![]() Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву ![]() Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Генераторы прямоугольных импульсовСодержание книги
Поиск на нашем сайте Для получения импульсов прямоугольной формы с крутыми фронтами широко применяются устройства, принцип работы которых основан на использовании электронных усилителей с положительной обратной связью (ПОС), действующей в широкой полосе частот. К этим устройствам относятся так называемые релаксационные генераторы. Релаксационные генераторы, в которых ПОС создается с помощью RC – цепей, называют мультивибраторами. Если ПОС создается с помощью импульсного трансформатора, то такие релаксационные генераторы называют блокинг – генераторами. Эти генераторы могут работать в одном из следующих режимов: ждущем, автоколебательном, синхронизации или деления частоты. В ждущем (заторможенном) режиме генератор имеет одно устойчивое состояние равновесия. Внешний запускающий импульс вызывает скачкообразный переход ждущего генератора в новое состояние, которое не является устойчивым. В этом состоянии, называемом квазиравновесным, или временно устойчивым, в схеме генератора происходят относительно медленные изменения, которые в конечном итоге приводят к обратному скачку, после чего восстанавливается исходное устойчивое состояние. Длительность состояния квазиравновесия, определяющая длительность генерируемого прямоугольного импульса, зависит от параметров схемы генератора. Основными требованиями к ждущим генераторам являются стабильность длительности формируемого импульса и устойчивость его исходного состояния. Ждущие генераторы применяют, прежде всего, для получения определенного временного интервала, начало и конец которого фиксируются соответственно фронтом и спадом генерируемого прямоугольного импульса, а также для расширения импульсов и других целей. В автоколебательном режиме генератор имеет два состояния квазиравновесия и не имеет ни одного устойчивого состояния; в этом режиме без какого – либо внешнего воздействия генератор последовательно переходит скачком из одного состояния квазиравновесия в другое. При этом генерируются сигналы, амплитуда, длительность и частота повторения которых определяются в основном только параметрами генератора. Основным требованием, предъявляемым к автоколебательным генераторам, является стабильность частоты автоколебаний. Между тем в результате изменений питающих напряжений, схемы и старения элементов, воздействия других факторов (температура, наводки и т.п.) стабильность частоты автоколебаний генератора обычно невелика. В режиме синхронизации или деления частота повторения генерируемых импульсов определяется частотой внешнего синхронизирующего напряжения (синусоидального или импульсного), подаваемого в схему генератора: частота повторения импульсов равна или кратна частоте синхронизирующего напряжения. Мультивибраторы могут быть построены на дискретных, логических элементах или на операционных усилителях. Мультивибраторы на основе логических элементов обычно применяют в цифровой аппаратуре, так как при этом наиболее полно обеспечивается унификация элементной базы. Кроме того, не требуется согласования по уровням сигналов релаксационных генераторов и других устройств аппаратуры. Ждущие мультивибраторы на интегральных логических элементах могут быть построены с использованием времязадающей дифференцирующей RC-цепи или элемента задержки (чаще всего интегрирующей RC-цепи) и RS-триггера. Ждущий мультивибратор с дифференцирующей времязадающей RC – цепью. Принципиальная схема ждущего мультивибратора и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу, приведены на рис. 5.9. В исходном состоянии напряжение на входе элемента D2 при соответствующем выборе сопротивления резистора R поэтому элемент D2 закрыт, так как на обоих его входах действуют сигналы логического