КАТУШКА С МАГНИТОПРОВОДОМ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 34 страница
Определим мощности цепи нагрузки Рн и источника сигнала Рс. Для этого обратимся к эквивалентной схеме замещения усилителя по переменной составляющей (рис. 10.90),"подобной схеме замещения усилительного каскада с ОЭ (рис. 10.62). Исключая из нее рези- стивные элементыRXl R2и 1 /h22с большими сопротивлениями, получаем
|
г2
р= |
Km |
Ът> |
2 |
--- 1-- i 1
|
RBJ+ hn
Рп =
где 1Бт — амплитуда синусоидального тока базы. Следовательно, коэффициент усиления мощности
КР = Ра/Рс = R'Mi/(RBr + hn). (Ю.48)
Его типовое значение равно 100 — 200.
Т2 |
Общим недостатком усилителей мощности класса А является низкий КПД:
|
л = -5i-i00 = 11ктП КЭт
100 < 50%, |
(10.49) |
Рист 2 ^к^Кп
|
где Рист =EKIKnи Рн = иКЭт1Кт/2 — мощности источника питания и цепи нагрузки при условии 1Кт<1Кп и иКЭт< Ек.
Рис. 10.92 |
Рис. 10.93 |
Усилители мощности класса В (рис. 10.91) отличаются от усилителей мощности класса А тем, что у них рабочая точка А выбирается так, чтобы переменная составляющая тока коллектора была ограничена половиной периода, как показано на рис. 10.92. В течение второго полупериода тока в цепи коллектора практически нет. Применение трансформатора для подключения приемника, как в усилителе мощности класса А (см. рис. 10.88), не дает в данном случае больших преимуществ. Рабочая точка А расположена так, что при обоих способах подключения приемника напряжение источника питания Ек, а следовательно, и его мощность будут практически одинаковые. С учетом (10.12) мощность источника питания Рист = Ек1кт/-к, а мощность цепи нагрузки по (10.13) Рн = #к(^кт/2)2 « EKIKm/4. Следовательно, КПД усилителя мощности класса В
|
|
ц = -^-100 « jl00 » 75%.
ист ^
RK = RH |
Рис. 10.91 |
Для усиления мощности синусоидальных сигналов с высоким КПД применяют двухтактные усилители мощности класса В (рис. 10.93) с трансформаторными связями.
10.20. Генераторы синусоидальных колебаний
Генераторы синусоидальных колебаний преобразуют энергию источника с постоянной ЭДС в энергию при синусоидальном токе требуемой частоты. Различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и с независимым возбуждением. Последние представляют собой усилители мощности, усиливающие сигналы автогенераторов малой мощности.
Автогенераторы можно рассматривать как усилители с положительной обратной связью. Наиболее часто применяется обратная связь по напряжению (рис. 10.94). Для анализа установившегося режима работы автогенератора воспользуемся комплексным методом.
Напряжения на выходе автогенератора и на входе четырехполюсника цепи обратной связи одинаковые
|
|
йых = Us,,, (10.50а)
и удовлетворяют условию
0ВЫХ =KuyKuo.cUBXXhC (10.506)
где
Киу = Киу(ы)е*Ы
— коэффициент усиления напряжения усилителя;
К = К
iluo.c -"■tiO.CVUVC
— коэффициент передачи напряжения четырехполюсника обратной связи [см. (2.90а)].
Из (10.50) следует
КиуКиох = И1 = 1,
т.е.
K,yWu о» = 1; (10.51а)
0'(ш) + е"(ы) = 2тт, (10.516)
Дн.ШВ1 |
R„ |
гдеп = 0, 1, 2, 3 ... .
Условия (10.51) должны выполняться при одной угловой частоте — угловой частоте работы автогенератора ш.
Самовозбуждение генератора, начиная с момента времени его подключения к источнику энергии, определяется условием Киу{и)Киол(и)> 1, которое после завершения переходного процесса переходит в условие установившегося режима работы автогенератора (10.51а) вследствие уменьшения значения Киу при увеличении амплитуды синусоидальных колебаний, обусловленного нелинейными свойствами транзисторов (см. рис. 10.7, б).
