Главная страница
Навигация по странице:

  • Активний пристрій

  • Втрати в міді

  • Коефіцієнт трансформації

  • Фільтри

  • Параметричний стабілізатор

  • Компенсаційні стабілізатори

  • Cтруктурна схема компенсаційного стабілізатора

  • Стабілізатор компенсаційного типу

  • Часові діаграми

  • Призначення елементів схеми

  • Компенсаційний стабілізатор з рерулюючим виходом і кращим коефіцієнтом стабілізації

  • Динамічний режим роботи стабілізатора

  • Призначення елементів у схемі

  • Захист стабілізатора від перенавантаження за струмом

  • Мультивібратор

  • практика. Пошук еквівалентних опорів



    НазваниеПошук еквівалентних опорів
    Анкорпрактика.doc
    Дата21.12.2017
    Размер234 Kb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлапрактика.doc
    ТипДокументы
    #13465


    ТЕМА: Пошук еквівалентних опорів

    Задача1



    Дано:

    R1=R2= R3=R4=R5=R6=20Ом

    Знайти: Rекв-?

    Розв’язання:

    Схема в спрощеному вигляді:



    1. R14=R1+R4=40Ом;

    2. R36=R3+R6=40Ом;

    3. R1436=(R14*R36)/(R14+R36)=(40Ом*40Ом)/(40Ом+40Ом)=

    =1600Ом/80Ом=20Ом;

    4)Rекв=R2+R1436+R5=20Ом+20Ом+20Ом=60Ом.

    Відповідь: Rекв=60 Ом.

    Задача2

    Дано:

    R=3Ом

    Знайти: Rекв-?

    Схема в спрощеному вигляді:



    Rекв=3Ом/3=1Ом

    Задача3(д.з.)



    Дано: R1=10Ом;R2=10Ом;R3=20Ом;R4=4Ом;R5=4Ом;R6=8Ом;R7=40Ом

    Знайти:I1,I2,I3,I4,I5,I6,I7,U-?

    Розв’язання:U=I*R, U1=100B

    U=100B+25B=125B

    I7=U/R7=125B/40Ом=3,125A

    I3=5A;

    I1=I2=5/2=2,5A;

    I5=I4=6,25A;

    I6=12,5A

    Перевірка:

    ∑Iзаг=I3+I6+I7-I=3,125A+5A+12,5A-20,625A=0.


    1. Rекв123=(R1*R2*R3)/(R1*R2+R2*R3+R3*R1)


    2.Універсальне правило

    Gекв=1/Rекв=1/R1+1/R2+1/R3; Rекв=1/Gекв


    3.Частинний випадок

    Rекв=R1/n

    R1=R2=R3=…=Rn



    I=E/(Rн+rвн) створює різницю потенціалів

    Зовнішня характеристика джерела живлення – це залежність напруги навантаження від струму через це навантаження.


    α – характеризує жорсткість зовнішньої характеристики (вона не буде спадною).Чим менше α, тим жорсткіша характеристика і менший внутрішній опір.

    E=I*Rн+I*rвн, де I*Rн – Uн, I*rвн - Uвн

    Ідеальне джерело напруги (ідеально жорстка характеристика) – джерело, де напруга не змінюється із зміною навантаження.

    Ідеальне джерело струму – джерело, де незалежно від навантаження струм постійний (I-const).

    ККД(η) – відношення корисної потужності до затраченої.

    η=(Ак/Аз)*100%

    Резистор – розсіює потужність в просторі.

    Градієнт – різниця температур. Чим вищий градієнт температури, тим вища віддача експотенціальних характеристик.

    Конденсатор – пристрій-накопичувач електричних зарядів. (Дві електричнопровідні поверхні розташовані недалеко одна від одної).

    Емність конденсатора пропорційна площі пластин і оберненопропорційна відстані між ними.

    Емність залежить від властивостей діалектрика:

    1. Величини електричного пробою.

    2. Діелектричної сталої (характеризує деяку електропровідність).

    Чим більший діалектрик, тим ближче дві пластини.

