18. Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель (четвертьмост)

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 КГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения. Однополупериодный выпрямитель или четверть мост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор).

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом. Недостатки: Большая величина пульсаций

Сильная нагрузка на вентиль (требуется диод с большим средним выпрямленным током) Низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора (около 0,45) (не путать с КПД, который зависит от потерь в меди и потерь в стали и в однополупериодном выпрямителе почти такой же, как и в двухполупериодном). Преимущества: Экономия на количестве вентилей.

19. Двухполупериодный выпрямитель

Может строиться по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствие нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствие нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора. Соответственно, выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, должен строиться исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора — должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой — на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети.

20.

Трехфазные выпрямители применяют как выпрямители средней н большой мощностей. Существует два основных типа выпрямителей: с нейтральным выводом и мостовой. На рис. 9.6, а изображен;', схема трехфазного выпрямителя с нейтральным выводом. В него входят: трехфазный трансформатор, обмотки которого соединены звездой, три диода, включенные в каж­дую из фаз трансформатора, и нагрузочный резистор. На рис. 9.6, а изображен;', схема трехфазного выпрямителя с нейтральным выводом. В него входят: трехфазный трансформатор, обмотки которого соединены звездой, три диода, включенные в каж­дую из фаз трансформатора, и нагрузочный резистор

Работу выпрямителя удобно рассматривать с помощью времен­ных диаграмм, представленных па рис. 9.G, б. Из рисунка видно, что диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фазных обмоток (например, а) более положителен, чем двух других (b и с). Выпрямленный ток в на­грузочном резисторе R_u создается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз: iu'-i_a-\-ib'\'i_c-

В нагрузочном токе t„ этого выпрямителя пульсации значитель­но меньше но сравнению с однофазным выпрямителем.

21. Сглаживающие фильтры

Сглаживающий фильтр — устройство для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока диодным мостом. Простейшим сглаживающим фильтром является электролитический конденсатор большой ёмкости, установленный на схеме параллельно нагрузке, соблюдая полярность конденсатора. Нередко устанавливается параллельно электролитическому конденсатору плёночный (или керамический) для переменного тока ёмкостью 0,01 микрофарады, для устранения помех сети 220. В любой схеме выпрямления на выходе выпрямленное напряжение помимо постоянной составляющей содержит переменную, называемую пульсацией напряжения. Пульсация напряжения столь значительна , что непосредственно питание нагрузки от выпрямителя, возможно, относительно редко(при зарядке аккумуляторных батарей, для питания цепей сигнализации, электродвигателей и т.д.) там, где приёмник энергии не чувствителен к переменной составляющей выпрямленного напряжения.При питании аппаратуры связи и радиоаппаратуры пульсация напряжения резко ухудшает, а чаще вообще нарушает работу радиоэлектронных устройств.Для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, т.е. для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр, который обычно состоит из реактивных сопротивлений( т.е. те которые включают в себя индуктивность и ёмкость).Данный фильтр действует как фильтр нижних частот,обрезая лишние гармоники. Переменная составляющая выпрямленного напряжения в общем случае представляет собой совокупность ряда гармоник с различными амплитудами, сдвинутых по отношению к первой на разные углы.При этом первая гармоника имеет амплитуду во много раз превосходящую амплитуды высших гармоник. В зависимости от назначения аппаратуры связи предъявляют различные требования к величине и характеру пульсации выпрямленного напряжения. Чаще всего для радиотехнической аппаратуры качество сглаживания характеризуется величиной максимально допустимой амплитуды переменной составляющей. В этом случае фильтры рассчитывают на максимальное подавление основной гармоники.

Т ипы:

Индуктивный сглаживающий фильтр

Емкостной сглаживающий фильтр

LC фильтр

RC-фильтры

2 2 Трехфазный мостовой выпрями­тель2х полупериодная схема , несмотря па то что в нем ис­пользуется в два раза больше ди­одов, по всем показателям превос­ходит рассмотренный трехфазный выпрямитель.. Данный выпрямитель содер­жит мост из шести диодов. Диоды Д1, Д2, Д5 образуют одну группу, а диоды Д2, Д4, Д6 другую. Общая точка первой группы диодов образует положительный полюс на нагрузочном резисторе R_н, а общая точка вто­рой группы -- отрицательный полюс на нем. В этом выпрямителе в каждый момент времени ток в нагрузочном резисторе и двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение. Например, в интервал времени t1-t2..(рис. 9.7, б) ток возникает в цепи диод Д1 - нагрузочный резистор Rн диод Д₄, так как к этим диодам приложено линейное напряжение и_аЬ, которое в этот интервал времени больше других линейных напряже­ний. В интервал времени t2-t3, открыты диоды Д1, Д₆, так как к ним приложено наибольшее в это время линейное напряжение и_ас, п т. д. Нетрудно видеть, что во все интервалы времени токи в на­грузочном резисторе Rн, имеют одно и то же направление. Из временных диаграмм рис. 9.7, б видно, что пульсации вы­прямленного напряжения значительно меньше, чем в трехфазном выпрямителе с нейтральным выводом.