РазличаютLC-и ДС-автогенераторы. Первые содержат в цепях обратной связи катушки индуктивности и конденсаторы и используют явления резонансов напряжений и токов, вторые — резисторы и конденсаторы. Вторые проще для реализации в виде интегральных микросхем, в частности на основе ОУ. Примеры их реализации будут рассмотрены.
|
|
(10.52) |
На рис. 10.95 приведена схема ДС-автогенератора на основе ОУ, моста Вина (см. рис. 4.9, а) в цепи положительной обратной связи и делителя напряжения из резисторов Д3 и Д4 в цепи отрицательной обратной связи. При угловой частоте генерации ы0 = 1 / ^[ЩЩС^С^ [см. (4.11)] напряжение на резисторе Д2 моста Вина равно одной трети напряжения на выходе усилителя
и2 =f/вых/З
и совпадает с ним по фазе (см. рис. 4.9, б).
Пренебрегая током входной цепи ОУ, составляем уравнение по второму закону Кирхгофа для контура, отмеченного на рис. 10.95 штриховой линией:
(10.53)
Из (10.52), (10.53) и условий идеального ОУ (10.36) следует соотношение
Д3/Д4 — 2,
которому должна удовлетворять цепь отрицательной обратной связи для генерации колебаний с максимальной амплитудой и угловой частотой ш0.
Вместо моста Вина в ДС-автогенераторе может быть также двойной Т-образный мост (см. рис. 4.10).
10.21, Классификация импульсных и цифровых устройств
Полупроводниковые импульсные и цифровые устройства объединяют обширную группу устройств, которые применяются в системах управления технологическими процессами, при передаче ин
формации, в измерительной и вычисли-
|
|
тельной технике. В современных импульсных и цифровых устройствах работают ОУ в импульсном режиме и транзисторы в качестве бесконтактных ключей.
Работу ОУ в импульсном режиме объясним на примере цепи, показанной на
рис. 10.96, в которой к неинвертирующему входу ОУ подключен источник постоянной ЭДС Е0, а к инвертирующему входу — источник сигнала с линейно изменяющейся во времени ЭДС ес = kt(рис. 10.97, а). Для упрощения анализа примем, что ОУ идеальный. По второму закону Кирхгофа для контура, отмеченного на рис. 10.96 штриховой линией, составим уравнение:
ивх = ес - Е0.
В момент времениt0= Е0/к у напряжения ивх отрицательное значение заменяется положительным (рис. 10.97, б). Одновременно в соответствии с амплитудной характеристикой идеального ОУ (рис. 10.76, б — ломаная линия 1) напряжение на его выходе скачком изменится от положительного до отрицательного значения ЭДС Е источника питания (рис. 10.97, в).
-Е |
Рис. 10.96 |
Импульсный режим работы ОУ используется в устройствах сравнения измеряемого напряжения с опорным напряжением, называемых компараторами, и других устройствах на их основе.
а Е0 |
Работу транзистора в режиме ключа рассмотрим на примере биполярного транзистора с ОЭ (рис. 10.98, а). Если постоянное напряжение на входе ключаUBX< 0, то токи в цепях коллектора и базы практически одинаковые и равны току через обратно включенный р-п-переход между базой и коллектором. Этот режим соответствует разомкнутому положению ключа (рис. 10.98, б, точка М). При постоянном напряжении UBX> 0 и токе базы больше тока насыщения /Бнас ток коллектора практически равенEK/RK(рис. 10.98, б, точкаN). Этот режим соответствует замкнутому положению ключа.
to
Динамические свойства ключа определяются временем включенияtBKJlи выключенияtBblKJl(рис. 10.98, в). Для уменьшения времени tBKJ, резистор в цепи базы шунтируется конденсатором, а для уменьшения времениtBbliaiв цепь базы включается ЭДС Еъ (показаны штриховой линией на рис. 10.98, а).