    Найміцніші діалектрики: слюда, фторопласт, спеціальний папір – картон, полістерол.

    Питомий габарит – відношення габарита до ємності.

    На кожній полосі фольги накопичуються однойменні заряди.

    Хс – реактивний опір (кола змінного струму)

    Хс=1/(ωС), ω=2πƒ, ƒ=1/Т[Гц]

    ƒ – циклічна частота.

    Ω – кутова частота.

    Реактивний опір залежить:

    1. Величини ємності.

    2. Частоти.

    Основний параметр, який визначає ємність – заряд (Кл) – к-сть зарядів, що проходить через одиницю площі, величиною струму в 1А за 1с.

    С(ємність) характеризується залежністю 1Ф=1К/1В

    Ємність залежить від:

    • площі поверхні,

    • від відстані пластин з різними знаками.

    Ємність не залежить від:

    • потенціала,

    • маси матеріалу.

    С=(ε*s)/d

    s – площа;

    ε – діелектрична стала;

    d – відстань між пластинами.

    Ізолятор в конденсаторі – діелектрик.

    Основні параметри:

    • величина пробійної напруги (характеризується електричною провідністю):

    • питома провідність (характеризується струмами втрат або tgα втрат).

    Найкращий діелектрик –полістерол, за спаданням:

    • фторопласт;

    • лавсан;

    • кераміка;

    • електротехнічний папір (просочений парафіном);

    • повітря.

    Особливий клас конденсаторів: електролітичні. Вони мають дуже велику питому ємність за рахунок досить тонкого шару діелектрика між пластинами. Діелектрик у них – оксидна плівка.



    Еквівалентна схема

    Rекв=R1+R2 Cекв=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C3*C1)

    Еквівалентну ємність послідовно включених конденсаторів визначають за тими ж формулами, що й паралельні резистори.

    R1Задача



    Дано: R1=160Ом, R2=200Ом,С1=10мкФ, С2=20мкФ, С3=30мкФ, ƒ=50Гц.

    Розвязання: Хс=1/(ωС)=1/(2πƒС)

    Хс1=(1*106)/(314*10ФГц)=318Ом;

    Хс2=(1*106)/(314*20ФГц)=159Ом

    Хс3=(1*106)/(314*30ФГц)=106Ом.

    Еквівалентна величина ємнісного опору послідовно включених конденсаторів знаходиться сумуванням опорів всіх ємностей включених у коло.



    Хсе=(Хс1с2)/(Хс1с2)

    Величина еквівалентноемнісного опору розраховується за тими ж формулами, що і для паралельних резисторів.

    Індуктивність L(Гн) []

    Без індуктивності – біфілярні провкідники.

    Індуктивність залежить від:

    • довжини провідника (прямопропорційно);

    • від діаметра провідника (обернено пропорційно);

    • від довжини намотки котушки;

    • діаметра котушки і від к-сті витків котушки (прямопропорційно).

    ХL– індуктивний опір

    ХL=ωL=2πL

    L
    екв=L1+L2

    XLe=XL1+XL2

    Le=(L1*L2)/(L1+L2)

    XLe=(XL1*XL2)/

    /(XL1+XL2)
    Еквівалентні параметри, паралельне включення індуктивностей розраховують за тими ж самими формулами, що і паралельне з’єднання опорів.

    Трансформатор – прилад, який призначений для перетворення напруги змінного смтуму або напруги струму однієї величини в змінну, або напруги струму іншої величини, але однієї й тієї ж частоти.


    U1*I1=U2*I2+∆втрат - умови трансформатора

    P1 P2 5÷7%

    Активний пристрій – пристрій, в якому енергетичні параметри (вихідні) однієї величини більші від інших (вхідні).

    Пасивний пристрій – використовує струм, який подається (трансформатор). Його розміри прямо залежать від потужності, на якій він буде працювати.

    1. У скільки разів збільшується напруга, у стільки ж разів зменшується струм.

    2. Напруга в первинному циклі дорівнює напрузі у вторинному, за винятком малих втрат.