нуля. Запуск мультивибратора осуществляется положительными импульсами UЗАП через формирователь, состоящий из дифференцирующей цепи C1R1 и инвертора на элементе D3. В момент времени t1 с выхода формирователя на вход элемента DI поступает короткий отрицательный запускающий импульс (сигнал 0), и элемент D1 запирается, на его выходе формируется положительный перепад напряжения, который передается через конденсатор С на вход элемента D2. Последний отпирается, на его выходе устанавливается сигнал логического 0, который поддерживает элемент D1 в закрытом состоянии и после окончания действия запускающего импульса. Таким образом, в результате действия запускающего импульса мультивибратор перешел в состояние квазиравновесия, когда элемент D1 закрыт, а элемент D2 открыт. В этом состоянии происходит заряд конденсатора С через выходное сопротивление элемента D1 и резисторы RОГР и R. По мере заряда конденсатора С убывают ток заряда и напряжение на резисторе R, а, следовательно, и напряжение на входе элемента D2. При уменьшении напряжения на входе элемента D2 до порогового уровня UПОР элемент D2 начинает закрываться, формирование импульса заканчивается. В состоянии квазиравновесия напряжение на входе элемента D2 стремится измениться от величины
где
- напряжение на конденсаторе С в исходном устойчивом состоянии;
до величины Длительность формируемого импульса можно найти из выражения
где
Поэтому длительность формируемого импульса с учетом выражений (5.3), (5.5) и (5.6) можно представить в виде
После окончания формирования импульса развивается регенеративный процесс, приводящий к быстрому запиранию элемента D2 и отпиранию элемента D1. Далее происходит процесс восстановления исходного устойчивого состояния, связанный с разрядом конденсатора С через выходное сопротивление открытого элемента D1, ограничивающий резистор Время восстановления можно оценить из выражения
где
при условии, что сопротивление резистора R и входное сопротивление элемента D2 во много раз больше сопротивления открытого диода. Ждущий мультивибратор с RS – триггером. Принципиальная схема ждущего мультивибратора на RS- триггере с RC – элементом задержки и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу, приведены на рис. 5.10. Ждущий мультивибратор включает в себя RS – триггер на элементах D1 и D2, интегрирующую RC – цепь задержки с инвертором на элементе D4 и формирователь коротких импульсов запуска на элементе D3. В исходном устойчивом состоянии элемент D1 RS- триггера открыт, а элемент D2 закрыт. Действительно, на входах элемента D2 действуют (см. рис. 5.10) взаимно инвертированные сигналы, а на входах элемента D1 – сигналы, соответствующие уровню логической единицы. Конденсатор С в исходном состоянии заряжен через выходное сопротивление закрытого элемента D4 и сопротивление R до напряжения где В момент t1 на вход элемента D1 RS – триггера (вход S) поступает с формирователя на элементе D3 короткий отрицательный импульс, соответствующий уровню логического 0. Под действием этого импульса RS- триггер переходит в новое устойчивое состояние, когда элемент D1 закрыт, а элемент D2 открыт, что соответствует состоянию квазиравновесия в мультивибраторе. При этом элемент D4 открывается и начинается разряд конденсатора С через резистор R и малое выходное сопротивление Rºвых элемента D4. Напряжение на конденсаторе С при разряде стремится уменьшится до величины В некоторый момент времени t2 напряжение на конденсаторе С а, следовательно, и на входе элемента D2 (R - вход RS – триггера) достигнет порогового уровня UПОР и элемент D2 начинает закрываться. RS – триггер опрокидывается в исходное устойчивое состояние, когда элемент D1 открыт, а элемент D2 закрыт. Состояние квазиравновесия в мультивибраторе заканчивается. После этого происходит процесс восстановления исходного устойчивого состояния, связанный с зарядом конденсатора С через выходное сопротивление элемента D4 и сопротивление резистора R. Для уменьшения времени восстановления часто резистор R шунтируют цепочкой, состоящей из диода VD и резистора Длительность формируемого импульса можно оценить из выражения
