Ответ: Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя  представлена на рисунке

 

Выпрямители трехфазного тока применяются, в основном, для питания потребителей средней и большой мощности. При этом они равномерно нагружают сеть трехфазного тока. Из всего многообразия схем трехфазных выпрямителей наиболее простой является трехфазная схема с нулевым, выводом, представленная на рис. «а».

Рассмотрим работу этой схемы в случае чисто активной нагрузки. Как видно из рис. «а»,схема состоит из трехфазного трансформатора Тр, трех вентилей и сопротивления нагрузки . Первичная обмотка трансформатора может быть соединена звездой или треугольником, вторичная - только звездой. Катоды вентилей ,  и соединенные между собой, имеют положительный потенциал по отношению к нагрузке . На нулевой точке транс­форматора - отрицательный потенциал.

Вентили в приведенной схеме работают поочеред­но, каждый в течение одной трети, периода, когда потенциал анода одного вентиля более положителен, чем потенциалы анодов двух вентилей, т. е. когда соответствующее фазное напряжение будет положи­тельным и больше двух других фазных напряжений. На рис. «б» выпрямленное (пульсирующее) напряжение, образованное участками синусоид фазных напряжений, изображено более толстой линией. Из этого же рисунка видно, что пульсации напряжения па нагрузке значительно меньше, чем в схемах выпрямителей однофазного тока, и их частота в 3 раза больше частоты сети, что облегчает фильтра­цию. Укажем основные расчет­ные соотношения для трехфазного выпрямителя: Среднее значение выпрямленного напряжения

где - действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.  Максимальное значение обратного напряжения на вентиле:

где - амплитуда фазного напряжения  Максимальное значение тока вентиля:

• Среднее значение тока, протекающего через вентиль:         
• Коэффициент пульсаций:               

13. Вопрос : 2-х полупериодные трехфазные выпрямители(Схема Ларионова)

Ответ: Схема трехфазного 2-х полупериодного выпрямителя  представлена на рисунке

В схеме Ларионова работают поочередно диоды{ D1- D4 / D1- D6}, { D3- D6/ D3- D2}, { D5- D2 / D5- D4}/ Поэтому число пульсации =6, Выпрямление более качественное Среднее значение _л

Коэффициент пульсаций улучшается и составляет 0,39

14. Вопрос: Управляеые 1 фазные выпрямиели.

Ответ: Схема управляемого 1 фазного выпрямителя представлена рисунке

 

 

Среднее значение Выпрямленного напряжения:  Um •(1+Cos θ)/2π

 

 

15. Вопрос: Инверторы

Ответ: Инвертированием называется процесс преобразования постоянного тока в переменный ток. Устройство наз-ся и нвертором. Ин-ры находят широкое применение в электротехнике, в промышленности. Частотные преобразователи служат для управления частотой вращения асинхронных двигателей. Различают 2 типа ннв-ров. 1) Инв-ры ведомые сетью. 2) Автономные инв-ры. Инв-ры ведомые сетью называются так из-за того, что процессы управления открытием и закрытием тиристоров определяется частотой сети. Переключения происходят синфазно с частотой сети.

Если угол управления изменять от 90 до 180, то схема будет работать как инвертор. В установившемся режиме ток аккумулятора постоянный (L= 00). Присутствие индуктивности обязательно. Пусть к моменту t=0 тиристор VS₁ закрыт, а VS₂ –открыт. СУ выдает сигналы управления с периодом =Т. Сигналы управления U_уп сдвинуты относительно друг друга на время =Т/2. Первый импульс Uуп1 открывает тиристор VS₁ и напряжение U_АК1 на нем станет =0, если при этом угол управления а <180⁰, то напряжение U_АК2 (U_АК2 = U₂ -U₁ <0) станет отрицательным и тиристор VS₂ - закроется. Одновременно напряжение u₁+E >0 определяет ток через открытый тиристор VS₁ и в аккумуляторе i₁=i_н=I₀.

При значении угла а>180⁰ напряжение между анадом и катодом тиристора VS₂ будет >0 и запирания тиристора не произойдет, Это явление называется срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора.

Через половину периода придет сигнал управления U_уп2откроется тиристор VS₁ , одновременно напряжение U_АК1 станет отрицательным и тиристор 1 закроется. Далее процесс переключения тиристоров периодиески будет поворяться. Токи тиристоров представляют сосбой прямоугольные импульсы длительностью Т/2 амплитудой I₀ сдвинутые относительно друг друга на Т/2, при этом ток в цепи аккумулятора i_н =i₁ +i₂  = I₀ постоянный. В первичной обмотке трансформатора

i_вых =w₂/w₁ (i₁ -i₂ ) состоит из импульсов разной полярности(за счет встречного направления первичных полу обмоток трансформатора).