    Два види втрат:

    1. Втрати в міді.

    2. Втрати в сталі.

    Втрати в міді – втрати в провідниках, нагрівання провідників струмом, який проходить через них. Розсіювання магнітного поля в навколишнє середовище.

    Втрити в статі:

    • вихрові струми (струми Фуко),

    • гістерезис – перемагнічування – нагрівання сердечника. Запізнена зміна вихідного сигналу при зміні вхідного.

    Коефіцієнт трансформації – це відношення напруги більшої величини до напруги меншої величини.

    Ктр=W1/W2=U1/U2=I2/I1>=1

    W – к-сть витків, показує який трансформатор підвищення, а який пониження.

    Сердечник в трансформаторі потрібний для підвищення ККД перетворення за рахунок зменшення опору магнітного потоку.

    Феромагнетики мають магнітну проникливість в тисячі разів більшу проникловісті повітря, тому практично весь магнітний потік, який створюється первинною обмоткою трансформатора, замикається через ферромагнітний сердечник.

    Фільтри – електричні елементи в джерелах струму. Служать для зменшення (згладжування) амплітуди пульсації випрямленої змінної напруги.

    Часові діаграми:






    Задача



    Дано: R1=6Ом, R2=2ОМ, R3=1Ом, R4=3Ом, I1=0,6А, I2=1,2А, I3=1,2А, I4=1,8А

    Розвязання:

    P1=R1*I12=(0,6А)2*6Ом=2,16Вт;

    P2=R2*I22=(1,2А)2*2Ом=2,88Вт;

    P3=R3*I32=(1,2А)2*1Ом=1,44Вт;

    P4=R4*I42=(1,8А)2*3Ом=9,72Вт.

    Якщо в схемі мал* встановлена ємність в якості фільтра і відсутня індуктивність, то часова діаграма вихідної напруги Uн буде мати вигляд: Uн(с).

    Так як додатній напівперіод, коли діод випрямляча відкритий, ємність фільтра заряжається до амплітудного значення випрямленої напруги.

    При знятті напруги на обмотці трансформатора діод закривається, так як напруга на ємності уже починає перевищувати напругу на обмотці, Ємність починає розряжатися через Rн. Процес розрядки іде по експоненті. На наступний період процес повторюється.

    Включаємо індуктивність як показано на мал., то завдяки її властивості накопичувати магнітну енергію при протіканні через неї струму і віддавати її в паузі, проходить додаткове зменшення пульсацій напруги випрямлення.

    Робота фільтра характеризується величиною коефіцієнта пульсації

    Кп= U

    /U_

    Роботу фільтра ми можемо розглянути за еквівалентними схемами.

    Зм інний струм через індуктивність не проходить, а постійний струм – через котушку.

    Еквівалентна схема для постійного струму



    Еквівалентна схема для змінного струму

    Uв=IнRL+IнRн

    Для сталої складової напруги випрямлення опір ємності дорівнює нескінченності, а опір індуктивності – 0.

    Еквівалентна схема буде мати вигляд (а)

    Для змінної складової еквівалентна схема буде мати вигляд (б).

    При цьому ємнісний опір буде дуже малий, оскільки величину ємності вибурають якнайбільшою. Індуктивний опір значним, оскільки індуктивність стараються взяти більшої величини. Ємнісний опір включений паралельно до навантаження і через його малу величину значна частина змінної складової замкнетися. А реакривний опір індуктивності буде значно більший за навантаження і його з’єднюють послідовно до навантаження, значна частина зміннох складової на ньому зменшується.

    Жорскість зовнішньої характеристики джерела живлення з фільтром залежить від активного опору всіх елементів кола, виключаючи навантаження (опір обмотки трансформатора, опір випрямляча, опір котушки індуктивності і проводів з’єднання).

    Чим більший сумарний добуток цих складових, тим менша жорсткість.