23. В большинстве практических случаев выпрямители средней и большой мощности применяются не только для выпрямления переменного тока в постоянный, но должны позволять плавно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения Ufj. Это обусловливается необходимостью стабилизации напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей сети или тока нагрузки, а также для регулирования напряжения для управления частотой вращения двигателей постоянного тока, при зарядке аккумуляторных батарей и т.п.

24. В большинстве практических случаев выпрямители средней и большой мощности применяются не только для выпрямления переменного тока в постоянный, но должны позволять плавно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения Ufj. Это обусловливается необходимостью стабилизации напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей сети или тока нагрузки, а также для регулирования напряжения для управления частотой вращения двигателей постоянного тока, при зарядке аккумуляторных батарей и т.п.

25. Усилитель построен по схеме с общим эмиттером. На рис. 1 показана схема усилителя на транзисторе типа n-p-n. Статический режим (точка покоя) задается базовым делителем напряжения R1, R2 и суммарным сопротивлением резисторов Rос и Rэ в эмиттерной цепи, которые обеспечивают термостабилизацию тока коллектора покоя за счет отрицательной обратной связи (ОС) по постоянному току. Благодаря отрицательной ОС схема рис. 1 имеет высокую стабильность точки покоя и при изменении параметров транзистора (в первую очередь, коэффициента h21э) статический режим практически остается неизменным. Резистор Rэ зашунтирован конденсатором Сэ достаточно большой емкости для устранения влияния этого резистора на переменном токе. Другой резистор Rос является элементом ООС не только по постоянному, но и по переменному току, которая снижает коэффициент усиления до заданного значения, улучшая стабильность параметров усилительного каскада.

Разделительные конденсаторы С1 и С2 осуществляют развязку по постоянному и переменному току в цепях связи входа усилителя с источником сигнала и нагрузки с выходом усилителя. Конденсатор С1 соединяет цепь базы с источником сигнала по переменному току и в то же время изолирует вход каскада по постоянному току. Конденсатор С2 выполняет такую же функцию по отношению к выходу каскада и нагрузке. Оба конденсатора должны иметь достаточно малое сопротивление на частоте сигнала.

26. Усилители с rc -связью

Усилитель с RС-связью между каскадами (его часто называют усилителем с реостатно-емкостной связью, усилителем с емкостной связью, реостатным усилителем) обычно предназначен для предварительного усиления колебаний напряжения или тока источника сигнала до величин, которые необходимо подать на вход оконечного каскада для получения в нагрузке заданной мощности. RС-связь является распространенным видом связи между транзисторами и между электронными лампами не только в усилителях, но и в импульсных схемах.

Усилители с RС-связыо способны усиливать сигналы в широком диапазоне частот. При правильном выборе элементов схемы и введении несложной коррекции усилители с RС-связью позволяют усиливать с малыми искажениями импульсные сигналы. Усилители с RС-связью просты в конструировании и наладке, обладают стабильными характеристиками и надежны в работе, имеют малые размеры, небольшой вес и низкую стоимость. Все это обусловило широкое применение усилителей с RС-связью.

30.

Транзистор, являясь полупроводниковым прибором, изменяет свои параметры при изменении рабочей температуры. Так, при повышении температуры, усилительные свойства транзистора ухудшаются. Обусловлено это рядом причин : при повышении температуры значительно увеличивается такой параметр транзистора, как обратный ток коллектора. Увеличение обратного тока коллектора транзистора приводит к значительному увеличению коллекторного тока и к смещению рабочей точки в сторону увеличения тока. При некоторой температуре коллекторный ток транзистора возрастает до такой величины, при которой транзистор перестает реагировать на слабый входной (базовый) ток. Попросту говоря - каскад перестает быть усилительным. Для того, чтобы расширить диапазон рабочих температур, необходимо применять дополнительные меры по температурной стабилизации рабочей точки транзистора. Самым простым способом является коллекторная стабилизация рабочего тока смещения. Рассмотренная нами выше схема каскада по схеме с общим эмиттером является схемой с фиксированным током базы. Ток коллектора в данной схеме зависит от параметров конкретного экземпляра транзистора и должен устанавливаться индивидуально при помощи подбора величины резистора R1. При смене транзистора начальный (при отсутствии сигнала) ток коллектора приходится подбирать заново, так как транзисторы даже одного типа имеют очень большой разброс статического коэффициента усиления тока базы (h21 Э)

Схема коллекторной стабилизации, обладая основными недостатками схемы с общим эмиттером (подбор резистора базового смещения под конкретный экземпляр транзистора), тем не менее позволяет расширить диапазон рабочих температур каскада. Как видим, данная схема отличается подключением резистора смещения не к источнику питания, а в коллекторную цепь. Благодаря такому включению удалось значительно (за счет применения отрицательной обратной связи) расширить диапазон рабочих температур каскада. При увеличении обратного тока коллектора транзистора, увеличивается ток коллектора, что вызывает более полное открывание транзистора и уменьшение коллекторного напряжения. Уменьшение коллекторного напряжения, в свою очередь, уменьшает напряжение начального смещения транзистора, что вызывает уменьшение коллекторного тока до приемлемой величины. Таким образом - осуществляется отрицательная обратная связь, которая несколько уменьшает усиление каскада, но зато позволяет увеличить максимальную рабочую температуру.

