Тиристоры.

Тиристор — полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три (или более) выпрямляющих перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Различают диодные (неуправляемые) и триодные (управляемые) тиристоры. Диодный тиристор называют динистором, а триодный — тринистором.

Тринистор представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру, в которой одна из базовых областей сделана управляющей (рис. 10.16). В зависимости от того, база какого условного транзистора сделана управляющей, различают тринисторы с анодным и катодным управлением. Базовый вывод дает возможность управлять током близлежащего эмиттера. Для этого на управляющий электрод (УЭ) необходимо подать напряжение такой полярности, которая обеспечит отпирание соответствующего эмиттерного перехода. В этом случае процессы отпирания и запирания тиристора, т. е. управление его током I_н, осуществляют не за счет изменения приложенного между анодом и катодом напряжения внешнего источника (как у динистора), а за счет изменения напряжения на управляющем электроде, который является, как видно из рис. 10.16, входным электродом включенного в электрическую цепь тринистора.

Выпрямительные.

Предназначаются для выпрямления низкочастотного переменного тока, и используются в источниках питания. Под выпрямлением понимают преобразование двухполярного тока, в однополярный. Поскольку выпрямительные диоды требуют больших величин выпрямленных токов, то все они имеют большую площадь p-n-перехода, а следовательно, и большие значения J_обр и C_p-n.

Основные параметры выпрямительных диодов.

1.J_{пр ср max} - максимально допустимый средний, прямой ток. Превышение его вызывает разрушение диода от перегрева.

2.U_пр – прямое напряжение на p-n-переходе при заданном прямом токе.

3.J_обр - величина обратного тока при определённом обратном напряжении.

4.U_обр – максимально допустимое обратное напряжение после которого наступает пробой диода.

5.Предельно допустимая мощность, рассеиваемая диодом.

Трансформатор служит для понижения напряжения. Диод служит для выпрямления переменного тока.

. Усилители электрических сигналов

11.1. Общие сведения, классификация и основные характеристики усилителя. Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя.

Общие сведения Усилителем называют устройство, предназначенное для усиления входного электрического сигнала по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Для обеспечения усиления сигнала усилитель (У) должен включать нелинейный элемент, управление которым осуществляется электрическим сигналом u1(i1) входной цепи; выходную цепь усиленного сигнала u₂(i₂) и источник питания E_n

. В качестве управляемого нелинейного элемента современного усилителя используют биполярные и полевые транзисторы. К входной цепи усилителя подключают источник E_с усиливаемого сигнала, а к выходной — нагрузочное устройство с сопротивлением Z_н (рис. 11.1).

Как видно, действие усилителя (У) заключается в обеспечении условий, при которых маломощный сигнал u₁(t) управляет изменениями существенно большего выходного напряжения u₂(t) обусловленного наличием в выходной цепи более мощного источника питания E_n.

Классификация усилителей осуществляется по различным признакам их обобщенной структурной схемы, приведенной на рис. 10.1.

Рис. 11.1. Обобщенная структурная схема усилителя

По типу усиливаемой величины их делят на усилители напряжения, тока и мощности. Однако усиление сигнала по мощности наблюдается в любом усилителе в отличие от преобразователя электрического сигнала. Например, у трансформатора, преобразующего напряжение или ток, мощность на выходе всегда остается неизменной по отношению к входной мощности трансформатора. Поэтому указанная классификация для усилителей имеет несколько условный характер, выражая лишь основное целевое назначение усилителя.

По диапазону усиливаемых частот различают усилители постоянного тока, для которых характерно изменение усиливаемого сигнала с частотой, близкой или равной нулю, и усилители переменного тока, которые, в свою очередь, подразделяются на усилители низкой (звуковой) частоты (f < 30 кГц), высокой частоты (30 кГц < f < 300 МГц) и сверхвысокой частоты (f > 300 МГц).

По виду соединительных цепей (межсоединений) управляемых нелинейных элементов. Усиление, которое может быть обеспечено с помощью реального транзистора, является, как правило, недостаточным для обеспечения работы исполнительного устройства. Поэтому для получения требуемых параметров выходного сигнала используют каскадное соединение нескольких транзисторов с помощью соединительных цепей. В этом случае различают усилители с гальванической (непосредственной) связью, предусматривающей передачу сигнала как переменного, так и постоянного тока с выхода одного транзистора на вход последующего; усилители с RC-связями, когда между выходом предыдущего и входом последующего транзисторов включают резистивно-емкостную цепь, исключающую передачу сигналов постоянного тока; усилители с трансформаторной связью.

