Электронно-лучевойосциллограф. Назначение ЭО. Достоинства и недостатки. Структурная схема.
Генераторами называются электронные устройства, преобразующие энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока (электромагнитных колебаний) различной формы требуемой частоты и мощности.
Электронные генераторы применяются в радиовещании, медицине, радиолокации, входят в состав аналого-цифровых преобразователей, микропроцессорных систем и т. д.
Классификация электронных генераторов:
1) по форме выходных сигналов:
- синусоидальных сигналов;
- сигналов прямоугольной формы (мультивибраторы);
- сигналов линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) или их еще называют генераторами пилообразного напряжения;
- сигналов специальной формы.
2) по частоте генерируемых колебаний (условно):
- низкой частоты (до 100 кГц);
- высокой частоты (свыше 100 кГц).
3) по способу возбуждения:
- с независимым (внешним) возбуждением;
- с самовозбуждением (автогенераторы).
Принцип действия
Принцип действия электрического генератора основан на взаимодействии проводника и магнитного поля, в котором он движется. Как всегда приводится классический пример с рамкой в магнитном поле. Когда рамка вращается, её пересекают линии магнитной индукции, при этом в рамке образовывается электродвижущая сила. Эта ЭДС заставляет ток течь по рамке и с помощью контактных колец попадать во внешнюю цепь. Примерно так устроен простейший электрический генератор.
|
|
|
Генератор пилообразного напряжения. Принцип работы.
Принцип работы релаксационного генератора основан на том, что конденсатор заряжается до определенного напряжения через резистор. При достижении нужного напряжения открывается управляющий элемент. Конденсатор разряжается через другой резистор до напряжения, при котором управляющий элемент закрывается. Так напряжение на конденсаторе нарастает по экспоненциальному закону, затем убывает по экспоненциальному закону.
Генераторы постоянного тока и их характеристики
Уравнение напряжений для цепи якоря генераторов постоянного тока имеет вид
, (6.17)
где 
– суммарное сопротивление цепи якоря, включающее сопротивления самой обмотки якоря, обмоток добавочных полюсов и компенсационной и др.; 
– падение напряжения на щеточном контакте на пару щеток.
В генераторе электромагнитный момент направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя. Электрическая мощность на выходе генератора 
меньше механической мощности приводного двигателя 
на величину потерь мощности 
. Кпд генератора равен
. (6.18)
Одной из характеристик генераторов постоянного тока является номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки
|
|
|
, (6.19)
где 
– напряжение на выходе генератора в режиме холостого хода.
Величина 
зависит от способа возбуждения генератора. Для генератора независимого возбуждения 
; генератора параллельного возбуждения 
. У генератора смешанного возбуждения в зависимости от способа включения обмоток возбуждения величина зависит от соотношения витков в этих обмотках. Она может равняться нулю или иметь отрицательное значение. При этом напряжение на выходе такого генератора возрастает и компенсирует падение напряжения в проводах, соединяющих генератор и нагрузку [2].
Эксплуатационные свойства генераторов постоянного тока анализируются с помощью характеристик. Характеристики устанавливают зависимости между основными параметрами и величинами, определяющими работу машин. Они могут быть получены экспериментальным и расчетным путем. Для расчета необходимо знать значения конструктивных параметров и электромагнитных нагрузок.
Основная группа характеристик генераторов постоянного тока строится при постоянной частоте вращения якоря, т.е. 
. В эту группу входят следующие характеристики:
- характеристика холостого хода 
при 
;
- внешняя характеристика 
при 
;
|
|
|
- регулировочная характеристика 
при 
;
- характеристика короткого замыкания 
при 
;
- нагрузочная характеристика 
при 
.
Вид характеристики генератора определяется способом его возбуждения [1].
6.8.1. Генератор независимого возбуждения. Характеристика холостого хода показана на рис. 6.29. Она имеет форму кривой намагничивания. Кривизна характеристики определяется насыщением магнитной системы машины. Неоднозначность при увеличении и уменьшении тока возбуждения объясняется явлением гистерезиса. Генератор обычно проектируют так, чтобы точка N, соответствующая его номинальному напряжению, находилась на изломе кривой намагничивания. Ниже точки N эдс генератора неустойчива, а выше – снижается эффективность его регулирования. Эдс 
составляет 
номинального напряжения. Она является следствием остаточной намагниченности магнитопровода. Характеристика холостого хода позволяет определить соответствие расчетных и опытных данных. Она является основной при исследовании эксплуатационных свойств машины.
