Лекция№6

Сглаживающие фильтры:

План Лекции:

1.Определение и назначение.

2.Принцип действия и основные параметры.

3.Классификация.

4.Простые индуктивные фильтры.

5.Простые ёмкостные фильтры.

6.Многозвенные фильтры.

1.Определение и назначение:

Uср

Показывает, что при колебании участка источника питания – колеблется Uср, и после выпрямителя остаются пульсации выпрямленного напряжения.

U пит = Uном, р= 10^-4 – 10^-7

Для стабилизации Uф предназначены стабилизаторы напряжения, а для сглаживания пульсации (т.е. для стабилизации мгновенных значений Uвыпр) применяются –сглаживающие фильтры.

Сглаживающий фильтр- эо электронное устройство, предназначенное для стабилизации мгновенных значений выпрямленного U.

2.Принцип действия и основные параметры:

Основными элементами фильтров являются реактивные элементы, а именно:

1.Катушки индуктивности с сердечниками –дроссели.

2.Спектролетические конденсаторы.

Эти элементы при работе цепи способны запасать электрическую энергию в виде электромагнитной или электростатического поля, и возвращать её в цепь, в момент паузы, т.е. в момент промежутка между импульсами.

Фильтр конструирован таким образом, чтобы к передачи постоянной составляющей имело высокое значение, а для переменного низкое, поэтому переменная составляющая гасится на больших сопротивлениях.

Основные параметры:

Коэффициент сглаживания пульсации

q= ≈u/=U q= ≈i/=I

Im

Uср

3.Классификация:

1. По составу реактивных элементов:

-Простые – индуктивные;

-Простые – ёмкостные;

-Комбинированные.

2.По схемному решению:

-Г-образные;

-П- образные;

-Т-образные;

-Многозвенные.

4.Простой индуктивный фильтр:

Lф

В

Uвх I Rн

Uвх= Ulф + Uн

Требование к фильтру: Zф = Rф + jωп* Lф

Rф → 0

Lф → ∞ q= ≈u/=U=ωп* Lф*I/Rн*I= ωп* Lф/ Rн (А)

Тогда для постоянной составляющей Uср фильтр не представляет собой препятствие, и эта составляющая проходит на нагрузку.

Для переменной составляющей:R велико, гасится на фильтре, падение U.

С ростом q лучше работает фильтр.

В соответствии с выражением(А), для получения большого q, Rн-должно быть маленьким.

Вывод: простой индуктивный фильтр рекомендуется применять для высокотоковых выпрямителей или послевысокотоковых выпрямителей.

4.Простой ёмкостный фильтр:

iф

В

Uвх Сф Iк Rн Uф

iф

Основные требования к фильтру:

Сф →∞

Хсф ↓ = 1/ ωп* Сф↑

Для постоянной составляющей тока конденсатора есть разрыв цепи, поэтому постоянная составляющая вся пойдёт на составляющую нагрзки.

А для переменной составляющей представляет собой минимальное сопротивление, поэтому переменная составляющая тока фильтруется по фильтру и не проходит в нагрзку.

q= ≈i/=I = ≈u *Rн/ (ωп* Сф)U = ωп* Сф* Rн ↑ (Б).

Чтобы q был большой, нужно увеличить Rн, следовательно, фильтр рекомендуется применять для выпрямителей, выдающие малые токи на нагрузку.

4.Комбинированный фильтр:

iвх Lф

В

Uвх Ulф Uн Cф iсф Rн

Iн

На 1-ой ступени дроссель гасит переменную составляющую напряжения.

На 2-ой ступени, остаётся переменная составляющая тока и фильтр шунтируется через конденсатор.

q=qc + ql =(ωп* Lф)/Rн * ωп*Cф*Rн= (ωп)^2* Lф*Сф

формула показывает, что фильтр рекомендован для любых сопротивлений нагрузки, для любых токов, по схемному решению, Г-образные.

Для дальнейшего сглаживания пульсаций применяют А,Т и многозвенные фильтры

Т- образный фильтр:

Lф 1 Lф 2

В

+ Rн

q=qr + ql = (ωп)^2* Lф*Сф * (ωп* Lф)/Rн.