По виду нагрузки различают усилители с активной, активно-индуктивной и емкостной нагрузкой. На практике встречаются также резонансные усилители, нагрузка в которых обладает свойствами резонансного контура.

Основные характеристики усилителя. Важнейшими характеристиками усилителя являются: коэффициент усиления, полоса пропускания (диапазон рабочих частот усилителя), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, степень искажения усиленного сигнала и др.

Коэффициент усиления — отношение установившихся значений выходного и входного сигналов усилителя. В зависимости от типа усиливаемой величины различают коэффициенты усиления:

по напряжению

по току

по мощност

Полоса пропускания усилителя — диапазон рабочих частот , в пределах которого коэффициент усиления не снижается ниже

Однополупериодное выпрямление

(рис. 12.2). При заданном входным напряжении

для нечетных его полупериодов n, т. е.

выпрямленный ток в нагрузочном резисторе

(12.3)

где U_m — амплитуда входного напряжения; I_m — амплитуда выпрямленного тока.

При амплитуде выпрямленного тока

средний ток (напряжение) в нагрузочном резисторе

(12.4)

а действующий ток (напряжение) в нагрузочном резисторе

(12.5)

Максимальное обратное напряжение на диоде

Спектральный состав выпрямленного тока (результат разложения однополупериодных импульсов выпрямленного тока в ряд Фурье)

Коэффициент пульсации [см. (12.1)], равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники к среднему значению выпрямленного тока, при наличии первой гармоники

(12.6)

Как видно из выражения (12.6), однополупериодное выпрямление имеет низкую эффективность из-за пульсаций выпрямленного тока (напряжения), а потому находит ограниченное применение.

Двухполупериодное выпрямление. Для того чтобы в нагрузку поступал ток в течение обоих полуперидов входного синусоидального напряжения, применяется схема с двумя (с использованием средней точки вторичной обмотки входного трансформатора — рис. 12.3, а) или четырьмя (мостовая схема выпрямления - рис. 12.3, б) диодами.

В схеме с двумя диодами используется входной трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена в виде двух полуобмоток, со средней точкой (для подключения нагрузочного резистора R_н). К двум другим концам полуобмоток подключаются диоды VD1 и VD2, как показано на рис. `11.3, а. Диоды включены так, что ток в нагрузке в течение обоих полупериодов входного напряжения имеет одинаковый знак.

Мостовая схема выпрямления использует четыре диода, соединенных по мостовой схеме (рис. 12.3, 6), для поочередной работы противоположно расположенных диодных пар.

На рис. 12.3, в приведена одинаковая для указанных способов осциллограмма выпрямленного тока, протекающего через нагрузку R_н.

Рис. 12.3. Схема выпрямления синусоидального напряжения: двухполупериодная с использованием среднейточки вторичной обмотки трансформатора (а); мостовая (б); временная диаграмма выпрямленного тока (в)

Как видно из рисунка, закон изменения выпрямленного тока остается неизменным как для нечетных, так и для четных интервалов времени. Тогда с учетом идеализированной ВАХ диода для трансформаторной схемы (пренебрегая активным сопротивлением провода вторичной обмотки трансформатора) выпрямленный ток

Соответственно для мостовой схемы выпрямленный ток

Из приведенных выражений очевидна идентичность мгновенного тока в нагрузке для обеих нелинейных схем. Поэтому средний ток в нагрузке

(12.7)

действующий ток в нагрузке

(12.8)

Сопоставляя выражения (12.7) с (12.4) и (12.8) с (12.5), можно отметить, что при двухполупериодной схеме выпрямления средний ток вдвое, а действующий в корень из двух раз (т. е. приблизительно на 40%) превышают аналогичные показатели однополупериодной схемы выпрямления.

Максимальное обратное напряжение на диодах для трансформаторной схемы

а для мостовой схемы

где U_m — амплитуда входного напряжения в нелинейной цепи.

Следовательно, в мостовой схеме выпрямления диоды используются по обратному напряжению в более облегченном режиме. Спектральный состав выпрямленного тока или напряжения

(12.9)

Анализ (12.9) показывает, что в выпрямленном токе отсутствует первая гармоника. Поэтому низшей (основной) гармоникой тока при двухполупериодном выпрямлении является вторая гармоника

Тогда коэффициент пульсации (по второй гармонике)

Заметим, что двухполупериодное выпрямление характеризуется заметно меньшей пульсацией, чем однополупериодное, а потому находит более широкое применение на практике.