РГР по электротехнике_4448

Рис. 5.4

2.2.Подать на вход собранной схемы (гнёзда 2, 1) синусоидальный сигнал с генератора низкочастотных сигналов. Установить на входе усилителя (гнёзда 4, 3) сигнал амплитудой 1 В и частотой 500 Гц. Зарисовать форму сигнала на входе усилителя.

2.3.Зарисовать форму выходного сигнала (гнёзда 6 и 3). Измерить амплитуду сигнала на выходе усилителя. Определить коэффициент усиления Кu.

2.4.Собрать схему повторителя напряжения. Подать на вход собранной схемы синусоидальный сигнал. Зарисовать форму сигнала на входе и выходе повторителя. Сделать вывод о правильности реализации поставленной задачи.

3.Исследовать дифференциатор.

3.1.Собрать схему дифференциатора (рис. 5.5), подать на вход схемы с генератора низкочастотных сигналов сигнал прямоугольной формы амплитудой 1 В и частотой 200 Гц. Зарисовать форму сигналов на входе и выходе дифференциатора.

3.2.Определить граничную частоту входного сигнала, при которой дифференцирование выполняется без существенной ошибки.

3.3.* Подать на вход дифференциатора сигнал в виде положительной полуволны синусоидального напряжения амплитудой 1 В, частотой 200 Гц. Изобразить осциллограмму выходного напряжения, объяснить ее вид.

4.Исследовать интегратор.

4.1.Собрать интегратор (рис. 5.6), установить R4 = Rmax, подать на вход схемы с генератора низкочастотных сигналов сигнал прямоугольной формы амплитудой 5 В и частотой 400 Гц. Зарисовать форму сигналов на входе и выходе интегратора.

51

Рис. 5.5

Рис. 5.6

4.2. Определить граничную частоту входного сигнала, при которой интегрирование выполняется без существенной ошибки. Зарисовать форму выходного сигнала интегратора при частоте входного сигнала, меньшей граничного значения.

4.3.* Подать на вход интегратора сигнал в виде положительной полуволны синусоидального напряжения амплитудой 3 В, частотой 400 Гц. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения и объяснить ее вид.

52

Методические указания

1.Линейными устройствами на основе ОУ называются устройства, реализующие линейные математические операции (сложение, умножение на постоянный коэффициент, дифференцирование, интегрирование) над входными сигналами. Реализацию конкретной операции определяет тип обратной связи, используемой в устройстве.

2.Обратные связи – это цепи, связывающие выход устройства с входом. Различают: положительные (сигнал обратной связи (СОС) суммируется со входным) и отрицательные (СОС вычитается из входного) обратные связи; по току (СОС пропорционален выходному току)

инапряжению (СОС пропорционален выходному напряжению); последовательные (цепи обратной связи включаются последовательно с входными цепями устройства) и параллельные (цепи обратной связи включаются параллельно входным); гибкими (СОС зависит от частоты выходного сигнала) или жесткими (СОС не зависит от частоты выходного сигнала) и т. д.

3.В исследуемых линейных устройствах связь между входным и выходным напряжениями определяется параметрами входной цепи (Z1) и цепи обратной связи (Z2) (рис. 5.7).

Рис. 5.7

В усилительных устройствах сопротивления Z1 и Z2 имеют чисто активный характер.

Выходное напряжение инвертирующего усилителя uвых RR12 uвх1

53

неинвертирующего усилителя

u		1	R2	u
вых			R1		вх2

В повторителе напряжения Z2 = 0, а в качестве Z1 используется резистор с большим сопротивлением (R1 → ∞), при этом Uвых = Uвх2.

В дифференцирующем устройстве во входной цепи включается конденсатор, а в цепи обратной связи – резистор. Выходное напряже-

ние дифференциатора Uвых R2С1 dUdtвх1 .

