Регистры

Это устройства для передачи, преобразования, записи и хранения двоичных чисел или других кодовых комбинаций. В зависимости от функционального назначения различают регистры сдвига и регистры памяти. Основные элементы регистра – двоичные ячейки, в качестве которых используются триггеры, обладающие «памятью».

Рассмотрим схему четырехразрядного сдвигающего регистра на IK-триггерах.

Схема и обозначение сдвигающего регистра

С приходом каждого тактового импульса на входы С происходит ступенчатая передача (продвижение) сигналов с прямых и инверсных выходов на информационные входы каждого последующего триггера, от младшего разряда к старшему. Пусть требуется записать в регистр четырехразрядное двоичное число Д = 1101 ( Д₁ = 1; Д₂ = 1; Д₃ = 0; Д₄ = = 1). При С = 1 в триггер Т1 вводятся и K₁ = 0. По окончании синхроимпульса ( при переходе от С = 1 к С = 0) на выходе триггера Т1 появляется , . Затем на вход регистра поступает второй разряд числа Д. При поступлении второго тактового импульса триггер Т2 примет информацию с выхода первого триггера ; . По окончании второго тактового импульса: ; ; ; . Таким образом, информация сдвинулась из первого разряда регистра во второй. Так же после третьего тактового импульса: ; ; ; после четвертого: ; ; ; и все число Д = 1101 записано в регистр.

Лекция 18 трансформаторы.

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования переменного напряжения (тока) одной величины в переменное напряжение (тока) другой величины той же частоты. Трансформаторы применяются в электротехнике, электронике, электросвязи, устройствах автоматики и контроля. Различают силовые, измерительные, сварочные и специальные трансформаторы. По числу фаз трансформаторы делят на одно- и трехфазные.

Однофазный трансформатор

Устройство. Трансформатор состоит из сердечника (магнитопровода) и обмоток.

М агнитопровод предназначен для усиления индуктивной связи между обмотками и для низких частот собирается из покрытых лаком пластин электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм. Такая конструкция позволяет уменьшить вихревые токи, наводимые переменным магнитным полем. Первичная обмотка подключается к источнику питания. Все связанные с ней величины отмечают индексом 1. Обмотку, к которой подключается приемник, называют вторичной, и все относящиеся к ней величины снабжают индексом 2. Одна из этих обмоток является обмоткой высшего напряжения (ВН), другая – низшего (НН). Если первичное напряжение U₁ меньше вторичного U₂, то трансформатор называют повышающим; если U₁ > U₂ – понижающим.

. Трансформатор:

а – конст­рукция; б – схема замещения

Принцип работы. Пусть w₁, w₂ – числа витков первичной и вторичной обмоток, ключ во вторичной цепи разомкнут (холостой ход). К первичной обмотке приложено переменное напряжение u₁, под действием которого по ней протекает переменный ток холостого хода i₁₀. Магнитодвижущая сила (МДС) i₁₀w₁ создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф_1х (его направление определяется правилом буравчика), который индуцирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции е₁, а во вторичной – ЭДС взаимоиндукции е₂. При разомкнутом ключе ток i₂ = 0.

Структурно-логическая схема:

Ф_1σ→ Е_1σ

Е₁

U₁ → I₁₀ → I₁₀w₁ → Ф_1х

Е₂

Нагрузочный режим трансформатора

Замкнем ключ во вторичной цепи, т. е. установим рабочий режим. Под действием ЭДС взаимоиндукции во вторичной цепи появится ток i₂. МДС i₂w₂ создает магнитный поток Ф₂, который для указанных на рис. 1, а направлений намотки витков и положительных направлений токов i₁, i₂ устремлен навстречу потоку Ф_1х, что соответствует правилу Ленца. Это явление называют размагничивающим действием вторичного тока. Результирующий магнитный поток Ф в правильно сконструированном трансформаторе практически зависит только от амплитуды U_1m напряжения источника, поэтому размагничивающее действие вторичного тока компенсируется возрастанием тока (и потока) первичной обмотки от значения i₀ до некоторого рабочего значения i₁. Тогда результирующий (рабочий) поток Ф ≈ Ф_1х создается результирующей МДС i₁w₁ – i₂w₂ ≈ i₀w₁. Рабочий поток Ф создает в первичной обмотке ЭДС самоиндукции е₁ и во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции е₂:

.

Напряжению источника u₁(t) = U_1msinωt соответствует магнитный поток

,

где Φ_m = U_1m/(ωw₁) – амплитуда магнитного потока.

Таким образом, амплитуда Φ_m основного потока определяется амплитудой питающего напряжения и остается почти неизменной в режимах от холостого хода до номинального.

Определим ЭДС e₁, e₂

.

Действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток:

.

Коэффициентом трансформации n трансформатора называют отношение

.

При повышающем трансформаторе w₂ > w₁, при понижающем - w₁> w₂ .Для получения нескольких значений вторичного напряжения, на тот же магнитопровод наматывают несколько вторичных обмоток с разным числом витков.

На практике коэффициентом трансформации называют отношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему (под номинальным понимают напряжение в режиме холостого хода). Тогда коэффициент трансформации

n =  ,

и для любого трансформатора n ≥ 1

Таким образом, при подключении первичной обмотки трансформатора к источнику питания переменного напряжения на зажимах вторичной обмотки индуцируется переменная ЭДС Е₂ и вторичная обмотка становится источником питания, к которой подключаются приемники.

Опыт холостого хода

В лаборатории проводят опыты холостого хода и короткого замыкания с целью определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения.

Опыт холостого хода трансформатора: а – схема включения; б – схема замещения

Опыт холостого хода в лаборатории проводят согласно схемы рис. , а. Как видно из рис. а схема содержит амперметр, ваттметр и два вольтметра. Большое внутреннее сопротивление вольтметра PV₂ практически обеспечивает режим холостого хода (I₂ ≈ 0). В опыте холостого хода на первичную обмотку подается номинальное напряжение U_1ном, а вторичная обмотка разомкнута (I₂=0). Показание амперметра РА₁ равнI₀, а ваттметр измеряет мощность потерь при холостом ходе P_x. Приведем порядок расчета параметров транс­форматора по U_1ном, I₀, P₀, U_2x согласно схемы замещения на рис.  б.

Находим коэффициент трансфор­мации n = U_1ном/U_2х. У реальных трансформаторов R₁ = R_2;( << R₀, X₁ = X_2;( << X₀, поэтому мощность P_x практически определяется только потерями в R₀:

P_x = R₀I_{0 ; 2} = U_1ном I₀ cos j_x

Отсюда находим R₀ и cosφ_х.

R₀ = P_x /I_{0 ; 2} ; cosφ_х.= P_x /U_1ном I₀  

Находим полное сопротивление цепи:

Z_х = U_1ном/I_1х = [(R₁+R₀)² + (Х₁ + Х₀)²]^0,5 (R₀² + X₀²)^0,5

Получаем X₀ = .

Угол магнитных потерь δ равен

δ = p/2 – j_x, или δ = arctg(R₀/X₀).