IIT_ekzamen

значение тока, протекающего за период, и создает на нагрузке постоянную составляющую напряжения, равную (согласно разложению функции в ряд Фурье): I0 RU =U0 = U2πmax = 0,45U2

U2 – действующее, U2 max – амплитудное,

,

Обратное напряжение: Uобр.д. =U 2 max ,Ток средний: Iср.д. = I0 . Двухполупериодный:

			2 Umax	,
	U0	=		= 0,94 , Uобр.д. = 2 U max , Iд.ср = I0 2 .
			π

Мостовой выпрямитель:

,

Напряжение U3 в положительный полупериод открывает диоды VD1 и VD3 и от тонкие к точке Впо цепи «VD1 — Rн — VD3» протекает ток нагрузки Iи=I1,3. При этом диодыVD2 и VD4 заперты.

Вотрицательный полупериод напряжениеU2 открывает диоды VD2 и VD4 Iи=I2,4 течет от точки B к точке A по цепи«VD2 — Rн — VD4», проходя по нагрузке в одном и том же направлении.

Вэтой схеме постоянные составляющие токаI0 и напряжения U0 в два раза выше, чем в однополупериодной

схеме: U0 = 2 Uπ2 max = 0,9U2 , n =U2 U1 .

Оценим обратное напряжение, приложенное, например, к диодуVD2 в положительный полупериод напряжения U2.

При открытом диодеVD1 потенциал точки A' близок к положительному потенциалу точкиА обмотки трансформатора, а ее отрицательный потенциал точки В приложен к другому выводу диодаVD2. Значит, к

диоду VD2 приложено обратное напряжение вторичной обмотки трансформатора Uобр.д. =U 2 max , т е. такое же,

как и в однополупериодной схеме.

Ток, протекающий через каждый из диодов Iд.ср = I0 2 , т.е. в два раза меньше, чем в однополупериодной

выпрямителе. Трехфазный выпрямитель:

Трехфазные выпрямители применяют при больших мощностях, так как они равномерно нагружают трехфазную сеть.

Вторичная обмотка трансформатора, соединенная звездой с нулевым проводом, подключена к нагрузке RH через три диода. Ток через каждый диод протекает в течение 1/3 периода T, когда напряжение фазной обмотки, с которой соединен диод, выше напряжения обмоток двух других фаз.

U0	=	3	3	U	2 max	=1,17U2 , Iд =	I	0	-средний ток через диод, Uобр. = 2,09 U0 .
			2 π				3

I Б ↑=> IК ↑, что вызывает увеличение

10. Стабилизаторы напряжения : определение, типы стабилизаторов . Параметрическийстабилизатор, компенсационный стабилизатор - принципиальная схема , принцип действия.

Стабилизатором напряжения называется устройство, автоматически поддерживающее напряжение на нагрузке при изменении в определенных пределах таких дестабилизирующих факторов, как напряжение первичного источника, сопротивление нагрузки, температура окружающей среды.

Существует два вида стабилизаторов— параметрические и компенсационные.

Параметрический стабилизатор

Параметрический стабилизатор поддерживающий стабильное напряжение за счет своей ВАХ.

Достоинство: Простота. Недостатки:

1)Температурная нестабильность

2)Зависимость Uстаб от тока нагрузки

3)Малая мощность IН ≈ 0,1 Iстаб .

4) Отсутствие возможности регулирования Всех этих недостатков лишен стабилизатор компенсационного типа.

Компенсационные стабилизаторы

Принцип работы компенсационного стабилизатора основан на сравнении фактического напряжения на нагрузке с эталонным и увеличении или уменьшении в зависимости от этого отклонения выходного напряжения.

Эталонное напряжение формируется источником опорного напряжения ИОН. В сравнивающем элементе СЭ происходит сравнение напряжения на нагрузке с эталонным и выработка управляющего сигнала рассогласования. Этот сигнал усиливается усилителем У и подается на регулирующий элемент РЭ, который обеспечивает такое изменение выходного напряжения, которое приводит к приближению фактического напряжения на нагрузке к эталонному значению.