В схеме интегратора во входной цепи включается резистор, в цепи обратной связи – конденсатор. При этом выходное напряжение инте-

гратора Uвых 1 Uвхdt .

12

4.Дифференцирование выполняется без существенной погрешности, если длительность выходного сигнала составляет не более десятой доли полупериода входного сигнала.

5.Считают, что интегрирование выполняется без существеннойR С

ошибки, если выходной сигнал сохраняет линейность на отрезках времени, соответствующих постоянному сигналу на входе.

Программа домашней подготовки

1. По учебным пособиям и конспекту лекций изучите разделы: «Усилители постоянного тока», «Операционный усилитель», «Линейные устройства на основе ОУ», «Обратные связи».

2. Сделайте заготовку отчета к лабораторной работе.

Контрольные вопросы

1.Объясните работу симметричного дифференциального усилительного каскада.

2.Почему в схемах ОУ используются усилители постоянного тока?

3.Изобразите амплитудную характеристику ОУ. Напряжение смещения ОУ.

4.Что такое обратная связь? Какие обратные связи Вы знаете? Приведите примеры использования обратных связей.

5.Как изменится коэффициент усиления инвертирующего усилителя при коротком замыкании и обрыве цепи обратной связи?

54

6.Как изменится коэффициент усиления неинвертирующего усилителя при коротком замыкании и обрыве цепи обратной связи?

7.Чем отличаются цепи обратной связи ОУ, выполняющего функции умножения, интегрирования и дифференцирования?

8.Составить схему линейного устройства на ОУ, выполняющего функцию перемножения переменной величины на постоянную К.

9.Составить схему линейного устройства на ОУ, выполняющего функцию сложения двух величин.

Лабораторная работа № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОПОЛУПЕРИОДНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Цель работы

1.Исследование работы управляемого выпрямителя при активной

иактивно-индуктивной нагрузках.

2.Ознакомление с устройством и работой системы импульсонофазового управления (СИФУ) тиристорами.

Объект и средства исследования

Исследуется однофазный однополупериодный выпрямитель, собранный на оптронном тиристоре ТО-6,3-4. Управление моментом открывания тиристора осуществляется системой импульсно-фазового управления (рис. 6.1). Собранный на операционном усилителе А1 интегратор совместно с разрядным ключом на транзисторе VT1 образует генератор пилообразного напряжения. Выходной импульс генератора uи синхронизируется с напряжением питания силовой цепи тиристора u~, напряжением синхронизации u~с.

Нуль-орган системы управления собран на операционном усилителе А2. На вход усилителя подаются напряжение интегратора и напряжение управления uу, величина которого регулируется резистором R7. Емкость C2 с резисторами R8 и R9 образует цепь дифференцирования выходного сигнала нуль-органа. На транзисторе VT2 собран ключ, при

55

открывании которого через светодиод тиристора протекает ток. Возникающий при этом световой поток открывает оптронный тиристор. Нагрузочное сопротивление выпрямителя подключено к гнездам 7 и 8. В качестве нагрузки активного характера используется резистор Rн.

Рис. 6.1

Питание выпрямителя осуществляется от однофазного источника напряжения 220 В, частоты 50 Гц.

Для измерения напряжения в работе используется электронный комбинированный прибор. Величина угла отпирания тиристора и форма импульсов определяются с помощью осциллографа.

Рабочее задание

1.Исследовать работу системы импульсно-фазового управления.

1.1.Установить резистором R7 напряжение управления uу (гнёзда 3 и 0), равное 1 В.

1.2.Зарисовать осциллограммы: напряжения синхронизации u~c (гнёзда 1 и 0); напряжения на выходе интегратора uи (гнёзда 2 и 0); выходного напряжения нуль-органа (гнёзда 4 и 0); напряжений на тиристоре (гнёзда 7 и 6) и на нагрузке (гнёзда 8 и 7).

1.3.Установить напряжение управления uу равное 2В. Повторить задание 1.3.