Переменная составляющая определяет напряжение на сглаживающем фильтре а постоянная –напряжение на аккумуляторе

U₀= rвн*I₀ –E. ток I₀ = (E+ U₀)/ r_вн  будет больше 0 если (E+ U₀) больше 0.

Отсюда следует что инвертр будет работать только при углах управления 90 < а <180⁰.

Часто работу инвертора определяют через угол опережения β = 180- α

Мощность ИН-ров ведомых сетью достигают 100 КВТ.

Вопрос 16. Усилители НЧ на транзисторах (Рассмотреть схему с общим эмиттером).

Ответ: Принцип работы усилителя низкой частоты на транзисторах

Рассмотрим работу усилительного каскада, выполненного на транзисторе, включенного по схеме с общим эмиттером. Схема представлена на рисунке:

рис. 5.1

При отсутствии входного сигнала усилитель находится в режиме покоя и  так же будет равно нулю. (этот режим называется статическим). При появлении сигнала  усилитель будет работать в динамическом режиме, т.е. входной сигнал будет усиливаться.

В режиме покоя конденсаторы С1 и С2 отделяют вход усилителя и его выход от предыдущего и последующего каскадов. Если бы конденсаторов не было, то резисторы других каскадов были бы подключены параллельно к резисторам усилителя и поэтому режим усилителя по постоянному току был бы нарушен.

Режим постоянного тока необходим для выбора рабочей точки А (рис. 5.2) так, чтобы не было нелинейных искажений сигнала. При выборе рабочей точки пользуются входными и выходными характеристиками транзистора.

 

Рабочая область выходных характеристик ограничена линией максимально допустимой мощностью рассеивания. При работе транзистора ток его коллектора не должен превышать максимально допустимый ().

Рабочую точку (А) на характеристиках следует выбирать так, чтобы она находилась на середине линейных участков входной и выходной характеристик, при этом нелинейные искажения будут минимальные. Рабочая точка характеризуется током коллектора  и напряжения .

Из схемы на рис. можно определить

которое является уравнением динамической характеристики рассматриваемой схемы.

       Динамическая характеристика в координатах представляет уравнение прямой линии, не проходящей через начало координат.

       Динамическую характеристику (линию нагрузки) легко построить, зная две точки. Определим точку пересечения нагрузочной линии с осью . Для этого приравняем , тогда  (точка F).

       Вторую точку пересечения прямой с осью  найдем из того, что при пересечении нагрузочной прямой с осью  напряжение  Зная эти две точки, легко строим нагрузочную линию. По известным напряжению источника питания и положению рабочей точки легко определить сопротивление нагрузи .

       Рабочим участком нагрузки будет линия AB, т.к. на ней изменения тока базы от точки А в обе стороны вызывают одинаковые изменения тока коллектора.

При неправильном выборе рабочей точки, т.е. если положительная и отрицательная амплитуды выходного сигнала неодинаковы, в усилителе возникают нелинейные искажения.

Если режим усилительного каскада выбран пра­вильно, то коэффициент нелинейных искажений не должен быть больше 5%.

Для создания режима покоя нужно в усилителе обеспечить определенный ток смещения (ток базы), при котором рабочая точка А находилась бы в середине нагрузочной прямой.

По входным характеристикам легко определить напряжение на базе транзистора. Для этого путем последовательного переноса точек выходной динами­ческой характеристики строится входная динамическая характеристика, по которой и определяются пределы изменения тока базы под воздействием входного сигнала и соответствующие им точки коллектора.

17. Вопрос : Электронные генераторы

 Ответ: Генераторами называются автоколебательные системы, в которых энергия источника постоянного тока преобразуется энергию незатухающих электрических сигналов переменного тока, частоты и мощности.

В зависимости от формы колебаний различают автогенераторы синусоидальных и импульсных (ре­лаксационных) колебаний.

Автогенераторы (генераторы с самовозбуждением) используются в качестве возбудителей колебаний требуемых частот, т. е. задающих генераторов. Получаемые от них колебания поступают затем в последующие каскады с целью усиления или умножения частоты. Они находят широкое применение в радио­передающих и радиоприемных устройствах, в ЭВМ, в измерительной технике, в автоматике и телемеханике и т. д. Любой усилитель может быть превращен в автогенератор, если его охватить положительной обратной связью и обеспечить выполнение условия , где b- коэффициент передачи цепи обратной связи.

Высокочастотные автогенераторы, работающие в диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц, выполнен­ные на основе схемы резонансного усилителя, часто называются генераторами LC- типа. Низкочастотные автогенераторы, работающие в диапазоне от 0,01Гц до 100 кГц, построенные на основе схемы усилителя на резисторах, называются генераторами RC-типа.

