЭДС индукции будет равна падению напряжения на диоде), и не возникнет мощного скачка напряжения, приводящего к искрящим контактам и выгорающим полупроводникам.

Диодные переключатели

Применяются для коммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодная искрозащита

Этим не исчерпывается применение диодов в электронике, однако другие схемы, как правило, весьма узкоспециальны. Совершенно другую область применимости имеют специальные диоды, поэтому они будут рассмотрены в отдельных статьях.

3)Схемы выпрямления

Основными элементами в любой схеме выпрямления являются вентили, которые пропускают ток по электрической цепи только в одном направлении. Вентили могут включаться по различным схемам, в зависимости от этого изменяется форма выпрямленного тока и напряжения. Рассмотрим несколько схем выпрямления при работе выпрямителя на активную нагрузку без учета прямого падения напряжения и обратного тока вентилей, активного сопротивления и индуктивности обмоток трансформатора.

Мгновенное напряжение на выходе выпрямителя и приложенное к нагрузке называют мгновенным выпрямленным напряжением и0. Мгновенный ток, потребляемый нагрузкой, называют мгновенным выпрямленным током /о- Среднее выпрямленное напряжение выпрямителя обозначают II о, а средний выпрямленный ток — /о.

Схема однополупериодного выпрямления. Схема (рис. 104, о),состоит из одного вентиля В, включенного последовательно с нагрузкой А?„ в цепь вторичной обмотки трансформатора. При синусоидальном напряжении и{ на первичной обмотке трансформатора напряжение и2 на вторичной обмотке также будет синусоидальным (рис. 104,6). В течение положительной полуволны начало вторичной обмотки (на схеме обозначено точкой) имеет более высокий потенциал, чем ее конец, напряжение приложено к вентилю в проводящем направлении. Вентиль проводит ток /о, а напряжение ий на нем равно нулю. Напряжение и0 на нагрузке равно напряжению вторичной обмотки трансформатора. Под действием этого напряжения по нагрузке будет протекать ток г'о, мгновенное значение которого определяется соотношением /о= но/Ян- Ток /о изменяется в фазе с напряжением и0 и поэтому может быть изображен той же кривой с измененным масштабом (рис. 104, в). Когда вторичное напряжение изменит направление, вентиль запирается и ток через него становится равным нулю. При этом все напряжение вторичной обмотки будет приложено к вентилю в обратном направлении (рис. 104, г). Когда этот полупериод закончится, ток вновь начнет протекать через вентиль. Таким образом, рассмотренная схема выпрямляет однофазный ток через каждый полупериод.

Схема двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом. Данная схема по существу представляет собой объединение двух рассмотренных схем однополупериодного выпрямления. В схеме с нулевым выводом (рис. 105, а) включены две вторичные обмотки трансформатора, соединенные между собой через нулевой вывод, в который включено активное сопротивление /?„. Кроме того, в цепях каждой обмотки находится по одному вентилю, которые присоединены в общей точке к сопротивлению

К первичной обмотке трансформатора подводится синусоидальное напряжение и\. В первую половину периода, когда напряжение ик положительно, а ыв — отрицательно, ток под действием напряжения ик протекает через вентиль /; во вторую половину периода, когда положительным становится напряжение «в, а «д — отрицательным, ток протекает через вентиль 2 под действием

положительного напряжения ив. Таким образом, ток и напряжение выпрямляются уже в оба полупериода, но пульсация их остается по-прежнему от нуля до максимального значения (рис. 105, б, в, г, д, е, ж). Величины обратных напряжений на выпрямителях достигают удвоенного максимального фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом. На электроподвижном составе для питания вспомогательных цепей применяют трехфазную схему выпрямления. Простейшей трехфазной схемой выпрямления является трехфазная схема с нулевым выводом (рис. 106, о). Питание трехфазной схемы осуществляется от трехфазной сети через трехфазный трансформатор Т. Вторичные обмотки трансформатора соединены в «звезду». Каждая фаза работает поочередно.

В момент /о (рис. 106, б) из трех напряжений их, ив, ис положительным является напряжение фазы А. Напряжение и0 на нагрузке /?„ равно фазному напряжению иЛ. Такое положение будет сохраняться до момента 1\, когда «Л = ив. До этого момента тока в фазе В нет.

Рис. 104. Схема однополупериодного выпрямителя:

а — схема выпрямления; б — напряжение вторичной обмотки трансформатора; в — выпрямленное напряжение; г — обратное напряжение на вентиле

4) Фильтры

Электрический фильтр – это четырехполюсник, пропускающий из входной цепи в выходную определенныйдиапазон частот сигналов в виде напряжения или тока.

