Использование полупроводниковых диодов для обеспечения баланса амплитуд на примере генератора с мостом Вина. Расчетные соотношения.
1)Генератор на основе Моста Вина.
В начальный момент , когда диоды заперты , коэффициент усиления ОУ больше двух . По мере открытия диодов , уменьшается коэффициент усиления фазосдвигающей цепи, до тех пор пока не восстановится баланс амплитуд . Наименьшие искажения вносимые параллельно-встречно включаются диодами. В данной схеме в отличие от предыдущей менее сказываются в выходном сигнале , поскольку высокочастотные составляющие этих искажений сглаживаются RС цепочкой.
Структурная схема блока питания. Назначение основных элементов.
Источники питания (ИП) являются неотъемлемой частью любых устройств промышленной электроники. Как правило, это устройства, преобразующие напряжение питания сети переменного тока в стабильное напряжение постоянного тока. Типовая структурная схема источника питания представлена на рисунке. В ней используются следующие обозначения:
~ сеть – сетевое напряжение частотой 50 Гц и номинальным напряжением 220 В, следует отметить, что частота может находиться в пределах 
Гц, а напряжение 
В ( 
);
СТ– силовой трансформатор, служащий целям масштабирования переменного напряжения и гальванического разделения первичной обмотки от вторичных. Последнее условие обусловлено требованиями техники безопасности;
|
|
|
В – выпрямитель – устройство, преобразующее переменное напряжение вторичных обмоток силового трансформатора в однополярное выходное напряжение. Выпрямители выполняются с использованием свойств нелинейности полупроводниковых диодов;
СФ – сглаживающий фильтр – устройство, позволяющее получить напряжение с уменьшенным уровнем пульсаций;
СПН – стабилизатор постоянного напряжения – устройство, позволяющее получать на выходе стабильное напряжение независимо от изменения напряжения на его входе и изменения нагрузки на его выходе.
Рис.1. Структурная схема источника питания
40. Однополупериодный выпрямитель. Выбор диода. Связь между Um, U0, U. Достоинства, недостатки.
Выпрямитель – это устройство, позволяющее получать однополярное выходное напряжение при двухполярном входном.
Основные схемы выпрямителей можно разделить на однополупериодные и двухполупериодные. Входы выпрямителей подключаются ко вторичным обмоткам силового трансформатора, а выходы, как правило, к сглаживающему фильтру. На рис.1 представлена схема однополупериодного выпрямителя с использованием диода VD и временные диаграммы, поясняющие его работу.
|
|
|
Рис.1. Схема однополупериодного выпрямителя – а), временные диаграммы его работы – б)
Напряжение 
– это напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора в интервалы времени, когда верхний зажим вторичной обмотки силового трансформатора более положителен, чем нижний 
. В дальнейшем будем говорить, что на вторичной обмотке положительная полуволна. Когда диод VD находится в прямосмещенном состоянии, его проводимость высока, а сопротивление мало, и практически все напряжение подается в сопротивление нагрузки 
(рис.1б), при этом по нему протекает ток 
. Пренебрегая потерями напряжения на омическом сопротивлении вторичной обмотки трансформатора и падением напряжения на диоде, можно считать, что все напряжение прикладывается к сопротивлению нагрузки .
Когда напряжение имеет отрицательную полуволну (напряжение на верхнем зажиме вторичной обмотки более отрицательное по отношению к нижнему), диод VD переходит в состояние с низкой проводимостью, что эквивалентно разрыву цепи. Таким образом, в интервале времени 
(см. рис.1б) напряжение на нагрузке нулевое.
С качественной точки зрения всегда интересует вопрос о среднем напряжении на нагрузке 
и о среднеквадратичном напряжении на нагрузке 
.
|
|
|
, 
.
Полагая напряжение сети синусоидальным, найдем 
и 
для напряжения, выделяемого на сопротивлении нагрузки в случае однополупериодного напряжения. Пусть в интервале времени 
, а в интервале 
, тогда
,
откуда 
.
