Схема триггера на биполярных транзисторах
Практические занятия
Однофазная однополупериодная схема выпрямления
Задача любого выпрямителя - сформировать однополярное напряжение с заданой величиной постоянной составляющей Ud. В идеальном случае график выпрямленного напряжения должен быть прямой линией. Схема выпрямления и идеальная ВАХ диода VD представлены на рис.154. Трансформатор TV нужен для того, чтобы на нагрузке Rн иметь заданный уровень выпрямленного напряжения. Графики напряжений и тока в схеме показаны на рис.155, где U2 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора, Uд - действующее значение вторичного напряжения. 
+
} - положительная полуволна;
-
(-)
} - отрицательная полуволна.
(+)
Среднее значение выпрямленного напряжения:
Равенство S1 и S2 определяет уровень Ud. Диаграммы с учетом реальных свойств диода показаны на рис.156.
Работа схемы при прямоугольном напряжении представлена на рис. 157.
8.2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления
Усложнение схемы выпрямления делается для того, чтобы приблизить мгновенное выпрямленное напряжение к значению среднего выпрямленного напряжения. Среднее выпрямленное напряжение - это постоянный уровень. Мгновенное выпрямленное напряжение - это пульсирующее напряжение. Схема представлена на рис.158. Для получения второй полуволны выпрямленного напряжения применяют вторую полуобмотку питающего трансформатора. Схема реализуема только в трансформаторном варианте, трансформатор позволяет получить два напряжения, которые имеют общую точку. Обязательно должно быть согласное включение обмоток. Диаграммы показаны на рис. 159. Надписи VD1, VD2 на диаграмме напряжения на нагрузке Uн показывают, при работе какого диода образуется полуволна выпрямленного напряжения. Частота выпрямленного напряжения в два раза больше, чем питающего.
|
|
|
Работа однофазного двухполупериодного выпрямителя
При прямоугольном питающем напряжении
Будем полагать, что фронта питающего напряжения являются вертикальными. Диаграммы работы схемы для этого случая показаны на рис.160. В действительности фронта напряжения не являются вертикальными, а имеют какой-то наклон, как показано на рис. 160 тонкими линиями. В выпрямленном напряжении при этом имеются провалы, для устранения которых приходится применять фильтр. Чем ближе к идеальному случаю, тем эти провалы меньше.
Стабилизатор напряжения на стабилитроне
В реальных условиях работы схем выпрямления возможно изменение питающего напряжения и тока нагрузки. Это приводит к изменению среднего значения выходного напряжения схемы выпрямления. Кроме того, напряжение на выходе выпрямителя является пульсирующим. Чтобы сгладить это напряжение и приблизить его к идеальному постоянному напряжению (напряжение аккумулятора), на выходе выпрямителей включают конденсатор. Типичная емкость конденсатора для сети с частотой 50Гц в зависимости от тока нагрузки и требуемой степени сглаживания находится в диапазоне от 100 мкФ до 10000 мкФ.
|
|
|
Схема и диаграммы работы однополупериодного выпрямителя с фильтром на выходе в виде конденсатора Сф представлены на рис.161. Чем меньше емкость конденсатора и больше ток нагрузки, тем выше пульсации напряжения на нагрузке и меньше его среднее значение. Т.о. даже применение фильтра не позволяет получить постоянное по величине напряжение без пульсаций.
Расчетные соотношения для процесса сглаживания с помощью конденсатора Сф можно получить, рассматривая интервалы заряда и разряда конденсатора на диаграмме, приведенной на рис. 161. На диаграмме конденсатор Сф заряжается вблизи амплитуды выпрямленного напряжения и затем разряжается на нагрузку в течение оставшейся части периода выпрямленного напряжения. Таким образом, большую часть времени ток в нагрузке обеспечивается за счет конденсатора, а выпрямитель пополняет заряд конденсатора вблизи амплитуды выпрямленного напряжения. Если ток нагрузки равен нулю, то конденсатор будет оставаться заряженным до амплитуды выпрямленного напряжения. Ток нагрузки Iн вызывает пульсации напряжения на конденсаторе Сф на некоторую величину DU в течение периода выпрямленного напряжения. Пульсации напряжения можно рассматривать как переменное напряжение, наложенное на постоянное напряжение, равное по величине среднему значению напряжения на конденсаторе (на нагрузке). При реальных емкостях конденсатора Сф, когда пульсации напряжения на конденсаторе DU малы по сравнению со средним значением выпрямленного напряжения, интервал заряда конденсатора составляет сравнительно малую часть от периода выпрямленного напряжения. Поэтому временем заряда можно пренебречь и считать, что разряд конденсатора продолжается весь период Т выпрямленного напряжения. Тогда величина пульсаций выпрямленного напряжения определяется выражением: DU=Iн*Т/C=Iн/fC, где f- частота пульсаций выпрямленного напряжения.