В многозвенном фильтре (q= q1*q2 *…*qn) всех последовательных включений фильтра (каскадно-последовательный), до тех пор, пока не получим заданную степень сглаживания пульсации.

Лекция №7:

Стабилизаторы напряжений:

План лекции:

1.Определение.

2.Классификация.

3.Параметрические стабилизаторы напряжения.

4.Компенсационные стабилизаторы напряжений.

1.Определение:

Стабилизатором – называют электронное устройство, предназначенное для стабилизации среднего значения выпрямленного напряжения, при колебательном напряжении сети источника 2-ого электропитания, и при колебательном токе.

2.Классификация:

1. Параметрические – принцип стабилизации которых основан на нелинейной ВАХ, используемого в стабилизаторе активного элемента (стабилитрона).

2 Компенсационные – представляющий собой замкнутую систему автоматического регулирования, выпускаемого в виде интегральных схем.

Параллельный стабилизатор:

Uб

Rб

Uвх iст VD Rн Uн

Uст

Бывают: последовательные и смешанные стабилизаторы.

Uстmin ВАХ:

∆Uвх Uстmax

Uвх max Uвх min ∆Uст

Uобр

Uпр

α

α

Iобр

Uвх + ∆ U

Uвх max = Uвх + ∆ U

Uвх min =Uвх - ∆ U

tg α =Uобр/Iобр=Rб

Кст =∆ Uвх/∆ Uст = 10:100.

Из-за высокой степени стабилизации среднего значения выпрямленного напряжения, при колебании входного напряжения источника питания 2-ого электропитания, следует, что параметр стабилизации применяют в качестве источника эталонного (U), в компенсационных стабилизаторах.

Компенсационный стабилизатор:

РЭ

Регулирующ.воздействие

Uвх СУУ Uвых

ИЭИ ∆U

Uэт Uвых

Uэт – Uвых + ∆ U =0

∆ U↑ = Uвых ↑– Uэт = const

РЭ

Uвх ↑ → Uвых ↑ → ∆ U↑ → Uвых ↓ = const

Лекция №8.

Усилители.

План лекции:

1.Определение, структурная схема и условное обозначение.

2.Классификация.

3.Схематика усилительных каскадов:

-Усилительный каскад напряжения;

- Усилительный каскад тока;

- Усилительный каскад мощности.

1.Определение, структурная схема и условное обозначение:

Усилителем – называется электрическое устройство, преобразующее мощность источника питания в мощность выходного сигнала, под управлением входного сигнала.

Говорят что, входной сигнал усиливают свою мощность за счёт мощности источника питания.

УГО:

Uпит

вход выход

Uвх Uвых

На схеме обозначен неинвертированный усилитель, с одним входным источником сигнала.

Теперь с двумя:

УГО:

Uпит

вход выход

Uвх инв Uвых

Uвх2

Неинвертированный: Uвх1 ↑→ Uвых↑

Инвертированный: Uвх2 ↑→ Uвых↓, при этом противофаза 180.

2.Классификация:

1. По виду входной величины:

- Усилитель по напряжению;

- Усилитель по току;

-Усилитель по мощности.

2.По диапазону усиливаемой частоты:

- постоянного тока (=I);

- переменного тока (≈ I).

3.По виду межкаскадных связей:

(Каскад – это однотипный набор элементов, связанных общей функциональной зависимостью)

1. Резисторная связь (Rс);

2. Гальваническая связь (Rl);.

3. Трансформаторная или индуктивная связь.

1.Амплитудная характеристика:

Работа усилителя должна выполняться на минимальном участке АЧХ для осуществления линейной зависимости: Ku = ∆Uвых /∆Uвх

Uвых

t

t

Uвх

Uвх

Uвх

Uвх

2.АЧХ:

Kumax

Kumax/√2

∆f

0 fв fвх

Поскольку Uвх может быть гармоническим, но не синусоидальным, то гармонику синусоидального, который составляют эти сигналы усиления с разными коэффициентами усиления, в результате возникает частотное искажение Uвых.