Основным параметром стабилизатора являетсякоэффициент стабилизации — отношение относительного изменения

напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе:

К	СТ	=	∆U ВХ	U ВХ	,
			∆U ВЫХ
				U ВЫХ

Вкачестве ИОНа обычно используют параметрический стабилизатор на базе стабилитрона. Температурный коэффициент напряжения ТКН = ∆∆UT .

Вкачестве дополнительной меры для компенсации положительный ТКН последовательно с ним включают такой же стабилитрон только в прямом направлении.

Принципиальная схема простейшего стабилитрона напряжения (линейного некомпенсационного).

Эмиттерный повторитель (с общим коллектором).

IK = β IБ , U ВЫХ =UСТ −UЭБ ,

Представим, что UВЫХ по какой-то причине (так как нагрузка увеличивается) вызывает более глубокое открывание канала. Увеличение напряжения UЭБ =>

UВЫХ .

Если увеличивается UВЫХ , уменьшается разность потенциалов UЭБ , I Б ↓, IК ↓, U ВЫХ ↓.

Компенсационный линейный стабилизатор напряжения на ОУ.

Схема состоит из парметрического стабилизатора Rбал, VD1, регулирующего элемента VT1, сравнивающего устройства и усилителя А1 работает схема, как часть обратного (выходного) напряжения снимается с R2 и подается на инверсный вход А1. Образцовое напряжение подается на прямой вход А1. усиленная разность напряжений с выхода А1 подается на базуVT1 для регулирования напряжения в нагрузке.

11. Импульсный стабилизатор напряжения: структурная схема ,принцип действия,достоинства и недостатки .

В импульсных стабилизаторах напряжения регулируемый элемент работает в ключевом режиме, т.е.транзистор, через который течет ток в нагрузку, периодически открывается и закрывается, т.е. работает в ключевом режиме.Регулирование осуществляется путем изменения отношения длительности открытого транзистора к величине периода повторения импульсов.

U ВЫХ = Tτ U ВХ , где τ -длительность замкнутого ключа (импульса). время открытого транзистора.

Т – период следования импульса.

Поскольку регулирование осуществляется путем изменения ширины импульсовt, этот принцип работы получил название широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Структурная схема импульсного стабилизатора напряжения. VD – заперт. ГПН – генератор пилообразного напряжения.

На участке t1, t3 энергия запасается в дросселе величина противо ЭДС уменьшается и в момент времени t2, U ВХ =U L +UC , U ВХ −U ДР =UC сравнивается с напряжением в конденсаторе в нагрузку потечет ток из

входного источника разряд С прекращается иUC прекращает расти, в момент времениt3 транзистор закрывается UП=0, диод VD открывается и ЭДС препятствующая уменьшению тока дросселя прикладывается к нагрузке до времениt4 заряжает конденсатор. на участкеt4, t5 в нагрузку течет ток разряда конденсатора. После t5 процесс повторяется.

Преимущества импульсных стабилизаторов:

1)Высокий КПД

2)Малые габариты Недостатки:

Вимпульсных стабилизаторах помехи.

Электронныеизмерительныеприборы

12. Аналоговые электронные вольтметры постоянного тока: структурная схема, принцип действия

основных частей, характеристики

Электронные вольтметры постоянного тока – это измерительный прибор, состоящий из входного устройства, электронного усилителя постоянного тока и магнитоэлектрического прибора и преобразователя.

Электронные вольтметры постоянного тока по сравнению с магнитоэлектрическими вольтметрами имеют очень большое входное сопротивление (порядка 5—10 МОм) и высокую чувствительность. Значение входного сопротивления неизменно при переключении пределов измерения.

Структурная схема:

Вольтметр состоит из входного устройства — высокоомного резистивного делителя напряжения; электронного

преобразователя — усилителя постоянного тока; электромеханического преобразователя — магнитоэлектрического измерителя.

Усилитель постоянного тока служит для повышения чувствительности вольтметра, является усилителем мощности, необходимым для приведения в действие магнитоэлектрического измерителя. Он должен обладать высокой линейностью амплитудной характеристики, постоянством коэффициента усиления, малым дрейфом нуля.