Из выражения для среднего напряжения видно, что среднее напряжение, а значит и средний ток в нагрузке, составляет 
. Поскольку ток в нагрузке протекает только в одном направлении, то и ток во вторичной обмотке силового трансформатора также протекает в одном направлении, т. е. через трансформатор протекает постоянный ток. Это является основным недостатком данного выпрямителя и ограничивает его использование только для маломощных схем (иначе трансформатор может быть замагничен). Другим недостатком является значительный уровень пульсаций выходного напряжения. К достоинствам следует отнести простоту.
41. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Выбор диодов. Связь между Unn, U0, U. Достоинства, недостатки
Выпрямитель – это устройство, позволяющее получать однополярное выходное напряжение при двухполярном входном. Основные схемы выпрямителей можно разделить на однополупериодные и двухполупериодные. Входы выпрямителей подключаются ко вторичным обмоткам силового трансформатора, а выходы, как правило, к сглаживающему фильтру. Схема выпрямителя со средней точкой и временные диаграммы, поясняющие его работу, представлены на рис. 1.
|
|
|
Рис.1. Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой – а), временные диаграммы его работы – б)
Данный выпрямитель отличается от однополупериодного тем, что требует наличия двух идентичных обмоток силового трансформатора. Обмотки включены таким образом, что когда на верхнем выводе обмотки 
положительная полуволна, на нижнем выводе обмотки 
– отрицательная (относительно общего вывода обмоток). Кроме этого, в выпрямителе используется дополнительный диод VD2. В результате схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих через половину периода на общее сопротивление нагрузки. Схема выпрямителя со средней точкой отличается от схемы однополупериодного выпрямителя тем, что через силовой трансформатор не протекает постоянный ток. Однако за это приходится платить дополнительной обмоткой и дополнительным диодом. Средний ток через обмотки и диод в два раза меньше, чем ток нагрузки, т.е. по среднему току и напряжению на нагрузке схема в два раза эффективней схемы однополупериодного выпрямителя:
; 
.
При выборе диодов нужно учитывать, что:
Основной недостаток: недоиспользование меди в трансформаторе, так как одна обмотка работает только пол периода.
Достоинство: меньше пульсации в схеме и среднее напряжение в два раза выше по сравнению с однополупериодными.
средние значения выпрямленных напряжения и тока:
, 
.
42. Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя. Выбор диода. Связь между Un, U0, U. Достоинства, недостатки.
В данной схеме требуется силовой трансформатор с одной обмоткой, но в выпрямителе используется четыре диода. Когда на вторичной обмотке силового трансформатора положительная полуволна, открыты диоды VD1, VD2 (VD3, VD4 – закрыты) и напряжение подключается к сопротивлению нагрузки (см. рис. 4б, интервал времени 
). При отрицательной полуволне на обмотке силового трансформатора открываются диоды VD3, VD4 (VD1, VD2 – закрыты) и к нагрузке прикладывается отрицательная полуволна (см. рис. 4а пунктир), но таким образом, что в нагрузке ток протекает в том же направлении, что и в предшествующий полупериод.
- условное обозначение диодного моста.
Достоинство: полное использование меди.
Недостаток: теряем 1.4 В на двух диодах.
Достоинством данного выпрямителя является наличие в силовом трансформаторе всего лишь одной обмотки, по которой протекает переменный ток. Однако в отличие от схемы со средней точкой последовательно с нагрузкой включены два полупроводниковых диода, т. е. происходит дополнительное падение напряжения на диоде, соответственно и выделение тепловой энергии.
Полученное с помощью выпрямителя однополярное напряжение непригодно для дальнейшего использования, поскольку его уровень падает до нуля. Для уменьшения провалов напряжения используют сглаживающие фильтры, призванные уменьшить уровень пульсаций выходного напряжения выпрямителя до уровня, при котором стабилизатор работает устойчиво.
средние значения выпрямленных напряжения и тока:
, 
.
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 376; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!