Внешняя характеристика снимается при постоянном токе возбуждения 
. Рост тока нагрузки 
приводит к снижению напряжения 
на зажимах якоря генератора (рис. 6.30). Это происходит под действием размагничивающей поперечной реакции якоря и падения напряжения на внутреннем сопротивлении машины . Чем больше величина 
, тем более круто падающей будет внешняя характеристика и больше значение .
|
|
|
Регулировочная характеристика (рис.6.31) показывает, как надо изменять ток возбуждения, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным. С увеличением тока нагрузки растет размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения на . Для компенсации их влияния ток возбуждения увеличивают. Чем больше величина , тем больше величина изменения этого тока. Она составляет 15 – 25% его номинального значения. Величина . Разница объясняется насыщением магнитной цепи машины [19].
Для получения характеристики короткого замыкания обмотку якоря закорачивают. Ток в ней доводят до значения 
. Ток в обмотке возбуждения при этом относительно мал. Магнитная цепь машины не насыщена. Характеристика практически прямолинейна. Она аналогична по виду характеристике короткого замыкания синхронной машины (рис. 5.15) и не проходит через начало координат вследствие остаточного намагничивания стали магнитопровода генератора при 
[1].
Нагрузочная характеристика 1 (рис. 6.32) проходит ниже характеристики холостого хода 2. Разность ординат этих кривых объясняется действием размагничивающей поперечной реакции якоря и падения напряжения на внутреннем сопротивлении машины . Влияние этих факторов можно оценить с помощью характеристического треугольника АВС.
Внутренняя характеристика машины (кривая 3) 
при 
. Отрезок OD соответствует току возбуждения, который обеспечивает номинальный режим работы.Отрезок BD – эдс в этом режиме. Отрезок CD характеризует падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора 
. Эдс в режиме холостого хода (отрезок АF) обеспечивается меньшим током возбуждения (отрезок 0F). Избыток тока возбуждения (отрезок FD) необходим для компенсации размагничивающего действия реакции якоря. С помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника можно построить внешнюю и регулировочную характеристики [8].
6.8.2. Генератор параллельного возбуждения. В магнитной цепи существует остаточный магнитный поток 
. Если якорь вращать в остаточном магнитном поле, то в его обмотках наводится эдс . Под действием этой эдс в замкнутом контуре возникает ток возбуждения, который образует добавочный магнитный поток. Если этот поток действует согласно с остаточным потоком, то результирующий магнитный поток возрастает и происходит самовозбуждение. Процесс самовозбуждения может развиваться только в одном направлении. Поэтому характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения может быть построена только в одном квадранте (рис. 6.33). Расчетные характеристики холостого хода у генераторов независимого и параллельного возбуждения практически одинаковые. Ток возбуждения составляет всего несколько процентов от тока нагрузки и не оказывает существенного влияния на действие реакции якоря и падение напряжения .
Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения показана на рис. 6.34. Снижение напряжения на выводах якорной обмотки происходит не только из-за влияния падения напряжения внутри машины и размагничивающего действия реакции якоря, но и из-за снижения тока возбуждения 
. После значения тока нагрузки 
напряжение уменьшается. Магнитная цепь машины 
становится менее насыщенной. В результате незначительное уменьшение тока возбуждения вызывает ещё большее уменьшение магнитного потока, эдс якоря и тока . Величина больше, чем при независимом возбуждении. Значение тока 
называется установившимся током короткого замыкания. Характеристики регулировочная, нагрузочная и короткого замыкания снимаются аналогично указанным характеристикам генератора независимого возбуждения.
6.8.3. Генераторы последовательного возбуждения и смешанного возбуждения. Генератор последовательного возбуждения практически не используется для выработки электроэнергии, поскольку у него 
. В процессе самовозбуждения наступает насыщение магнитной цепи. Действие реакции якоря и падение напряжения приводят к снижению напряжения . Генераторный режим машин последовательного возбуждения используется на электрифицированном транспорте. Обмотку возбуждения подключают к независимому источнику [19].
В генераторе смешанного возбуждения основную роль играет параллельная обмотка возбуждения. Она создает 60 – 85% магнитодвижущей силы, необходимой для возбуждения. Последовательная обмотка возбуждения предназначена для формирования желаемых внешних характеристик и чаще всего включается согласно с обмоткой якоря машины. В режиме холостого хода последовательная обмотка возбуждения не задействована. При этом характеристика холостого хода аналогична характеристике генератора параллельного возбуждения. Внешние и регулировочные характеристики генераторов с различными схемами возбуждения показаны на рис. 6.35
Тема: Устройство и принцип действия электронного осциллографа
Электронные осциллографы. Структурная схема, принцип действия. Схема развертки. Синхронизация развертки. Двухканальные и двухлучевые осциллографы.