Достоинства: Большое входное сопротивление, Высокая чувствительность, Малая инерционность Способность выдерживать большие перегрузки.

Недостатки: Постоянное напряжение.

13. Электронные вольтметры переменного напряжения: классификация, параметры из меряемого переменного напряжения, структурные схемы

Классификация По измеряемому параметру:

1)Пиковые (амплитудные)

2)Средневыпрямленных значений

3)Среднеквадратичных значений По частотному диапазону:

1)Низкочастотные НЧ

2)Высокочастотные ВЧ

3)Сверхвысокочастотные СВЧ

4)Широкополостные ШП

По схеме входа:

1)с закрытым входом

2)с открытым входом Различие по отношению к постоянной составляющей.

Параметры переменного напряжения:

1)Эпюры напряжений

Максимальное отклонение от нулевого значения называется амплитудой напряжения.

2)Иногда требуется измерить среднее значение.

Среднее значение за время измерения (или за период) — постоянная составляющая напряжения:

UСР = 1 T∫U (t)dt - постоянная составляющая сигнала.

Т0

3)Средневыпрямленное значение— это среднее значение модуля напряжения:

UСР.В = Т1 T∫U (t)dt

0

4) Среднеквадратическое значение напряжения за время измерения (или за период)

			1	T
	UСР.КВ =			∫0 U 2 (t)dt .
			Т

Для измерения соответствующего параметра переменного напряжения необходимо использовать соответствующие ему преобразования либо: пиковых, средневыпрямленных, среднеквадратичных значений.

Структурные схемы электронных вольтметров:

Принцип действия вольтметра, построенного по схеме на рис. а, заключается в преобразовании напряжения переменою тока в напряжение постоянного тока, которое измеряется стрелочным электроизмерительным прибором. Такие приборы пригодны лишь для измерения напряжений значительной амплитуды (их используют для контроля напряжения в низкочастотных и высокочастотных измерительных генераторах, модуляторах мощных генераторов и т. п.), так как для измерения малых напряжений они недостаточно чувствительны. Поэтому в подобных случаях применяют вольтметры, у которых после преобразователя (б) либо до него (в) дополнительно включен усилитель.

1) Вольтметр напряжения без усилителя (а)

Достоинства: Большой частотный диапазон 20 Гц-700 МГц. Недостаток: Низкая чувствительность.

2) С усилителем постоянного тока (б)

Достоинства и недостатки аналогичные что и без усилителя. 3) С усилителем переменного тока (в)

Недостаток: Частотный диапазон 10 Гц-10 МГц. Достоинства: Высокая чувствительность

4)Универсальный вольтметр Такой универсальный вольтметр служит для измерения напряжений как переменного, так и постоянного тока.

14. Виды преобразователей переменного напряжения: пиковый, средневыпрямленных и среднеквадратичных значений. Формулы преобразования

1) Преобразователь пиковый (амплитудный)

Преобразователи пикового значения. Особенность преобразователя этого вида заключается в том, что напряжение на его выходе непосредственно соответствует пиковому (амплитудному) значению напряжения, поданного на вход преобразователя. Он должен содержать элемент, запоминающий пиковое значение напряжения. Обычно это конденсатор, заряжаемый через диод до пикового значении.

-с закрытым входом

-с открытым входом

Соткрытым входом:

Рассмотрим работу пикового преобразователя с открытым входом в случае, когда к нему подводится синусоидальное напряжение U= Umsinωt; равенство нулю начальной фазы не нарушает общности рассуждений. В начальный момент напряжение приложено к диоду почти целиком, поскольку

емкость конденсатора С (обычно порядка десятков тысяч пикофарад) значительно больше емкости анод— катод диода. При первой положительной полуволне в цепи диода возникает большой импульс тока, заряжающего конденсатор, но в течение одного полупериода конденсатор полностью зарядиться не успевает. За время отрицательной полуволны конденсатор несколько разряжается, но так как значение постоянной времени цепи -разряда τр намного больше периода Т=2π/ω > напряжения U, то заряд уменьшается незначительно.

τзаряда <<τ разряда

С закрытым входом:

На входе стоит конденсатор

Теперь рассмотрим работу пикового преобразователя с закрытым входом в предположении, что к нему подведено синусоидальное напряжение U=Umsinωt.

