Генераторы линейно возрастающего напряжения

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 15Следующая ⇒

Поскольку ток в конденсаторе С пропорционален скорости изменения напряжения, то в процессе заряда конденсатора ток, текущий через него, уменьшается. Поэтому линейно возрастающим является лишь начальный участок изменения выходного напряжения на конденсаторе.

заряд конденсатора

идеал

Рис. 1.17. Принцип формирования линейно возрастающего напряжения

Скомпенсировать уменьшение тока можно за счет подключения к конденсатору источника тока. Такой принцип можно использовать для построения генератора линейно меняющегося напряжения.

Индуктивности и трансформаторы

В отличие от конденсатора, для индуктивности L справедливо выражение , т.е. напряжение на ней пропорционально скорости изменения тока.

Рис. 1.18. Первичная и вторичная обмотки трансформатора

Трансформатор – устройство, состоящее из двух связанных катушек индуктивности (называемых первичной и вторичной обмотками). Характеризуется коэффициентом трансформации , где U₂, U₁ – напряжения, I₂, I₁– токи, n₂, n₁ – число витков во вторичной и первичной обмотках соответственно. При трансформатор является понижающим, при – повышающим. Мощность при этом сохраняется неизменной. Трансформатор обладает весьма высоким коэффициентом полезного действия (КПД).

Трансформаторы применяют:

- в схемах электропитания для преобразования напряжения переменного тока сети к нужному, обычно более низкому, значению, которое можно использовать в схеме;

- для «изолирования» электронной схемы от непосредственного контакта с силовой сетью;

- в электронных схемах для преобразования переменных напряжений, чаще всего – к более высокому уровню;

- для гальванической развязки отдельных участков электронной схемы (трансформаторная связь).

Контрольные вопросы к лекции

1. В чем заключается основное отличие аналоговых схем от цифровых?

2. Каким образом определяется эквивалентное сопротивление делителя напряжения?

3. Что характеризует динамическое сопротивление?

4. В чем состоит принцип работы простейшего стабилизатора на стабилитроне?

5. В чем состоит принцип работы усилителя на туннельном диоде?

6. Каким образом определяется АЧХ схемы?

7. Какими свойствами обладают RC-цепи?

8. Какой принцип лежит в основе работы генератора линейно возрастающего напряжения?

9. Для каких целей используют трансформаторы?

ЛЕКЦИЯ 2

Частотный анализ реактивных схем

Емкостная схема

Конденсатор подключен к источнику напряжения U(t):

, (1)

, (2)

где – угловая частота ( – частота, где Т – период колебаний).

Рис. 2.1. К частотному анализу емкостной схемы

Из формул (1) и (2) следует:

где .

Таким образом, ток опережает напряжение на 90°, а – величина сопротивления емкости.

Индуктивная схема

Индуктивность подключена к источнику тока I(t): , . Следовательно, , где . Таким образом, напряжение опережает ток на 90°, а –величина сопротивления индуктивности.

Рис. 2.2. К частотному анализу индуктивной схемы

Мощность в реактивных схемах

Для рассматриваемого случая средняя мощность за период равна , где ; . Из нижеприведенных графиков следует, что на участках А и С потребляемая мощность имеет положительный знак, а на участках В и D – отрицательный. Таким образом, средняя мощность за период равна 0.

Рис. 2.3. К оценке средней мощности в реактивной схеме

На практике схемы могут содержать как реактивные, так и резистивные компоненты и характеризуются коэффициентом мощности . При К = 0 схема является чисто реактивной, при К = 1 – чисто резистивной.

Обобщенный закон Ома

Используя понятие полного сопротивления (импеданса), а также комплексного представления тока и напряжения, обобщенный закон Ома записывают в следующем виде: , где – комплексные амплитуды тока и напряжения, Z – полное сопротивление, содержащее резистивную (действительную часть комплексного числа) и реактивную (мнимую часть комплексного числа) составляющие. Для RL-цепи , для RC-цепи .