Чтобы устранить эти искажения, усилители на всех гармониках, должны идти с постоянным коэффициентом усиления, поэтому считается допустимым снижение коэффициента усиления не более чем в √2

fв – fu = ∆ f – диапазон, получивший название полоса пропускания по АЧХ, определяющая полосу частот, пропускаемых без искажения сигналов.

3.ФЧХ:

Зависимость сдвига фаз между Uвых и Uвх от частоты:

φ = φвых - φвх.

φ

∆f

fu fв fвх

AX искажение выходного сигнала отсутствует, если сдвиг φ=0, неинвертирующий усилитель.

Другие важные параметры:

Ki = Iвых / Iвх

Kр =РIвых / Рвх >1.

Для обеспечения согласованного режима работы, всегда рассчитывают входное и выходное сопротивление:

R вх = Uвх /Iвх

R вых = Uвых /Iвых

В многокаскадном усилители при последовательном соединении:

Uвых 1

Uвх1 1 2 Uвых2

Uвх2

Ku = (Uвых2 * Uвых1 * Uвх2)/(Uвх1 * Uвх2)= Ku1 * Ku2

K(коэффициент) –многокаскадного усилителя равен произведению, коэффициентов усиления отдельных каскадов.

4.В усилителе промышленной электронике применяют схемы включения с ОЭ или с ОИ, соответственно для биполярных и полевых транзисторов (U -напряжения).

В усилителях постоянного тока из схем с ОЭ и Ос для усиления тока,соответственно на биполярных и полевых транзисторах.

Каскад усилителя напряжения должен выполнять следующие действия:

1.Усиливать мощность входного сигнала.

2.Выполнять режим усиления, т.е. гарантировать форму выходного сигнала такую же, как и входного.

3. Осуществлять температурную коррекцию схемы, при колебании температуры окружающей среды.

+Ек

Iк

Rб1 Rк

Свх Iб С2=Свых

C1 р n VT

n

Uвх Iэ Сэ

Rб Rэ Uвых

Uбо

Uбо – Urэ –Uбэ = 0 = > Uбэ = Uбо – Urэ

Uб Uвх Uвых

Uбо

Е

Усиление за счёт энергии источника питания Ек и

Регулирования коэффициента управления с помощью Rк.

Uко

Рассмотрим название элементов схемы:

1. Rб1 и Rб2 – для задания первоначального смещения Uбо между Б иЭ, установив Э и Rб1,Rб2, который делит напряжение Ек, в такой пропорциональности, чтобы между Б и Э было Uбо.

Схема позволяет суммировать, смещение входного синусоидального сигнала и сигнала постоянного смещения Uоб, для того, чтобы создать точку работы в середине линейного напряжения.

2.Назначение С1: Uбо это значение больше, чем Uвх max, поэтому при отсутствии Свх у Uбо, 0ожжет входной источник питания. Свх не пропускает Uоб на вход.

3. Биполярный транзистор пропускает Uбо и Uвх.

4.Rк - предназначен для изменения величины коэффициента усиления:

Ku = Uвых / Uвх = Uк /Uбо

На выходе должны получить синусоидальное напряжение.

4. Свых, С2 предназначен для непропускания на выходе постоянного Uко

Uко – на выходе не проходит, на выходе получается только усиление по амплитудной переменной составляющей, форма которого повторяет входной сигнал.

Температура коррекции:

С увеличением температуры окружающей среды количество зарядоносителей во всех слоях биполярного транзистора растёт.

T↑→ Iэ ↑ → Urэ ↑ =Iэ * Rэ → Uбэ↓ → Iэ↓

Показывает,что в цепи R э (сопротивление ООС) осуществляется температурная коррекция положения рабочей точки.

5. Cэ – для исключения влияния колебания температур на коэффициент усиления, необходимо разделить путь движения в эмиттере цепи постоянной и переменной составляющей токов.

I ток протекает по Rэ и выполняет температурную коррекцию положения рабочей точки, а i пропускаем через С большой ёмкостью.

Дата добавления: 2015-06-04