В течение нескольких положительных полупериодов действия напряжения U конденсатор С заряжается через диод почти до значения Um. Сопротивление резистора R велико, следовательно,

велико и значение постоянной времени цепи разряда, поэтому напряжение Uc изменяется весьма мало. С некоторым приближением в установившемся режиме его можно считать постоянным. Это позволяет рассматривать заряженный конденсатор С как источник постоянного напряжения Uc ≈Um.

Когда отрицательная полуволна, диод открывает, конденсатор зарядился -/+. Когда положительная полуволна, прикладывается на вход +/-.

U ВЫХ ≈ 2U m .

Амплитудный детектор (или амплитудный преобразователь).

Подается на инвертирующий вход. Положительная полуволна – диод VD1 открывается.

Отрицательная полуволна на выходе инвертирующего усилителя.

Обратной связи не будет плюс пройдёт через R2. К = −	zСВ	= −	R2	.
	R		R
1		1
2) Преобразователь средневыпрямленный.

Преобразователь средневыпрямленного значения. Это преобразователь напряжения переменного тока в постоянный ток, значение которого пропорционально средневыпрямленному значению напряжения на входе преобразователя. Часто подобный преобразователь представляет собой двухполупериодный выпрямитель, сочетаемый с магнитоэлектрическим усредняющим прибором. Наиболее распространены мостовые схемы.

На вход подается переменное напряжение. Средневыпрямленное значение— это среднее значение модуля

напряжения: UСР.В = Т1 T∫U (t)dt

0

Построечный (когда жалко диодов).

3) Преобразователь среднеквадратичных значений.

На выходе надо получить постоянное напряжение.

Нагреваем переменным напряжением левое плечо и ждет, чтобы после интегратора тоже нагрелось.

Постоянное напряжение должно выделить столько теплоты, сколько оно выделило на переменном напряжении. Измеряемое напряжение нагревает VT, ток базы увеличивается, ток коллектора увеличивается, создается разность потенциалов подается на интегратор и подалось на резистор R4

			1	T
	нагревается. UСР.КВ =			∫0	U 2 (t)dt
			Т

15. Электронный осциллограф: назначение, характеристики, принцип действия структурная схема осциллографа. ЭЛТ, ЖКматрица.

Основным и наиболее широко применяемым прибором для исследования формы напряжения служит электронный осциллограф — прибор для визуального наблюдения электрических сигналов, а также

измерения их параметров с использованием средства отображения формы сигналов.

Все осциллографы делятся на 2 части: аналоговые и цифровые.

Аналоговый электронно-лучевой осциллограф,

выполняемый на основе электронно-лучевой трубки

(ЭЛТ).

1 – Катод, источник электронов

2 – Модулятор или управляющий электрод, регулирует количество вылетевших электронов.

3 – Первый анод, ускоряет электроны и фокусирует их в пучок.

4 – Второй анод. в совокупности ( 3 и 4) – электростатическая линза.

5– Вертикально-отклоняющие пластины (у-пластины).

6– Горизонтально-отклоняющие пластины (х-пластины).

7– Экран, прозрачная пластина покрытая люминафором.

8– Аквадаг, собирает использованные электроны.

9– Накал.

Структурная схема аналогового осциллографа.

-Канал вертикального отклонения.

-Канал горизонтального отклонения.

Линия задержки, задерживает исследуемый сигнал на какое то время.

УВО – усилитель вертикального отклонения, сделает сигнал до нужной величины. Для внутренней синхронизации.

Три вида синхронизации:

1 – Внутренняя синхронизация, напряжение исследуемого сигнала.

2 – Внешняя синхронизация – от другого источника.

3 – От сети, привязка к питающей сети. 50 Гц подается на схему синхронизации.

Характеристики осциллографов.

1) Чувствительность ε = НU((смВ)) .

2) Диапазон частот ∆F = FB .

FH

3)Входное сопротивление ZВХ.

4)Количество каналов

5)Точность воспроизведения (4 класса). 1-3%, 2-5%, 3-10%, 4-12%.