Электрические фильтры классифицируются по нескольким группам (табл.5.1):

• низкочастотные – это такие четырехполюсники, которые беспрепятственно пропускают частоты от нуля до некоторой частоты среза ?_ср;

• высокочастотные – это такие четырехполюсники, которые пропускают частоты от частоты среза (?_ср) до бесконечности;

• полосовые – это такие четырехполюсники, которые пропускают частоты от частоты ?₁ до ?₂, а остальные частоты не пропускают;

• заграждающие – это четырехполюсники, противоположные полосовым, т.е. частоты от частоты ?₁ до ?₂ не пропускают, а все остальные пропускают;

• совокупность двух или более перечисленных фильтров.

Основные требования к фильтрам:

• в полосе пропускания фильтр не должен потреблять активную мощность;

• схемы фильтров не должны содержать активных сопротивлений;

• фильтр должен содержать только элементы реактивного характера (L или C – элементы);

• в полосе заграждения (затухания) выходные сигналы должны быть равны нулю, то есть коэффициент затухания должен стремиться к бесконечности;

• в полосе пропускания коэффициент затухания должен быть равен нулю.

Так как фильтр попускает через себя большой диапазон частот, то для достижения эффективной передачи сигнала необходимо иметь согласованный режим во всем диапазоне частот, а значит, повторное сопротивление фильтра не должно быть реактивным.

5) Транзисторы

Транзистор – это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического тока и управления им. Транзисторы выпускаются в виде дискретных компонентов в индивидуальных корпусах или в виде активных элементов т.н. интегральных схем, где их размеры не превышают 0,025 мм. В связи с тем что транзисторы очень легко приспосабливать к различным условиям применения, они почти полностью заменили электронные лампы. На основе транзисторов и их применений выросла широкая отрасль промышленности - полупроводниковая электроника (см. также ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ И ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ; ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА; ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ; ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА). Одно из первых промышленных применений транзистор нашел на телефонных коммутационных станциях. Первым же товаром широкого потребления на транзисторах были слуховые аппараты, появившиеся в продаже в 1952. Сегодня транзисторы и многотранзисторные интегральные схемы используются в радиоприемниках, телевизорах, магнитофонах, детских игрушках, карманных калькуляторах, системах пожарной и охранной сигнализации, игровых телеприставках и регуляторах всех видов - от регуляторов света до регуляторов мощности на локомотивах и в тяжелой промышленности. В настоящее время "транзисторизованы" системы впрыска топлива и зажигания, системы регулирования и управления, фотоаппараты и цифровые часы. Наибольшие изменения транзистор произвел, пожалуй, в системах обработки данных и системах связи - от телефонных подстанций до больших ЭВМ и центральных АТС. Космические полеты были бы практически невозможны без транзисторов. В области обороны и военного дела без транзисторов не могут обходиться компьютеры, системы передачи цифровых данных, системы управления и наведения, взрыватели, радиолокационные системы, системы связи и разнообразное другое оборудование. В современных системах наземного и воздушного наблюдения, в ракетных войсках - всюду применяются полупроводниковые компоненты. Перечень видов применения транзисторов почти бесконечен и продолжает увеличиваться.

Соединение транзистора с общим эмиттером

Коэффициент усиления по напряжению ku > 1, коэффициент усиления по току ki > 1 (ток коллектора к току базы). Дает усиление по мощности. Ключ ОЭ наиболее распространен, т.к. обеспечивает усиление по напряжению и току. Поэтому ключи можно соединять последовательно (каскадом). При этом, сигнал не затухает. Амплитуда (и ток, и напряжение)сигнала сохраняется при любом числе включенных каскадов.

Соединение транзистора с общей базой

ki < 1. Коэффициент передачи по току — отношение тока коллектора к току эмиттера. Ku — зависит от соотношения Rk/Rн. Если нагрузка Rн высокоомная, и превышает Rk, то усиление >1, если меньше, то < 1. Самостоятельного значения не имеет. Он используется как вспомогательный для двух целей: согласование уровней, обычно при переходе на с более низкого уровня логических значений, на более высокий (микропроцессоры формируют уровень 0-0,8, а нужно перейти на уровень 0-30); обеспечивает защиту от обратной передачи сигнала. Каскады с ОБ могут работать на частотах, близких к предельным.

Соединение транзистора с общим коллектором

ki>1, ku < 1. Обратная связь по напряжению. Аналогия — эмиттерный повторитель. В нем действует 100% отрицательная последовательная обратная связь по напряжению. Поэтому каскады не обладают формирующими свойствами (сигнал затухает при последовательной передаче через несколько каскадов). У этого каскада очень маленькое выходное сопротивление. Используется как буферный. Используется при работе на низкоомную нагрузку и нагрузку с большой паразитной емкостью и индуктивностью, т.е. линии электрических интерфейсов. Rk — сопротивление, включенное в цепь коллектора. Rб — сопротивление в цепи базы. Rг — внутренне сопротивление источника сигнала. Ег — эдс генератора сигнала.