    Параметричний стабілізатор



    Принцип роботи однофазного мостового двохпівперіодного випрямляча

    В перший півперіод полярність Uвих трансформатора вказана на (схемі**1) і часовій діаграмі. Струм протікає по колу: верхня обмотка трансформатора, - діод D2, в напрямку вказаному стрілкою, через Rб і через діод D3 повертається в джерело.

    У другому півперіоді полярність джерела змінилась на протилежну і струм почав протікати по колу: нижня обмотка трансформатор, діод D4 в напряму вказаному стрілкою, через Rн [напрямок струму R навантаження не змінився] і через діод D1 повертається в джерело.

    ВАХ стабілітрона


    Оскільки стабілітрон D5 в зворотньому напрямку, то нас цікавить зворотня гілка ВАХ, яка знаходиться в 111 квадранті.



    Uн=6B=Uст

    Iст min=3мA

    Iст max=50мA

    Iн=15мA

    Uвх=7÷10B

    1. Uвх=Uб+Uн (2-ий закон Кірхгофа)

    Uб max=Uвх max-Uн=10B-6B=4B

    1. Iб=Iн+Iст (1-ий закон Кірхгофа)

    Iб=50+15=65мA

    1. Rб=Uб/Iб=4B/(65*10-3A)=62Ом

    2. Uб min=1B

    3. Iб=1B/62Ом=16мA

    4. Iб min=Iст min+Iн=(3+15)мA=18мA

    5. Uб=Iб min*Rб=1,1B

    Uвх min=Uст+Uб min=6B+1,1B=7,1B

    Uвх=7,1÷10B

    Компенсаційні стабілізатори

    Існує два типи стабілізаторів: послідовного і паралельного типів.




    Стабілізатор послідовного типу (1)

    Uн=Uвх-Uб



    Стабілізатор паралельного типу (2)

    Спеціальне призначення

    1. В цьому стабілізаторі виконується рівність, складена за 2- им законом Кірхгофа

    Uн=Uвх-Uб

    Надлишок напруги завжди погашується на балансному резисторі, який змінює величину опору пропорційно зміні напруги на вході.

    2. Надлишок напруги погашується на балансному резисторі окільки струм через нього змінюється пропорційно зміні напруги на вході завдяки зміні величини регульованого опору включаючи паралельні навантаження.

    Стабілізатор паралельного типу застосовується дуже рідко у спеціальних схемах через свою неекономність.

    Cтруктурна схема компенсаційного стабілізатора

    РЕ – регулюючий елемент – управляючий опір, роль якого може виконувати биполярні або польові транзистори. Потужність, яка виділяється на ньому, визначається добутком струму навантаження на балансну напругу.

    Р = Ін*Uб

    ДОН – джерело опорної напруги. Виробляє опорну (еталонну) напругу з якою вирівнюється напруга на навантаженні.

    ЕВ – елемент вирівнювання. Вирівнює еталонну і реальну напруги на навантаженні. Результат вирівнювання у вигляді різниці підсилюється елементом П, який подається на РЕ.

    Задача


    Дано: Uн = 6В = Uст, Iстmin = 3мА, Iстmax = 50мА, Iн = 0÷20мА, Uвх = 10В.

    Розрахувати всі елементи схеми.

    П – підсилювач помилки. Він підсилює різницю напруг між опорною напругою на навантаженні до необхідної, регулюється в елементі, величини.


    Стабілізатор компенсаційного типу

    На схемі зображений компенсаційний стабілізатор послідовног типу з регулюючим елементом на транзисторі Т1 . Джерелом опорної напруги (Uон) є стабілізатор D3.

    В якості випрямляча застосовано однофазний двохпівперіодний випрямляч із «середньою точкою» (назва), (можна було б застосувати і мостовий випрямляч).

    Особливістю його конструкції є те, що вторинна обмотка трансформатора розділена середньою точкою а на 2 половини, причому кожна із них створює пону необхідну напругу для роботи навантаження.