где
Время восстановления исходного состояния в схеме равно
где
Ждущий мультивибратор на RS – триггере обладает рядом достоинств по сравнению с ждущими мультивибраторами с дифференцирующей RC- цепью в цепи обратной связи: · времязадающая цепь непосредственно не связана ни с одним из выходов и подключение нагрузки к любому из них не влияет на длительность формируемых импульсов; · на обоих выходах формируются импульсы, форма которых близка к прямоугольной форме; · отсутствуют нежелательные выбросы напряжения; особенно важно отсутствие отрицательных выбросов, так как режим работы большинства логических элементов с отрицательными входными выбросами не допускается техническими условиями. Автоколебательный мультивибратор на логических элементах. На рис. 5.11, представлена принципиальная схема автоколебательного мультивибратора на ИМС, реализующих логическую функцию И-НЕ. Логические схемы D3 и D4 имеют вспомогательное назначение и служат для создания режима мягкого самовозбуждения колебаний в схеме. При включении питания и возможном появлении на обоих выходах элементов D1 и D2 сигналов логической единицы срабатывают элементы D3 и D4.. На вход D2 поступает высокий уровень напряжения, который вызывает переключение D2 в состояние логического нуля на выходе и приводит к возникновению режима автоколебаний. Временные диаграммы, характеризующие работу схемы в режиме автоколебаний, приведены на рис. 5.11. В момент времени t1 напряжение Скачок напряжения После момента времени t1 конденсатор С1 начинает заряжаться с постоянной времени В соответствии с временными диаграммами (рис. 5.11) длительность импульсов выходного напряжения Uвых2 определяется формулой Длительность паузы между соседними выходными импульсами напряжения
где
Автоколебательный мультивибратор на операционном усилителе. Принципиальная схема и временные диаграммы работы автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе приведены на рис. 5.12. При включении питания дифференциальное напряжение смещения, возникающее на входе ОУ за счет действия ПОС, образованной резисторами R1 и R2, скачком переводит операционный усилитель в режим ограничения выходного сигнала. Пусть в момент времени t0 на выходе ОУ устанавливается положительное максимальное напряжение После момента t0 конденсатор заряжается с постоянной времени τ=RC и напряжение на нем, а следовательно, и на входе 1 ОУ изменяется, стремясь от нуля к значению Напряжение Длительности квазиустойчивых состояний схемы определяются из формул:
Таким образом, схема генерирует импульсы со скважностью, равной двум. Для изменения частоты и скважности выходных импульсов можно: подключить резистор R2 к источнику напряжения
Вопросы для самопроверки. 1.Какие существуют типы генераторов? 2.Сформулируйте необходимые и достаточные условия существования автоколебательного режима работы в генераторах гармонических колебаний. 3.Приведите схему LC-генератора гармонических колебаний и поясните назначение ее элементов. 4.Приведите схему RC-генератора гармонических колебаний и поясните назначение ее элементов. 5.Какие устройства называют мультивибраторами? 6.Какую роль в мультивибраторах выполняют конденсаторы? 7.Приведите схему ждущего мультивибратора на логических элементах и укажите элементы схемы, которые определяют длительность, формируемых импульсов. 8.Что понимают под временем восстановления в ждущем мультивибраторе? 9. Какие существуют принципиальные отличия между схемами ждущих и автоколебательных мультивибраторов? 10. Приведите схему автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе и поясните принцип его работы.