Генераторы LC- типа

Любой автогенератор LC- типа состоит из:

• колебательного контура, в котором возбуждаются незату­хающие колебания требуемой частоты;
• источника электрической энергии, за счет которого в контуре поддерживаются незатухающие колебания;
• транзистора, посредством которого регулируется подача энергии, от источника в контур;
•  элемента обратной связи, обеспечивающего передачу переменного напряжения необходимой величины из выходной цепи во входную, для поддержания незатухающих колебаний в колебательном контуре.

Простейшая схема автогенератора LC- типа на транзисторе приведена на рис. 6.2, а.

Такая схема называется генератором с трансфор­маторной связью. Колебательный контур состоит из индуктивной катушки   и конденсатора . Источ­ником энергии является источник постоянного напря­жения   который отдает часть энергии в колеба­тельный контур в моменты, когда в его внешней це­пи, состоящей из колебательного контура и парал­лельно соединенного с ним транзистора, проходит ток. Регулятором служит транзистор, цепью обрат­ной связи- катушка , индуктивно связанная с колебательным контуром.

При включении источника питания в коллектор­ной цепи транзистора возникает ток коллектора, который заряжает конденсатор колебательного контура. После заряда конденсатор разряжается на катушку . В результате в  контуре возникают свободные колебания с частотой  которые индуцируют в катушке связи  переменное напряжение той же частоты, с которой происходят колебания в контуре.

 18. Вопрос: Генераторы RC-типа

Ответ:  Структур­ная схема RС -генератора изображена на рис.

          Рис.а                                                                           Рис.б

В этой схеме используется обычный резистивный усилитель. Для самовозбуждения усилителя его необ­ходимо охватить положительной обратной связью, т. е. на вход усилителя подавать часть выходного напряжения, превышающего входное или равное ему но величине и совпадающее с ним по фазе.

Для обеспечения необходимого фазового сдвига па частоте генерируемых колебаний применяют фазовращающие цепочки, которые имеют несколько RC-зв еньев и служат для поворота фазы выходного напря­жения усилителя на 180°. В связи с тем что одно RC -звено изменяет фазу на угол меньше 90°, минимальное число звеньев фазовращающей цепочки равно трем. Для того чтобы частота генерируемых колеба­ний зависела, главным образом, от параметров фазо­вращающей цепочки, а амплитуда колебаний остава­лась бы стабильной в заданном диапазоне частот, уси­литель должен обладать большим коэффициентом усиления по току, значительным входным сопротивлением и относительно малым выходным сопротивлением.

На рис. 6.5 изображена простейшая схема генератора RC -типа с трехзвенной фазовращающей цепочкой.

Работа автогенератора начинается с момента подачи на него напряжения . Делитель напряжений ,   обеспечивает открытие транзистора VT. При этом возникает импульс коллекторного тока, который содержит широкий спектр частот, обязательно включающий в себя и необходимую частоту генерации. Генерирование незатухающих колебаний требуемой частоты осуществляется за счет обеспечения фазовых и амплитудных условий самовозбуждения Обеспечение фазовых условий достигается с помощью подбора соотношений между резисторами конденсаторами. В результате получается фазовый сдвиг в 180° между напряжениями на коллекторе и базе. Для выполнения амплитудного условия коэффициент обратной связи должен быть равен         ,где -коэффициент передачи тока транзистор включенного по схеме с O Э?.

19. Вопрос:  Операционное устройство, технические характеристики ОУ. Инвертирующие и неинвертирующие ОУ.  

Ответ: Операционным усилителем называется дифференциальный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенный для выполнения различных операций над электрическими сигналами.. Обычно ОУ имеет 3-4 балансных каскада. В качестве выходного каскада в ОУ обычно используют бестрансформаторный услитель мощности.

Коэффицент усиления ОУ - достигает 10⁶. Обычно ОУ изготавливают как интегральные микросхемы.

 ОУ имеет два входа инвертирующий- И и инвертирующий - Н. (см. Рис1).

 

 

Электрическая схема приведена на рис., маркировка ОУ на рис.2 и в таблице 1.

 Обозначение интегральных микросхем (ИМС) состоит из четырех элементов. Первый из них – цифра, означающая группу ИМС. Питание ОУ-ля обычно дву–полярное - / +. Она определяется конструктивно-технологическим исполнением и включает следующие цифры: 1,5,6,7- полупроводниковые ИМС; 2,4,8-гибридные; 3-прочие (пленочные,вакуумные, керамические). Второй элемент – две или три цифры (от01 до 99 или от001 до 999), указывает на порядковый номер разработки серии ИМС.

