Мостовой однофазный двухполупериодный выпрямитель

Принцип работы мостового выпрямителя: в полупериод от 0 до П открыты диоды 1,3, по нагрузке протекает ток, создавая падение напряжения U0 полярностью как показано на рисунке. Диоды 2,4 закрыты (находящиеся под обратным смещением). В полупериод от П до 2П – открыты диоды 2,4, через нагрузку протекает ток, создавая падение напряжения на нагрузке, при этом диоды 1,3 закрыты. Таким образом, создается двухполупериодное пульсирующее постоянное напряжение на нагрузке. Достоинства этой схемы в том, что пульсация выходного напряжения в 2 раза меньше, чем у однофазной однополупериодной схемы выпрямителя. Это достоинство дает возможность строить облегченные фильтры.

 

Сглаживающие фильтры устройств в автоматике

Напряжение питания устройств в автоматике не должно содержать пульсаций(переменных составляющий), поскольку пульсации напряжения питания приводят к искажению информации, циркулирующей в устройстве. Для того, чтобы постоянное пульсирующее U, снимаемое с выпрямительных устройств, преобразовать в постоянное сглаживаемое U(отсутствие пульсаций), применяются сглаживающие фильтры. Эти фильтры строятся на основе активных и реактивных элементов электрических цепей(RLC). Фильтры бывают однозвенные и многозвенные. Качество фильтра определяется коэффициентом сглаживания.

Ксг=К_пвх/К_пвых - коэффициент сглаживания, Кп=U_∽/U_ср - коэф-т пульсации.

RC-фильтры

Схема:

 

Схема состоит из преобразователя переменного U в постоянное (выпрямительное устройство), С-фильтра и активного сопротивления нагрузки Rн. В качестве сопротивления фильтра - сопротивление выпрямителя. Эффект сглаживания основан на том, что по закону коммутации U на конденсаторе не может изменяться мгновенно. Если в конденсаторе идет накопление заряда, в фильтре участвуют следующие элементы, при заряде ток через внутреннее сопротивление поступает на конденсатор и нагрузку. С постоянной времени Rф*Сф происходит увеличение U на конденсаторе. При уменьшении U, поступающего от выпрямителя, конденсатор с постоянной времени Rф*Сф начинает разряжаться. В результате этого U на конденсаторе и на нагрузке принимает сглаженный вид.

Эффект сглаживания значительный, если помимо С-фильтра применить L-фильтр. Это позволит при коммутации не изменить мгновенно ток заряда. В результате этого энергия, запасенная в фильтре, дополнительно передается на нагрузку. Для того чтобы увеличить коэффициент фильтра применяются двухзвенные фильтры.

В таком фильтре пульсирующее U выпрямителя проходит 2 стадии фильтрации. 1-я стадия на фильтре R_{вн вых}*С_ф1 и 2-я на стадии R_ф*R_ф2. Качество фильтрации определяется постоянными времени фильтра, для RC-фильтра это R_н*С_ф. Для LC-фильтра это L_ф *С_ф. Чем больше постоянная времени, тем качественнее фильтрация. Для достижения качественной фильтрации необходимо выбрать большой величины емкость конденсатора Сф и сопротивление нагрузки Rн. Как правило, сопротивление нагрузки изменить нельзя, поскольку оно представлено входным сопротивлением устройства автоматики. В связи с этим необходимо выбирать конденсаторы большой емкости. В фильтрах применяются устройства для искусственного увеличения сопротивления нагрузки. Таким устройством является транзисторный эмиттерный повторитель. Устройство, в котором применяется эмиттерный повторитель называется активным фильтром:

В схему включен транзистор TV. Совместно с Rн он представляет собой эмиттерный повторитель, у которого входное сопротивление в 10 раз больше, чем Rн. При таком включении постоянная времени фильтра будет определяться как R_{вх эл}*С_ф, где R_{вх эл}- R входа эмиттерного повторителя. Так существенно увеличивается постоянная времени фильтра, что ведет к увеличению качества фильтрации.

 

Стабилитроны

Они представляют собой особый класс диодов. Они предназначены для стабилизации постоянного U. На схеме:

Переход стабилитрона в рабочее состояние находится под обратным смещением, т.е. на анод относительно катода подается отрицательное U. Через переход протекает Iо(Iстабилитрона).Для ограничения тока стабилитрон включен по схеме:

Rо выполняет роль ограничителя Icт(балластное сопротивление). В соответствии со 2 законом Кирхгофа: Uвх = Uст + Iст * Rо

Ограничитель работает так: рост входного U вызовет рост Iст, что увеличивает падение напряжения на Rо. В результате этого Uст изменится незначительно.

ВАХ стабилитрона:

При изменении Uвх Rо обеспечивает изменение Iст от Iст min до Iст max. В соответствии с ВАХ при таком диапазоне изменений тока U на стабилитроне изменяется на ΔUст. Это эффект стабилизации. Для определения допустимого диапазона изменений ΔUвх выполняется след построения: в качестве рабочего диапазона изменения Iст – токи в В и С. Определим, как В и С отразятся на Uвх. Под углом проведем линии В -> B’; C ->C’.Из построения -> что при изменении U на стабилитроне ΔU Uвх может измениться в диапазоне ΔUвх. В этом и состоит эффект стабилизации.

 

 

Операционные усилители.

Операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока, обладающий коэффициентом усиления: К _ОУ=10⁴÷10⁵

Название "Операционный" связано с тем, что на его основе строятся аналоговые устройства, выполняющие математические операции, такие как: сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование, сравнение сигналов. В схемах автоматически ОУ используется для создания таких регуляторов, как: пропорциональный (П), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально -интегрально-дифференциальный (ПИД), импульсный, релейный, а также различных видов генераторы.

Схема:

В схеме указаны:

U вхи - напряжение на инвертирующем входе

U вхн _- напряжение на неинвертирующем входе

I вх_- входной ток ОУ

ОУ имеет 2 входа: инвертирующий и неинвертирующий.

ОУ усиливает разности напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входом.

Вход называется инвертирующим, потому что при U вхи > U вхн на выходе создаётся сигнал отрицательной полярности (т.е. происходит инверт. сигнала). Если U вхн > U вхи, то на выходе формируется положительный сигнал. Т. к. выходной сигнал не может быть больше напряжения питания, при большом коэффициенте усиления входной сигнал должен быть близкий к нулю.

К основным характеристикам ОУ относятся:

Коэффициент усиления ОУ (К оу), Напряжение питания U пит, максимальное U вых, максим, I вых

Промышленностью выпускаются следующие виды ОУ:

Тип ОУ	Коу	Uпит, (В)	Максимальные
Uвыхм , (В)	Iвыхм, (мА)
К153УД6		±15	±10
КР544УД15		±12,6	±6	2,5
К140УД7		±15	±10
К140УД14А		±15	±13	2,5
КМ551УД1		±15	±10
К553УД1		±15	±10