Глава шестая ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ Основные положения. Вторичные источники питания предназначены для получения напряжения, необходимого для непосредственного питания электронных и других устройств. Предполагается, что вторичные источники в свою очередь получают энергию от первичных источников питания, вырабатывающих электричество - от генераторов, аккумуляторов и т. д. Питать электронные устройства непосредственно от первичных источников обычно нельзя. Вторичные источники питания являются одними из наиболее важных устройств электроники. Например, часто надежность того или иного устройства электроники существенно зависит от того, насколько надежен его вторичный источник питания. Общепринято вторичные источники называть источниками питания. Рассмотрим типичные структурные схемы источников питания, получающих энергию от промышленной сети с частотой 50 Гц. Рассмотрим вначале источник питания без преобразователя частоты, структурная схема которого представлена на рис. 6.1. Трансформатор предназначен для гальванической развязки питающей сети и нагрузки и изменения уровня переменного напряжения. Обычно трансформатор является понижающим. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в напряжение одной полярности (пульсирующее). Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Стабилизатор уменьшает изменения напряжения на нагрузке (стабилизирует напряжение), вызванные изменением напряжения сети и изменением тока, потребляемого нагрузкой. Напряжение в сети обычно может изменяться в диапазоне +15...- 20% от номинального значения. Рассмотренный источник питания является источником питания без преобразования частоты. Такие источники питания ранее использовались широко, однако в последнее время вместо них все чаще используют источники с преобразованием частоты. Причиной этого является то, что в источниках без преобразования частоты вес и габариты трансформатора, работающего на частоте 50 Гц, а также сглаживающего фильтра оказываются довольно большими. Тем не менее, рассматриваемые источники питания используются и в настоящее время. Рассмотрим источник питания с преобразователем частоты (рис. 6.2.). В этих источниках напряжение от сети подается непосредственно на выпрямитель 1. На выходе сглаживающего фильтра 1 создается постоянное напряжение, которое вновь преобразуется в переменное с помощью так называемого инвертора. Полученное переменное напряжение имеет частоту, значительно превышающую 50 Гц (обычно используют частоты в десятки килогерц). Затем напряжение передается через трансформатор, выпрямляется и фильтруется. Так как трансформатор в этой схеме работает на повышенной частоте, то его вес и габариты, а также вес и габариты сглаживающего фильтра 2 оказываются очень незначительными. Как и в предыдущей схеме, основная роль трансформатора состоит в гальванической развязке сети и нагрузки. Инвертор, трансформатор и выпрямитель 2 образуют конвертор - устройство для изменения уровня постоянного напряжения. Необходимо отметить, что в такой схеме инвертор выполняет роль стабилизатора напряжения. В качестве активных приборов в инверторе используются транзисторы (биполярные или полевые). Иногда применяются тиристоры. В любом случае активные приборы работают в ключевом режиме (например, транзистор или включен и находится в режиме насыщения, или выключен и находится в режиме отсечки), поэтому источники питания с преобразованием частоты называют также импульсными. Однако следует иметь в виду, что и в источниках без преобразования частоты могут использоваться импульсные стабилизаторы, в которых транзисторы работают в ключевом режиме. Рассматриваемые источники питания широко используются в современных устройствах электроники, в частности в компьютерах. Они обладают, как правило, значительно лучшими технико-экономическими показателями в сравнении с рассмотренными выше источниками без преобразования частоты. Перейдем теперь к рассмотрению отдельных элементов структурных схем источников питания. Выпрямители. В маломощных источниках питания (до нескольких сотен ватт) обычно используют однофазные выпрямители. В мощных источниках целесообразно применять трехфазные выпрямители. Выпрямители имеют следующие основные параметры: а) среднее значение выходного напряжения
где Т - период напряжения сети (для промышленной сети - 20 мс); б) среднее значение выходного тока
в) коэффициент пульсаций выходного напряжения
где Часто коэффициент пульсаций измеряют в процентах. Указанные параметры являются наиболее важными при использовании выпрямителя. При проектировании выпрямителя широко применяются также следующие параметры, характеризующие его внутренние особенности: а) действующее значение б) максимальное обратное напряжение в) среднее значение г) максимальное (амплитудное) значение Токи Однофазный однополупериодный выпрямитель является простейшим и имеет схему, приведенную на рис.6.3,а. В таком выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течение полупериода сетевого напряжения (рис. 6.3.б). Исходя из приведенных выше определений, получим основные параметры:
Такой выпрямитель находит ограниченное применение в маломощных устройствах. Кроме прочего, характерной отрицательной чертой однополупериодного выпрямителя является протекание постоянной составляющей тока во входной цепи. Если выпрямитель питается через трансформатор, как показано на рис. 6.3, в, то наличие указанной постоянной составляющей тока вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, что приводит к необходимости увеличивать его габаритные размеры. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей. Рассматриваемый выпрямитель может использоваться только с трансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки (рис. 6.4, а). Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода (рис. 6.4, б). Основные параметры такого выпрямителя получим аналогично тому, как это делалось ранее:
где
Рассматриваемый выпрямитель характеризуется довольно высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике. При его проектировании полезно помнить о сравнительно большом обратном напряжении на диодах. Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 6.5, а) можно считать пределом совершенства тех однофазных выпрямителей, которые могут использоваться без трансформатора. Не известна другая однофазная схема без трансформатора, в которой бы так рационально использовались диоды. Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Одна пара — это диоды D1 и D2, а другая - D3 и D4. Таким образом, к примеру, диоды D1 и D2 или оба включены и проводят ток, или оба выключены (рис. 6.5, б). Если не забывать мысленно, заменять каждый включенный диод закороткой, а каждый выключенный - разрывом цепи, то анализ работы этой схемы оказывается совсем нетрудным. Основные параметры выпрямителя следующие:
Такой выпрямитель характеризуется высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике. Часто все четыре диода выпрямителя помещают в один корпус.