    Принцип роботи:

    В І півперіод полярність на обмотках трансформатора така, як показано на схемі (послідовне включення обмоток). Струм у 1 кнтурі протікає від «+» через діод D1 , заряжає конденсатор С полярністю і повертається до «-» середньої точки а. У 2 контурі струм не протікає оскільки діод D2 включений в запірному напрямі.

    В ІІ півперіоді полярності напруг на обмотках змінюються на протилежні. В 1 контурі струм буде відсутній оскільки діод D1 включений у запірному напрямі, а в 2 контурі струм протікає від «+» через D2 і дозярадить конденсатор тією ж полярністю напруги.

    Часові діаграми:



    Переваги випрямляча:

    • 2 діоди замість чотирьох:

    • У2 рази менший спад напруг на діодах оскільки у містковому випрямлячі послідовно з навантаженням у кожному півперіоді включені 2 діоди у прямому напрямку. (Uпр(si)=0,6÷0,8В), а в цьому випадку один.

    Недолік:
    - вдвічі більше число витків вторинної обмотки (витрати міді), теплове навантаження вдвічі менше.

    Призначення елементів схеми:

    • стабілітрон D є джерелом опірного навантаження;

    • Rб створює початковий струм стабілітрона для виводу його робочої точки на лінійну ділянку характеристики;

    • дільник напруги, складається із Rб і D підключений до бази регулюючого транзистора ( РЕ) і визначає положення робочої точки.



    • Це початкове зміщення (Uбе) визначає струм кола колектор-емітер і Rн, створюючи на Rн необхідну напругу стабілізації Uвих.

    Перехід база-емітер регулюючого транзистора Т виконує роль елемента вирівнювання і підсилення (П), (коеф. підсилення по струму транзистора).

    Uoп=Uвих+Uбе (1)

    Процес стабілізації:

    Якщо Uвих змінюється на невелику величину (наприклад, в сторону збільшення), то це обовязково викличе, згідно з рівнянням (1), зменшення на таку ж величину Uбе, оскільки Uоп завжди залишається сталим.

    Зменшення Uбе призведе до зменшення базового струму транзистора, що в свою чергу приведе до відповідного зменшення струму колектора, а значить до збільшення напруги Uнас. Завдяки цьому Uвих повернеться до попереднього значення.

    Компенсаційний стабілізатор з рерулюючим виходом і кращим коефіцієнтом стабілізації

    1контур

    2 контур

    3 контур

    4 контур

    Коефіцієнт стабілізації показує у скільки разів зміни Uвих менші, від Uвх, які ці зміни викликають.

    Кст=∆Uвих/∆Uвх

    Призначення елементів схеми:

    • регулюючий елемент (РЕ) виконаний на транзисторі Т1;

    • джерело опорної напруги (ДОН) на стабілітроні D;

    • підсилювач помилки (П) на транзисторі Т2;

    • роль елемента вирівнювання (ЕВ) виконує перехід база-емітер транзистора Т2;

    • резистор R2 служить регулятором вихідної напруги;

    • резистор Rб визначає положення робочої точки струму стабілізатора на лінійній ділянці зворотньої гілки ВАХ ;

    • резистор R1 в колі з ділянкою колектор-емітер транзистора Т2 і стабілітроном D сторюють дільник напруги, який забезпечується на базі транзистора Т1 з потенціалом, що визначає положення робочої точки цього транзистора.

    Принцип роботи:

    Напруга, яка падає на стабілітроні D, повинна залишатись сталою при всіх заданих (або розрахованих) змінах (розрахованих) Uвх. Підключення Rб до ділянки кола, яка знаходиться після регулюючого елементу (РЕ), забезпечує високу стабільність положення робочої точки стабілітрона D через майже незмінну напругу на цій ділянці схеми.

    В результаті цього потенціал емітера транзистора Т2 залишається завжди сталим.

    Потенціал бази транзистора Т2 визначається положенням повзунка змінного резистора R2.

    Положення повзунка резистора R2 визначає величину різниці потенціалів між базою і емітером транзистора Т2, а значить, в кінцевому рахунку і величину струму колектора Т2.