|
|
|
Наличие пульсаций напряжения на конденсаторе Сф, накладывающихся на среднее значение выпрямленного напряжения, вызывает падение этого среднего значения по мере увеличения тока нагрузки Iн. Среднее значение пульсаций, если принять, что форма напряжения пульсаций близка к треугольной, будет равно половине размаха пульсаций, т.е. DU/2. Следовательно, среднее значение выходного напряжения: Uн=Um-(Iн/2fC), где Um-амплитуда напряжения питания выпрямителя.
|
|
|
У двухполупериодного выпрямителя размах пульсаций DU=Iн/2fC, а среднее значение выходного напряжения: Uн=Um-(Iн/4fC). Таким образом, у двухполупериодного выпрямителя пульсации вдвое меньше, чем у однополупериодного выпрямителя. По этой причине он применяется гораздо чаще, чем однополупериодный выпрямитель.
Задача схемы стабилизатора - получить выходное напряжение в виде прямой линии. Желательно его иметь неизменным при изменении входного напряжения и тока нагрузки.
Схема простейшего стабилизатора на стабилитроне и диаграммы его работы показаны на рис.162. Uпит - пульсирующее, постоянное по знаку напряжение. Например, это выпрямленное отфильтрованное напряжение. Для схемы можно записать уравнение: Uпит=URб+Uст; Uст=Uн. Условие нормальной работы схемы: Uст<Uпит.min. Rб -баластное сопротивление, на котором падает разница между Uпит и Uст. Наличие Rб в схеме обязательно. Выбор Rб выполняется на основе следующих уравнений:
I1=Iст+Iн;
Iн=Uст/Rн; Iн.max=Uст/Rн.min.
Для худшего случая, когда ток нагрузки равен Iн.max:
I1=Iн.max+Iст.min.
Для стабилитрона Iст.min величина заданная. Rб рассчитывается по уравнению:
Rб=URб/I1=(Uпит.min-Uст)/I1.
Отсюда получаем:
Rб=(Uпит.min-Uст)/(Iн.max+Iст.min).
В этой схеме нельзя получить ток нагрузки больше Iст.max , если этот ток меняется в широких пределах от 0 при х.х. до max. Если ток нагрузки величина постоянная, то схема стабилизатора всегда работоспособна. Однако, колебания Uпит будут приводить к изменению тока через стабилитрон и эти изменения не должны превышать диапазона Iст.min...Iст.max. В схеме стабилизатора возможно последовательное включение стабилитронов для получения нужного напряжения стабилизации Uст=Uст1+Uст2. Параллельное включение стабилитронов не применяется.
Схема триггера на биполярных транзисторах
Триггер состоит из двух ключей на транзисторах, между которыми организованы положительные обратные связи. Схема имеет два устойчивых состояния: на выходе есть напряжение - одно состояние, на выходе нет напряжения - другое состояние. Переход из одного состояния в другое осуществляется под действием управляющих импульсов. После изменения состояния на противоположное управляющие сигналы могут отсутствовать. Сохранение состояния при этом обеспечивается за счёт положительных обратных связей. Схема представлена на рис.164. При нарисовании триггерной схемы сначала рисуются два ключа и добавляются обратные связи. Обратная связь - это связь с выхода на вход.
Работа схемы. Пусть VT2 закрыт. Под действием напряжения на его коллекторе через Rб3 протекает ток, удерживающий VT1 в открытом состоянии. В то же время открытый VT1 закорачивает базовую цепь транзистора VT2 с резистором Rб4. Закрытое состояние VT2 соответствует значению выхода Q=1. Открытое состояние VT1 - 
=0. Напряжение на коллекторе закрытого транзистора (Q=1) равно:
UQ=Uп×Rб3/(RК2+Rб3) .
Для того, чтобы сменить состояние триггера на противоположное, необходимо подать сигналы на вход R или S. Входные сигналы обычно являются импульсными. Наличие напряжения на входе S (S=1) устанавливает Q=1, а наличие напряжения на входе R (R=1) устанавливает Q=0. Одновременная подача сигнала на входы S и R запрещена, т.к. триггер при этом перестаёт быть триггером (не будет противоположного состояния Q и ).
Диаграммы работы при наличии входных импульсных сигналов показаны на рис. 165. На интервале между импульсами на входах S и R триггер помнит то состояние, в которое он был установлен по этим входам, т.е. триггер - элемент памяти.
Расчет элементов схемы. Триггер в большинстве случаев является симметричной схемой, поэтому Rк1=Rк2, Rб3=Rб4 и можно рассчитывать половинку триггера. Уравнения для расчета:
Iб=Iк/(1,5¸2) h21э,
где (1.5¸2) -коэффициент насыщения;
Iк=Uп/Rк.
Сопротивления Rк1 и Rк2 обычно заданы, поэтому Iк известен, тогда
Rб=UQ/Iб.
Выражение для UQ -смотри выше.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 274; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!