Сглаживающие фильтры. Выпрямленное напряжение имеет существенные пульсации, поэтому широко используют сглаживающие фильтры - устройства, уменьшающие эти пульсации. Важнейшим параметром сглаживающего фильтра является коэффициент сглаживания Для емкостного фильтра, у которого вход и выход фактически совпадают, под Простейшим фильтром является емкостной фильтр (С-фильтр). Рассмотрим его работу на примере однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 6.6). Емкостной фильтр подключают параллельно нагрузке (рис. 6.6, а). На отрезке времени t1...t2 диод открыт и конденсатор заряжается (рис. 6.6, б). На отрезке t2...t3 диод закрыт, источник входного напряжения отключен от конденсатора и нагрузки. Разряд конденсатора характеризуется экспонентой с постоянной времени В качестве фильтра можно использовать и индуктивность. Легко доказать, что индуктивный фильтр (L-фильтр) практически не дает полезного эффекта в однофазном однополупериодном выпрямителе. Рассмотрим работу индуктивного фильтра на примере однофазного мостового выпрямителя. Индуктивный фильтр включают последовательно с нагрузкой (рис. 6.7, а). Часто используют катушку индуктивности (реактор) на магнитном сердечнике с зазором. Предположим, что постоянная времени Такой фильтр широко используется в выпрямителях, особенно мощных. Режим работы диодов (и соответствующих электрических цепей) не является тяжелым. На практике используют также следующие типы фильтров (рис. 6.8): индуктивно-емкостной или Г-образный LC-фильтр (а), Г-образный RC-фильтр (б), П-образный LC-фильтр (в), П-образный RС-фильтр (г).
Обычно Г- и П-образные RС-фильтры применяются только в маломощных схемах, так как они потребляют значительную долю энергии. На практике применяют и другие, более сложные фильтры. Рассмотрим внешние характеристики выпрямителей с фильтрами. Внешняя характеристика - это зависимость среднего значения выходного напряжения (напряжения на нагрузке) от среднего значения выходного тока (тока нагрузки). При увеличении выходного тока выходное напряжение уменьшается из-за увеличения падения напряжения на обмотках трансформатора, диодах, подводящих проводах, элементах фильтра.
Чем меньше величина Как следует из рис. 6.9, выпрямитель с RC-фильтром характеризуется повышенным выходным сопротивлением. Здесь отрицательную роль играет резистор фильтра. Стабилизаторы напряжения. Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации Коэффициент стабилизации определяют из выражения
где
Таким образом, коэффициент стабилизации - это отношение относительного изменения напряжения на входе к соответствующему относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора. Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного напряжения. У простейших стабилизаторов величина Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением
где
Выходн
|
||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-28; просмотров: 2483; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.97.9.171 (0.014 с.) |