    Струм колектора Т2 визначає величину напруги на базі регулюючого транзистора Т1, а значить, величину струму на ділянці емітер-колекрор, який визначає величину струму, що протікає через навантаження Rн.

    Динамічний режим роботи стабілізатора

    Якщо в результаті будь-яких змін відбудиться збільшення Uвх, тоді це сприятиме збільшенню напруги між базою і емітером Т2. Це призведе до привідкривання Т2, а значить до зменшення напруги на базі Т1, тобто потенціал бази Т1 по відношенню до емітера зменшиться. Це призведе до призапирання Т1, а значить, до збільшення напруги між колектором і емітером на таку величину, яка компенсує всі ці зміни.


    Призначення елементів у схемі:

    Ємність С, встановлена на вході стабілізатора, здійснює попереднє згладжування пульсуючої напруги, яка поступає на джерело живлення;

    V1 регулюючий транзистор він пропускає через себе повний Iн, на який він повинний бути розрахований, і розсіяти потужність, яка розраховується за формулою



    Pv1=Iн*Uзал,

    де Uзал=Uвх-Uвих

    Ланцюжок Rб і D створюють стабілізовану напругу (опорну) на неінвертуючому вході ОП.

    Rрег прослідковує зміни напруги на навантаженні і подає її частину на інвертуючий вхід, а також напругу, яку знімаємо з Rрег, визначає початкове зміщення (положення робочої точки) транзистора V1.

    ОП виконує роль елемента вирівнювання (вхідний диференційований каскад) і пілсилювача помилки.

    Принцип роботи:

    Якщо виникають які-небуть зміни Uвх в сторону збільшення при цьому U, яка подається на інвертуучий вхід з Rрег також збільшується, а на неінвертуючий вхід залишається сталою, то на виході ОП появляється підсилення в тисячі раз вихідної напруги зміщення ОП в сторону зниження потенціалу, що приводить до призапирання переходу БЕ V1, а значить до зменшення Iб і відповідно до збільшення опору між колектор-емітер, а значить, до збільшення Uзал точно на таку ж величину, на яку ця напруга була підвищена , тобто відбудеться компенсація цієї дії.

    При зменшенні U всі процеси проходять в зворотньому напрямку.

    R – обмежує Iб транзистора V1.

    Захист стабілізатора від перенавантаження за струмом

    Uш=Iн*Rш


    Принцип роботи:

    Оскільки Rш знаходиться в колі навантаження, то по ньому протікає повний Iн. Величина його опору розраховується таким чином, щоб при протіканні Imax через регулюючий транзистор на ньому створювалось падіння напруги достатнє для привідкривання транзистора V2.

    Транзистор V2 привідкриваючись шунтує перехід б-е транзистора V1 тим самим закриваючи його. Транзистор V1 закриваючись, відключає Iн чим захищоє навантаження і себе від пошкоджень.

    Мультивібратор


    Мультивібратор – релаксаційний генератор (виробляє електричні коливання певної частоти). Мультивібратор виробляє електроколивання прямокутної форми.

    Розглянемо симетричний мультивібратор.

    Умова: V1=V2, C1=C2, R1=R4, R2=R3.

    Принцип роботи:

    Після включення живлення через неідеальність симетрії один із транзисторів, наприклад V2, буде привідкритим трохи більше, ніж V1, це приведе до деякого зниження потенціалу на колекторі V2. Це приведе до того, що потенціал бази V1 знизиться, що в свою чергу, приводить до збільшення степеня запирання V1. Цей процес буде проходити до повного запирання V2 і запирання V1. Повне запирання транзистора V1 приведе до Umax на колекторі +Eж. Це викликає появу зарядного струму C1 по колу +Eж→R1→C1→БЕV2→I. Поява цього струму у відкритому транзисторі насичує транзистор V2 майже до повного зарядження ємності C1. Після закінчення зарядження C1 струм припиняється, він є ж струмом БЕ транзистора V2. V2 починає запиратись майже до повного запирання, при якому U на його колекторі досягає max значення ≈+Eпит.
    написать администратору сайта