16.Развертки осциллографа: получение осциллограмм синусоидального и импульсного сигналов.

Разверткой называется линия на экране осциллографа, которую вычерчивает луч при отсутствии сигнала. Чаще всего используется линейная развертка (луч проходит прямолинейно с одинаковой скоростью весь экран).

Развертка бывает:

1)Однократная, 2) Непрерывная, 3) Ждущая Для воспроизведения на экране формы кривой исследуемого напряжения к горизонтально отклоняющим

пластинам подводят линейно нарастающее напряжение, называемое непрерывной линейной разверткой, а вызывающее периодически повторяющееся равномерное движение луча по горизонтали слева направо и быстрый его возврат справа налево.

Устойчивое изображение получается только при условии Тр(развёртки)=n*Тс(сигнала)..

б) ТР1=3τ, в) ТР1=2τ.

осциллограмы импульсных сигналов большой скважности или единичных сигналов. Скважность n = Tτ - отношение периода к длительности импульса.

Ждущая линейная развертка позволяет осциллографировать кратковременные импульсы большой скважности и случайные непериодические случайные сигналы.

17. Электронный цифровой осциллограф: назначение, принцип действия ЖК и газоразрядной панели, структурная схемацифрового осциллографа, его принцип действия.

Цифровой осциллограф.

Устройство отображения (экраны) чаще всего бывают 2 видов: 1)газоразрядные

2)ЖК –жидкокристаллические

Устройство газоразрядной матричной панели. 1 – пластина из проводящего материала (стекло) 2 – стеклянная пластина, нанесены металлизированные контакты (аноды, они полупрозрачны)

3 – ячейки с газом (черно-неоновая смесь) Соединим 3 пластины.

Если к 2 (+Е) к 3(-Е), то будет ионизация =>

святится.

Изменяя позиционный код на аноде или катоде можно менять изображение на осциллографе. Будет святится тот элемент который мы выбрали.

Устройство отображения ЖК матрицы. Рассмотрим один пиксель

1 – поляризационный фильтр (горизонтальный)

2 – поляризационный фильтр (вертикальный)

Внутри находятся частицы жидких металлов ориентированные винтовым образом (из горизонтального в вертикальное)Молекулы ориентированы вдоль поля.

Устройство цифрового осциллографа.

В цифровом осциллографе осуществляется полная цифровая обработка сигналов отображения на матричных (ЖК или газоразрядных) индикаторов.

Структура цифрового осциллографа.

Входной сигнал поступает на входное устройство, после поступает на АЦП (в строго определенном времени подменяет сигнал выборкой, заменяет сигнал). Потом АЦП с помощью процессора складывает ячейки в ОЗУ (выборки сигнала в определённое время). Есть таймер который записывает в ОЗУ. Экран это матрица. При отображении значения входного

сигнала получается с помощью процессора в позиционный код. В итоге получаем святящуюся точку на экране.

Принцип действия:

Для воспроизведения формы исследуемого сигнала на экране осциллографа используется его развертка во времени.

Элементы цифровой техники

18. Понятие электронных логических схем и логических элементов. Логические элементы "НЕ", "ИЛИ", "И": обозначения, схемы, таблицы истинности.

ЭЛС называют такую схему в которой выходной сигнал связан с входными сигналами по закону алгебры логики.

Логической функцией называется функция нескольких переменных y = f (x1 , x2 , x3 , , xn )

когда сама функция и независимые переменные могут принимать только два значения: 0 либо 1. Иногда вместо x1, x2 , x3 , , xn . Логическими элементами называют электронные схемы способные выполнять

простейшие логические операции. Логические элементы:

1) Инвертор (операция «НЕ»).

Логический элемент НЕ называют инвертором, так как он инвертирует логическую

величину А в А. Если А = 1, то А=0; если А = 0, то А=1. Функция инверсии на рис. 14.21, а обозначена кружком на выходе схемы. Этот кружок можно перенести и на вход схемы. Но это справедливо только для схемы инвертора. Инверсия, выполненная дважды, восстанавливает первоначальную величину.

Временная диаграмма:

Обозначение: Функция: y = x .