Применение транзистора в качестве ключа вместо других типов ключей, например электромеханических, имеет ряд преимуществ: транзисторный ключ не содержит подвижных частей, подверженных износу, имеет большое быстродействие и малые размеры. Для управления транзисторным ключом требуется источник энергии малой мощности.
Различают импульсные устройства с несколькими устойчивыми и с несколькими временно устойчивыми состояниями. В импульсном устройстве первого типа для изменения устойчивого состояния необходимо однократное внешнее воздействие, изменяющее режим ОУ или транзисторного ключа. В импульсном устройстве с временно устойчивыми состояниями происходит периодическое переключение ОУ или открывание и закрывание транзисторного ключа без внешнего воздействия или их состояние восстанавливается через некоторое время после однократного внешнего воздействия.
в |
Рис. 10.98 |
б |
В цифровых устройствах применяются логические элементы, на основе которых реализуются логические автоматы с памятью и без памяти. Рабочее состояние логических автоматов первого типа зависит не только от набора сигналов управления в данный момент времени, но и от его предшествующего состояния. Рабочее состояние логических автоматов второго типа зависит только от набора сигналов управления.
В дальнейшем работу всех импульсных и цифровых устройств будем рассматривать, полагая, что ОУ и транзисторные ключи идеальные.
10.22. Логические элементы
Для своевременного подключения и отключения необходимого оборудования в целях поддержания режимов технологических процессов необходимо принимать те или иные решения в зависимости от конкретных условий.
Если наличие или отсутствие каждого условия отождествить с напряжением электрического сигнала различного уровня, то принятие решения можно осуществить с помощью цифровых устройств на основе логических элементов. Такие устройства реализуют логическое преобразование совокупности сигналов об условиях работы в совокупность сигналов управления технологическим процессом.
В зависимости от схемотехнической реализации логических элементов сигналы на их входах и выходах имеют либо отличное от нуля напряжение (положительное или отрицательное), либо напряжение, близкое к нулю, которые принято условно отождествлять с логической единицей и нулем. При этом работу логического элемента можно описать зависимостью логического значения выходного сигналаFот совокупности логических значений входных сигналов х. Такую зависимость принято представлять таблицей истинности.
Можно доказать, что для любых логических преобразований достаточно иметь три элементарных логических элемента, выполняющих операции: логическое отрицание (логическое НЕ), логическое сложение (логическое ИЛИ) и логическое умножение (логическое И).
Логический элемент НЕ (инвертор) реализует логическую функцию
F = х;
элемент ИЛИ (дизъюнктор) на два входа
F = хх + Х2 илиF = хх V ^2, элемент И (конъюнктор) на два входа
F= ххх2 илиF = Xi AX}.
Их условные обозначения, временные диаграммы работы и таблицы истинности приведены на рис. 10.99—10.101 соответственно.
На практике часто используется расширенный набор логических элементов. К ним относятся элементы: ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса), показанный на рис. 10.102, а и реализующий функцию
F = х1+х2]
X | F |
0 | 1 |
1 | 0 |
Е |
|
б
Рис. 10.99
|
%2 | F | |
1 | 1 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
0 | 0 | 0 |
в | ||
х2 | F | |
1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
0 | 0 | 0 |
Xi х2 |
я2 |
Рис. 10.100 |
к |
Х2 |
|
Рис. 10.101
И - НЕ (штрих Шеффера), показанный на рис. 10.102. б и реализующий функцию
F = >
импликация (рис. 10.102, в)
F — х^ Н->
запрет (рис. 10.102, г)
-F =
равнозначность (рис. 10.102, д). 302
Xl | Х2 | F |
1 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
0 | 0 | 1 |
х1 | щ | F |
1 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 1 |
Xl | Х2 | F |
1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
0 | 0 | 1 |
хх | х2 | F |
1 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
0 | 0 | 0 |
Sl | ъ | F |
1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
0 | 0 | 1 |
|
Да | si | к | Xi | si | к | Si | |||||||
1 | F | F | 1 | F | F | = | |||||||
Х2__ | х2 | X<i | х2 | х2 | |||||||||
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 339; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!