12.6. Компенсационные стабилизаторы напряжения и преобразователи постоянного тока в переменный.

Для получения высококачественной стабилизации напряжения с коэффициентом (K_U)_ст>1000 применяют компенсационные стабилизаторы.

Принцип работы компенсационного стабилизатора основан на использовании отрицательной связи, обеспечивающей постоянное значение заданной величины U_вых. Для реализации указанного принципа служат измерительный и регулируемый элементы компенсационного стабилизатора (рис. 12.12). Измерительный элемент (ИЭ) измеряет выходное напряжениеU_выхстабилизатора, сравнивает фактическое значениеU_выхсо значениемU_oопорного напряжения, формируя на этой основе сигнал рассогласования ∆U_вых. Последний воздействует на регулируемый элемент (РЭ), компенсирующий отклонение напряженияU_выхот заданного значения. В качестве источника опорного напряжения в ИЭ используют рассмотренный выше параметрический стабилизатор.

Рис. 12.12. К пояснению принципа работы компенсационных стабилизаторов напряжения

Регулируемый элемент выполняет в компенсационном стабилизаторе роль управляемого резистора и состоит из одного или нескольких транзисторов, включенных по составной схеме для повышения мощности элемента (стабилизатора). В режиме управляемого резистора РЭ (транзистор) обладает низким коэффициентом использования (мощность в нагрузке не может превышать допустимой мощности рассеяния в транзисторе). В связи с этим в мощных компенсационных стабилизаторах напряжения (тока) транзисторы РЭ используют в ключевом режиме, при котором можно обеспечить многократное повышение их коэффициента использования (по сравнению с работой транзисторов в режиме управляемого резистора).

Преобразование энергии источника постоянного тока одного напряжения в энергию постоянного или переменного тока другого напряжения широко используют в технике, например при питании обмоток электродвигателей, демодуляторов и т. п. Наиболее эффективны (по кпд и массогабаритным показателям) устройства, обеспечивающие непосредственное преобразование электрической энергии за счет применения полупроводниковых приборов в качестве бесконтактных переключателей напряжения (транзисторы) или тока (тиристоры). Действительно, если в трансформаторе одна из обмоток (первичная) выполнена в виде двух полуобмоток со средней точкой, а другая (вторичная) подключена к нагрузке, то при последовательном прерывании постоянного тока в каждой из полуобмоток можно получить в них прерывистые напряжения, сдвинутые друг относительно друга на 180°. Это обеспечит наведение переменного тока во вторичной обмотке трансформатора, что соответствует принципу работы инвертора, т. е. преобразователя постоянного тока в переменный. В свою очередь, если питать этот трансформатор (со стороны вторичной обмотки) переменным током, а к первичной обмотке подключить выпрямитель), то можно получить конвертор, преобразующий переменный ток в постоянный.

13. Основы цифровой электронной техники

13.1. Анализ логических устройств.

Общие сведеиня о цифровых электронных устройствах.Цифровые устройства широко используются в различных областях техники в связи с тем, что они обладают высокими эффективностью и помехозащищенностью, а их элементы могут быть реализованы средствами микроэлектроники. Эти устройства предназначены для обработки цифровой информации, представляемой в двоичной форме. В этом случае цифровой сигнал может принимать только два значения: логические ноль (0) и единица (1).

Понятия 1 и 0 являются условными, поскольку они отражают два состояния цифровых систем: «включено» и «выключено». При этом, если 1 представляется высоким потенциалом, а 0 — низким, то имеют положительную потенциальную логику. Соотвественно при представлении 1 низшим цотенциалом, а 0 высоким получаютотрицательную потенциальную логику. Потенциальная логика широко применяется в интегральной микроэлектронике, поскольку при ее реализации можно избежать использования трансформаторов, конденсаторов и других устройств, трудно изготавливаемых средствами микроэлектронной технологии.

Преобразование информации в цифровых устройствах осуществляется логическими или запоминающими элементами.

Логический элемент— компонент цифрового устройства, выполняющий одну или несколько простейших логических операций.

В общем случае логический элемент может иметь n входов и т выходов. Для удобства и единообразного их описания сигнал на входе обозначают буквой x, а на выходе — буквой у, снабжая их соответствующими индексами, т.е.

Запоминающий элемент— компонент цифрового устройства, обладающий способностью сохранять свое состояние при отсутствии сигнала на входе. В качестве такого элемента служит триггер.

Различают два типа цифровых устройств: комбинационные (однотактные) и последовательностные (многотактные), которые часто называют конечными автоматами.

Комбинационныминазывают цифровые устройства, в которых значения выходных сигналов определяются заданным в данный момент времени сочетанием входных воздействий. Нетрудно заметить, что в комбинационных логических устройствах отсутствуют запоминающие элементы.

Последовательностныминазывают устройства, в которых выходные сигналы зависят не только от входных воздействий в заданный момент времени, но и от их предыдущих значений. Последовательностные устройства поэтому в отличие от комбинационных содержат запоминающие элементы. Исследования последовательностных устройств — задача, существенно более сложная, чем комбинационных.

Анализ логических устройствпроводят рассматривая входные сигналы

в качестве аргументов и представляя соответствующие выходные сигналы логического устройства (ЛУ) в виде функции y_i, как показано на рис. 13.1, а.

Рис. 13.1. Логическое устройство с n входами (а) и логический элемент с двумя входами (б)

В этом случае аналитическое соотношение

устанавливает в явном виде соответствие между значением функции и всевозможными значениями комбинаций аргументов. Нетрудно заметить, что для n бинарных (принимающих только два значения) аргументов возможное число комбинаций типа «0», «1»

(13.1)

Например, при n=2 имеем четыре следующие комбинации из двух элементов: 00; 01; 10; 11. При n=3 имеем восемь комбинаций из трех элементов: 000; 001; 010; 100; 011; 101; 110; 111. Тогда для рассматриваемого устройства с одним бинарным выходом (см. рис. 13.1, а) общее число различных логических функций (вариантов) составляет

На практике для упрощения процедуры анализа сложных ЛУ их представляют в виде комбинации простейших логических элементов (ЛЭ) (рис. 13.1, б) по аналогии с элементарными звеньями в структурных схемах автоматики. Как видно, для ЛЭ с двумя входными сигналами x₁иx₂и одним выходомy_i

(13.2)

В табл. 13.1 представлены все возможные варианты логических функций для случая (13.2).

Таблица 13.1 Варианты функций y_iдля простейшего логического элемента

В случае представления ЛУ в виде комбинации ЛЭ каждому элементу приписывают одну определенную операцию над входными комбинациями

соответствующую, например, одному из столбцов табл. 22.1 для простейшего случая функции двух переменных x1,x2.