Электронно-лучевойосциллограф. Назначение ЭО. Достоинства и недостатки. Структурная схема.
Электронный осциллограф представляет собой универсальный измерительный прибор для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров с использованием средств отображения формы сигнала. Они имеют высокую чувствительность, обладают высоким входным сопротивлением и малой инерционностью. Доминирующее положение занимают осциллографы, в которых исследуемый процесс в виде светящейся кривой наблюдается на экране ЭЛТ.
|
Рис. 1
|
ВД – входной делитель,
УН – усилитель напряжения,
УМ – усилитель мощности
СС – схема синхронизации,
СР – схема развертки,
У – усилитель,
СУЛ – схема управления лучом
БП – блок питания,
КАД – калибратор амплитуды и длительности .
Принцип работы: принцип отображения формы сигнала на экране ЭЛТ можно представить как: исследуемое напряжение является функцией времени, отображенной в прямоугольных координатах графической функции U=f(t). Две пары пластин ЭЛТ отклоняют луч в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. Поэтому для наблюдения исследуемого напряжения на экране ЭЛТ необходимо чтобы луч отклонялся по горизонтальной оси пропорционально времени, а по вертикальной оси – пропорционально исследуемому напряжению. Для этого к ГО пластинам подводится линейно-изменяющееся напряжение (ЛИН), которое заставляет луч перемещаться по горизонтали с V=const слева направо и быстро возвращаться обратно. Исследуемое напряжение подается на ВО пластины и следовательно, положение пера в любой момент времени однозначно соответствует значению исследуемого сигнала в этот момент. За время действия ЛИН луч вычерчивает кривую исследуемого сигнала. Изображение называется осциллограммой.
Достоинствами ЭО является высокое входное сопротивление, малая входная емкость, возможность визуального наблюдения сигнала, возможность измерения многих параметров сигнала измерения.
Недостатками является невысокая точность, сложность регулировки пар-ров и калибровки.
Схема развертки
Луч равномерно с постоянной скоростью должен перемещаться от левого края к правому ЭЛТ и очень быстро возвращаться в исходное состояние, что возможно при условии, что напряжение на ГО пластинах изменяется по пилообразному закону. Пилообразное напряжение, выработанное ГР должно иметь высокую линейность участка, создающего прямой ход луча, большую крутизну при обходе луча, амплитуду достаточную для отклонения луча на весь экран.
В ЭО для формирования линейно изменяющегося развертывающего напряжения применяют генераторы, выполненные по схеме интегрирующего звена (интегратора) и охваченного ООС RC-цепи.
Рис. 3
i R = i C так как K U очень большой и ООС очень глубокая
; 
; k д>>1
Если ко входу интегратора приложить прямоугольный импульс напряжения t и=t пр (длительность равна прямому ходу луча), то на выходе получается пилообразный импульс такой же длительности. Поэтому, подключив к интегратору мультивибратор (несимметричный), можно получить генератор периодически изменяющегося пилообразного напряжения. При переводе мультивибратора в режим одновибратора (ждущий) генератор вырабатывает напряжение ждущей развертки.
Синхронизация развертки
При исследовании периодических сигналов для получения неподвижного изображения на экране ЭЛТ необходимо, чтобы периоды развертывающего напряжения и исследуемого сигнала были кратны или равны.
Выполнение этого условия требует специальных мер, т.к. частота ГПН (генератора пилообразных напряжений) нестабильна.
Выполнить это условие можно, если создан принудительный режим работы ГР (генератора развертки) – такой, что развертывающее напряжение и напряжение исследуемого сигнала синхронны.
В осциллографах ЭО используются три вида синхронизации: внутреннего (напряжением исследуемого сигнала); внешнего (с помощью внешнего источника); от сети.
Чаще всего используют внутреннюю синхронизацию, передаваемую из канала ВО в усилитель синхронизации. Там это напряжение усиливается, ограничивается и дифференцируется, т.е. из него формируются короткие однополярные импульсы с периодом следования, кратный периоду исследуемого напряжения.
Полученные импульсы в моменты прихода на мультивибратор или триггер опрокидывают его. Таким образом, момент начала цикла (периода работы мультивибратора) и в целом ГР согласован с моментом появления синхроимпульса. Следовательно, период колебаний мультивибратора, а значит и период развертывающего напряжения кратен периоду исследуемого сигнала.
Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 35; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!