Тиристорные коммутаторы

Тиристорные коммутаторы тока в общем могут быть представлены двумя видами устройств: управляемыми выпрямителями и инверторами. В первом случае тиристоры работают в цепях переменного тока, во втором случае – в цепях постоянного тока.

Работу управляемого выпрямителя рассмотрим на примере однофазной однополупериодной схемы выпрямления рис. 43.

Рис. 43.

При изменении угла от 0 до a тиристор Д закрыт. Напряжение и ток нагрузки R_н отсутствуют. При угле a на тиристор подается управляющий сигнал U_у. Тиристор открывается и далее схема вплоть до 2p работает в обычном выпрямительном режиме. С момента 2p вышеописанная процедура повторяется. В данном устройстве a можно изменять от 0 до p. При этом постоянные составляющие напряжения (U₀) и тока (I₀) нагрузки соответственно изменяются от до 0 и от до 0 (,).

Инвертор – это устройство, преобразующее напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока.

Работу тиристорного инвертора рассмотрим на примере рис. 44. В схеме резисторы R₁, R₂ служат для создания цепей заряда и разряда конденсатора С.

Конденсатором С, во-первых, формируется выходное напряжение инвертора U_вых, которое по форме и значению повторяет напряжение на конденсаторе U_C, а во-вторых, создается напряжение, обеспечивающее коммутацию (выключение) тиристоров Д₁, Д₂. Допустим, что в момент времени t=0 под воздействием U_у2 открывается тиристор Д₂. По цепочке R₁, C, Д₂ протекает ток i_q2, который относительно точки а на конденсаторе создает отрицательное напряжение U_C(U_вых). В момент t=t на тиристор Д₁ подается U_у1. Тиристор открывается. При этом положительный потенциал точки а прикладывается к катоду тиристора Д₂. Он закрывается. По цепочке R₂, C, Д₁ протекает ток i_q1, создавая относительно точки а положительное напряжение на конденсаторе С. С момента времени 2t вышеописанная процедура повторяется, таким образом на выходе инвертора формируется переменное напряжение U_вых.

Рис. 44

9. ЛИНЕЙНЫЕ КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее автоматически и с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении в определенных пределах таких дестабилизирующих факторов, как колебания напряжения первичного источника, изменения сопротивления нагрузки, температуры окружающей среды и параметров элементов во времени.

Существуют два вида стабилизаторов — параметрические и компенсационные.

Первый вид использует элементы, обладающие таким участком вольт-амперной характеристики, на котором один из параметров остается неизменным при изменении другого, например падение напряжения на стабилитроне при изменениях тока в нем. Параметрические стабилизаторы применяются, как правило, в качестве источников опорного (эталонного) напряжения в компенсационных стабилизаторах — основном виде мощных стабилизаторов, представляющих систему автоматического регулирования, имеющую структуру (рис. 45) и работающую по принципу отклонения.

В элементе СЭ производится сравнение фактического значения выходного напряжения стабилизатора с его заданным значением, которое определяется источником опорного напряжения ИОН. В зависимости от обнаруженного отклонения выходного напряжения U_вых от его заданного значения сигнал рассогласования U_р на выходе СЭ, усиленный усилителем У, осуществляет такое воздействие на регулирующий элемент РЭ, при котором отклонение уменьшается и U_вых приближается к заданному значению, т. е. стабилизируется.

Основным параметром стабилизатора является коэффициент стабилизации — отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе:

В простейшем компенсационном стабилизаторе опорным напряжением является напряжение U_ст стабилитрона Д, а сравнивающим элементом, усилителем и одновременно регулирующим элементом — транзистор Т (рис. 46, а).

Выходное напряжение (как видно по знакам «+» и «—» на схеме) U_вых=U_ст—U_ЭБ. В номинальном режиме (т. е. при отсутствии дестабилизирующих факторов) режим работы транзистора, т. е. исходную рабочую точку р, выбирают с помощью резистора R_Б на середине линейного участка его входной характеристики (рис. 46, б), соответствующего напряжению U_ЭБ порядка 0,1—0,3 В

Рис. 45. Структура Рис. 46. Простейший

компенсационного стабилизатора компенсационный стабилизатор

напряжения напряжения

Напряжение же U_ст, например, кремниевого стабилитрона порядка 8 В. Поэтому U_вых»U_ст.

