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 = Рас = 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).

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 = х12]


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: 113;