Более качественную стабилизацию температурных параметров каскада усиления можно осуществить, если несколько усложнить схему и применить так называемую "эмиттерную" температурную стабилизацию. Данная схема, несмотря на сложность, позволяет каскаду сохранять усилительные свойства в очень широком интервале рабочих температур. Кроме того, применение данной схемы стабилизации дает возможность замены транзисторов без последующей настройки. Отдельно скажу о конденсаторе С3. Этот конденсатор служит для повышения коэффициента усиления каскада на переменном токе. Он устраняет отрицательную обратную связь каскада. Емкость этого конденсатора зависит от рабочей частоты усилителя. Для усилителя звуковых частот емкость конденсатора может колебаться от 5 до 50 микрофарад, для диапазона радиочастот - от 0,01 до 0,1 микрофарады (но его в некоторых случаях может и не быть)

31. Обратной связью называют связь между электрическими цепями, при которой часть энергии выходного сигнала передаётся на вход, т.е. из цепи с более высоком уровнем сигнала в цепи с более низким его уровнем. Обратная связь значительно влияет на свойства и характеристики усилителя, поэтому её часто вводят в усилитель (схему устройства) для изменения его свойств в нужном направление. Такая обратная связь называется внешней. Обратная связь может возникнуть и самопроизвольно, например, из-за физических особенностей усилительного элемента. Такая обратная связь называется внутренней обратной связью. Обратная связь возникающая из-за паразитных связей (емкостных, индуктивных и др.) называется паразитной.

Цепь обратной связи вместе с частью схемы усилителя, к которой она подключена, образует замкнутый контур, называемый петлёй обратной связи, рис. 4.1.

Рис. 4.1. Обратная связь в усилителе К – коэффициент усиления усилителя Β – коэффициент передачи цепи обратной связи.

При проектировании и конструировании радиоэлектронных схем принимают меры для ослабления или ликвидации внутренних и паразитных обратных связей. Если в усилителе имеется одна петля обратной связи, то связь называют однопетлёвой, если петель обратной связи несколько, связь называют многопетлёвой, рис. 4.2а и 4.2б.

Рис. 4.2. – Виды обратной связи

а) Однопетлевая

б) Двухпетлёвая с независимыми петлями.

Отметим, если в петле обратной связи, охватывающей весь усилитель, имеются петли обратной связи, охватывающие отдельные каскады или части усилителя, их называют местными петлями обратной связи.

Существуют различные способы снятия энергии с выхода схемы и подачи её на вход схемы рис. 4.3 и 4.4. Если энергию сигнала снимают с выхода схемы параллельно нагрузке, рис. 4.3а, связь называется обратной связью по напряжению (или параллельной по выходу), т.к. при этом напряжение обратной связи прямо пропорционально выходному напряжению усилителя UВЫХ.

Рис. 4.3. – Способы снятия сигнала обратной связи:

а) обратной связи по напряжению (параллельная обратная связь);

б) обратной связи по току (последовательная обратная связь);

в) смешанная (комбинированная) обратная связь

Если же сигнал обратной связи снимают с выхода последовательно с нагрузкой, рис.4.3б, связь называют обратной связью по току (или последовательной по выходу). В этом случае напряжение обратной связи прямо пропорционально току IВЫХ. В групповых усилителях многоканальных телекоммуникационных систем используется комбинация отмеченных выше способов, рис. 4.3а и 4.3б. Эта схема носит название комбинированной обратной связи по выходу, рис. 4.3в. Напряжение обратной связи в схеме 4.3в пропорционально двум составляющим: выходному напряжению UСВ.Н и выходному току UСВ.Т. Из рис. 4.3в легко видеть, что она представляет из себя мостовую схему. Обратной связью называется связь между выходными и входными цепями усилителя. Обратная связь может быть искусственной, созданной для улучшения различных свойств усилителя, а также паразитной, возникающей за счет нежелательного влияния выходных цепей усилителя на его входные цепи. Паразитная обратная связь может значительно ухудшить работу усилителя, а в некоторых случаях привести к его самовозбуждению. Свойства усилителя с обратной связью зависят от фазы напряжения, попадающего с выхода усилителя на его вход. Если в результате введения обратной связи входное напряжение уменьшается, то есть фаза выходного напряжения, попадающая с выхода усилителя на его вход, противоположна фазе входного напряжения, то такая обратная связь называется отрицательной. В противоположном случае, обратная связь будет положительной.

Недостатком применения отрицательной обратной связи следует считать:

1. Уменьшение коэффициента усиления усилителя.

2. Возможность самовозбуждения усилителя с увеличением глубины отрицательной обратной связи на некоторых частотах.