Предположим, что по каким-то причинам (изменения входного напряжения U_вх, тока нагрузки I_н и т. п.) U_вых уменьшилось. Так как U_ст практически не меняется даже при изменении тока I_ст в несколько раз, то напряжение U_ЭБ=U_ст—U_вых возрастет и увеличит степень открытия транзистора, т. е. его сопротивление между коллектором и эмиттером, а значит, и падение напряжения U_КЭ уменьшится и в конечном счете напряжение U_вых=U_вх—U_КЭ восстановится, стремясь к исходному (номинальному) значению. При возрастании U_вых по любой причине процессы протекают аналогично, но транзистор подзапирается, увеличивая U_КЭ.

Транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, поэтому U_вых повторяет его входное напряжение, которым является U_ст, а его малое выходное сопротивление позволяет отдавать в нагрузку значительный ток I_н>>I_Б и мощность. Коэффициент стабилизации рассмотренной схемы порядка 150— 300. Более высоким к_ст обладают стабилизаторы с усилителем (рис. 47), где Т₂ служит сравнивающим элементом и усилителем, а Т₁ — регулирующим элементом. Стабилитрон Д с резистором R₁ образуют параметрический стабилизатор, служащий источником опорного напряжения U_оп. Для обеспечения высокой стабильности U_оп параметрический стабилизатор подключен к выходу основного компенсационного стабилизатора.

Рис. 47. Компенсационный стабилизатор

Допустим, что по какой-то причине U_вых возросло (предположим, что это возрастание вызвано увеличением входного напряжения на DU_вх). Возрастание U_вых приведет к увеличению напряжения U_R2, снимаемого с делителя напряжения, образованного движком потенциометра и представляющего напряжение обратной связи.

Так как U_оп = соnst, увеличится напряжение U_БЭ2=U_R2—U_оп, приложенное к транзистору Т₂ в прямом направлении, и он откроется в большей степени по сравнению с номинальным режимом. Возросший коллекторный ток I_К2 увеличит падение напряжения на резисторе полярность которого обозначена на схеме. Увеличение положительного потенциала точки А, поданного на базу транзистора Т₁, вызовет его подзапирание, а значит, увеличение падения напряжения на нем U_КЭ, которое стремится возвратить выходное напряжение U_вых, равное U_вых=U_вх–U_КЭ1, к исходному, номинальному значению.

Проанализируем, чем определяется коэффициент стабилизации рассмотренной схемы.

Если U_R2=gU_вых, где g — коэффициент обратной связи, то изменение выходного напряжения связано с изменением напряжения на делителе зависимостью

Изменение входного напряжения DU_вх в конечном итоге будет скомпенсировано примерно равным ему изменением напряжения DU_КЭ1 на транзисторе Т₁, которое связано с изменением потенциала на его базе DU_R3 коэффициентом усиления k_U1 транзистора Т₁. В свою очередь, DU_R3 по абсолютному значению равно изменению напряжения DU_КЭ2 транзистора Т₂, связанного с изменением его входного напряжения DU_R2 коэффициентом усиления k_U1. Таким образом,

После преобразования получим

т. е. коэффициент стабилизации пропорционален общему коэффициенту усиления k_U=k_U1k_U2, для увеличения которого в целях улучшения стабилизации применяют многокаскадные усилители постоянного тока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение курса «Электроника» позволит студенту знать:

1. Основы полупроводниковой электроники.

2. Назначение, состав и принцип действия основных полупроводниковых элементов и устройств автоматики.

3. Методики разработки полупроводниковых устройств автоматики.

А также уметь:

1. Обоснованно разрабатывать как элементы, так и электронную составляющую аппаратного обеспечения систем автоматического управления в целом.

2. Выполнять расчеты электрических принципиальных схем, узлов и систем автоматики.

3. Пользоваться справочными материалами, государственными стандартами и техническими условиями предприятий.

ЛИТЕРАТУРА

1. О.В. Миловзоров, П.Г. Панков Электроника. М.: Высш. шк., 2004.

2. А.С. Серябряков Электротехника и электроника. Лаб. практикум. М.: Высш. шк., 2009.

3. В.Д. Резивич Применение программ P-CAD и Pspise для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. М.: Радио и связь, 1992.

4. ГОСТ 28884-90 (МЭК 63-63) Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов.

Дата добавления: 2014-01-06