1.4.Снять зависимость угла открывания тиристора от величины напряжения управления u у. Угол открывания определять по осцилло-

56

грамме напряжения на тиристоре или нагрузке. Изобразить график полученной зависимости f (uу) .

2.Исследовать управляемый выпрямитель.

2.1.Для активной нагрузки выпрямителя снять зависимость меж-

н=

=f (uу).

2.2.Используя зависимость f (uу) , построить график зависи-ду напряжением на нагрузке и величиной напряжения управления u

мости uн f ( ).

Методические указания

1. Обобщенная схема фазосдвигающего устройства СИФУ приведена на рис. 6.2. На рис. 6.3 показан диаграммы напряжений, поясняющие ее работу. Фазосдвигающее устройство СИФУ содержит интегратор А1, реализуемый на базе операционного усилителя, и нульорган А2, вырабатывающий командный сигнал альфа на включение тиристора в момент равенства нулю алгебраической суммы сигналов uу и uи на его входе. Возврат интегратора в исходное состояние осуществляется замыканием ключа В. Момент замыкания ключа определяется напряжением синхронизации от устройства синхронизации УС.

Рис. 6.2

Замыкание ключа В, а следовательно, разряд емкости происходит в момент времени, соответствующий равенству нулю мгновенного зна-

чения синхронизацииuс .

57

После замыкания ключа напряжение интегратора uи (рис. 6.3) изменяется линейно (крутизна линейного участка напряжения uи определяется значением опорного напряжения uоп) до следующего замыкания ключа. Напряжение uи подается на один из входов нуль-органа, на другой – сигналы управления uу . При равенстве мгновенных зна-

чений uи и uу напряжение нуль-органа u изменяет свое состояние

на противоположное (рис. 6.3, в), что является сигналом на включение тиристора.

u

u

uc

0

t

а

u

uу uи

0

t

б

u

uα

0

t

в

Рис. 6.3

58

Угол открывания тиристора определяется по осциллограмме напряжения на тиристоре ( uт ) или напряжения на нагрузке ( uн ) (рис. 6.4).

u			u
					uн
	uТ
0	α	t	0	180° – α	t

Рис. 6.4

Программа домашней подготовки

1.По учебным пособиям и конспекту лекций изучить тему «Тиристоры».

2.Заготовить бланк протокола с необходимыми схемами и табли-

цами.

Контрольные вопросы

1.В чем состоит различие между диодом и тиристором? Что является общим для этих приборов?

2.Какова структура тиристора? Какими параметрами характеризуется тиристор?

3.Как происходит включение и выключение тиристора?

4.Объяснить работу системы импульсно-фазового управления тиристором.

5.Как изменяется средняя величина выходного напряжения тиристорного выпрямителя, если при неизменном напряжении управления:

а) увеличить емкость конденсатора в генераторе пилообразного напряжения;

б) увеличить величину опорного напряжения на входе интеграто-

ра?

59

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Белов Н.В. Электротехника и основы электроники / Н.В. Белов, Ю.С. Волков. – М.: Изд-во Лань, 2011.

2.Волынский Б.А. Электротехника / Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Ша-

терников. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

3.Григораш О.В. Электротехника и электроника: учебник для вузов / О.В. Григораш. – Гриф УМО. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 462 с.

4.Катаенко Ю.К. Электротехника: учеб. пособие / Ю.А. Катаенко. – М.: Дашков и К; Ростов на Дону, академцентр, 2010. – 287с.

5.Борисов Ю.М. Электротехника / Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

6.Касаткин А.С. Электротехника / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

7.Новожилов О.П. Электротехника и электроника / О.П. Новожилов. – М.: Изд-во Юрайт, 2012.

8.Электротехника / Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1996.

9.Электротехника и электроника. Кн. 1–3 / Под ред. В.Г. Герасимова. –

М.: Энергоатомиздат, 1996.

10. Сборник задач по основам электротехники и электроники / Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1983.

60