Первый и второй элементы образуют серию ИМС. Третий элемент- две буквы, соответствующие подгруппе и виду ИМС, определяющие основное функциональное назначение ИМС Четвертый элемент- число, обозначающее условный или порядковый в данной серии номер разработки. При необходимости разработчик ИМС имеет право после условного номера разработки дополнительно поместить букву (от А до Я), обозначающую отличие электрических параметров ИМС одного типа (например, 140УД1А, 140УД1Б). В начале обозначения ИМС, используемых в устройствах имеющих широкое применение, добавляется буква «К»(например, К140УД1А)

Основными характеристиками ОУ являются передаточные характеристики: амплитудная, частотная, фазовая. Амплитудная характеристика на микросхеме К140УД8 по неинвертирующему входу приведена на рис.3. Напряжение смещения Ucм = ±(1÷5)мв.

 

 

Обычно ОУ балансируют (т.е добиваются «0» на выходе ОУ при замкнутом входе) с помощью внешнего балансного потенциометра.

Параметры, характеризующие ОУ подразделяются на статические и динамические.

К статическим параметрам ОУ относятся:

1.Коэф-т. усиления по напряжению К.                              К = 10⁴÷10

2. Входное сопротивление R _вх , Ом                                   R_вх = 10⁴÷10⁶

3. Выходное сопротивление R вых,Ом                             R_вых = 10¹÷10²

4.Входное напряжение смещения U cм,мВ                       U_cм =  ±(1÷5)

Основные динамические  параметры:

1. Частота единичного усиления f, Гц (при К_u=1)          f _c = 10⁴  ÷10⁶

2.Время установления выходного напряжения t _уст,мкс  t _уст = 0,05÷2

В зависимости от того куда подается входной сигнал различают инвертирующие и неинвертирующие ОУ.

Для построения различных усилителей и улучшения стабильности работы ОУ применяется отрицательная обратная связь (О.О.С). Например, в неинвертирующем ОУ (рис.4) входное напряжение подается на неинвертирующий вход, а с выхода через делитель R₁R₂ часть выходного напряжения подается на инвертирующий вход. Обычно R₂ значительно больше чем R_вых и R_1, но меньше R_вх. Для идеального усилителя R_вх =00, R_вых=0, Кu=00. Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя можно найти так:

Uвх =UвыхR1/(R₁+R₂) или    К= Uвх / Uвых=1+R₁/R₂                                    

Для инверитрующего усилителя (рис.) входное напряжение и напряжение обратной связи подаются на инвертирующий вход, неинвертирующий обычно заземлен. 

 

Для идеально ОУ когда можно пренебречь входным током

 (Rвх=00) входной ток усилителя i₁ приблизительно равен току обратной связи i₂,  или с учетом направлений:

i₁ = - i₂.

Поскольку для идеального ОУ потенциалы входа и выхода одинаковы, то можно записать:

U_вх =R₁*i₁, U _вых =i₂*R₂.  

Учитывая равенство токов i_1,  i₂ и их знаки имеем: U_вх/R₁= - U_вых/R₂ или:

К = U_вых/ U_вх = - R₁/R ₂                             

Знак минус показывает, что фаза выходного сигнала противоположна фазе входного сигнала.

Таким образом, коэффициент усиления К обеих типов ОУ зависит только от отношения сопротивлений R₁/R₂ и не зависит от коэффициента усиления самого ОУ. Поэтому коэффициент К ОУ очень стабилен.

На основе ОУ можно создавать устройства, выполняющие различные математические действия: масштабные множители, сумматоры, диффиренцирующие и интегрирующие устройства, устройства нелинейных преобразований. 

20. Вопрос: Решающие устройства на ОУ. Сумматор,  

 

Ответ: на рис. представлен сумматор:

 

Несколько сигналов подаются через резисторы на инвертирующий вход ОУ. Обратная связь через R₂ также подается на инвертирующий вход. Так как Iвх=0, то по первому закону Кирхгофа имеем:        

i₁₁+i₁₂+i₁₃= - i₂

Учитывая что: i₁₁ = Uвх₁/R₁₁, i₁₂ = Uвх2/R₁₂,  i₁₃ = Uвх₃/R₁₃

получим:

Uвых = -R2/R₁(Uвх₁+ Uвх₂+ Uвх₃)   где: R₁= R₁₁= R₁₂ =R₁₃.

Следовательно данная схема производит суммирование.

 

21 Вопрос:      Диффиренцирующие устройство на ОУ

 Ответ: На рис. представлена схема диффиренцирующего усилителя. Для идеального ОУ

 i₁ = С *dUвх/dt, а i₂ = Uвых/R, поэтому учитывая, что i₁= - i₂ имеем:

Uвых = R С *dUвх/dt т.есхема производит операцию дифференцирования над входным сигналом.

                                           

22 Вопрос:   Интегрирующее устройство на ОУ