Модуль полного сопротивления может быть представлен на векторной диаграмме, где . Переход от комплексных значений к модулям амплитуд производят по формулам , , где – комплексно-сопряженные (имеющие противоположный знак мнимой части) значения тока и напряжения.

Рис. 2.4. Векторная диаграмма для полного сопротивления

Примеры использования обобщенного закона Ома

Фильтр высоких частот (ФВЧ)

Так как для RC-фильтра высоких частот , то . Переходя к модулям амплитуд, получим . Таким образом, коэффициент передачи ФВЧ: .

Построим АЧХ ФВЧ. При , а при . При и, соответственно, имеем .

а б

Рис. 2.5. Схема RC-фильтра высоких частот (а) и его АЧХ (б)

Фильтр низких частот (ФНЧ)

Так как для RC-фильтра низких частот , то . Таким образом, коэффициент передачи ФНЧ .

Построим АЧХ ФНЧ. При , а при . При и, соответственно, имеем .

Аналогичным образом можно получить коэффициенты передачи фильтров, рассматривая и переходя к .

а б

Рис. 2.6. Схема RC-фильтра низких частот (а) и его АЧХ (б)

Диоды и диодные схемы

Диод является пассивным нелинейным элементом. Представляет собой
р-n-переход, обладающий односторонней проводимостью. Характеризуется прямым током, обусловленным рекомбинацией основных носителей на границе р-n-перехода, и обратным током, обусловленным неосновными носителями. Напряжение, достаточное для открывания диода, составляет 0, 6–0, 7 В. Нелинейность зависимости тока и напряжения не позволяет использовать закон Ома для диодов. Пример ВАХ полупроводникового диода представлен ниже.

а б

Рис. 2.7. Полупроводниковый диод (а) и его ВАХ (б)

Выпрямление

Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный. Существует несколько схем для выпрямления.

Однополупериодная схема

В однополупериодной схеме используется один полупроводниковый диод, который пропускает только одну полуволну переменного напряжения. Для сглаживания пульсаций используют RC-фильтр с . Недостатком этой схемы является низкий КПД.

а б

Рис. 2.8. Однополупериодная схема выпрямителя (а) и временные диаграммы ее работы (б)

Мостовая двухполупериодная схема

Данная схема имеет повышенный КПД, так как используются обе полуволны входного напряжения.

а б

Рис. 2.9. Двухполупериодная схема выпрямителя (а) и временные диаграммы ее работы (б)

Схема для получения двухполярного питания

В данной схеме используется емкостный делитель напряжения.

C₂

C₁

Рис. 2.10. Схема выпрямителя с двухполярным выходным напряжением

Умножители напряжения

Умножитель напряжения формирует на выходе постоянное напряжение из переменного входного напряжения. Его работа основана на заряде и разряде конденсаторов через диоды. Существует ряд схем умножения. Рассмотрим принцип работы некоторых из них.

Схема удвоения напряжения

Сущность работы схемы заключается в следующем. Во время положительной полуволны напряжения U₂через открывающийся в это время диод VD1 конденсатор С₁заряжается током i₁до величины U_C₁= U₂. Во время отрицательной полуволны напряжения U₂конденсатор С₁ разряжается через открывающийся в это время диод VD2, а конденсатор С₂заряжается током i₂до величины U_C₂= U_ВЫХ= U₂+ U_C₁= 2U₂. При этом необходимо, чтобы для постоянной времени разряда конденсаторов, зависящей от их емкости и от R_H, выполнялось условие .

а б

Рис. 2.11. Схема умножителя напряжения (а) и временные диаграммы ее работы (б)

Схема умножения до 4 раз

Разновидности предыдущей схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз. В реальных схемах коэффициент умножения напряжения ниже, чем в рассмотренном выше идеальном случае.

Рис. 2.12. Схема умножителя напряжения до 4 раз

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