12 Лекция (1). 12. Дифференциалдаушы жне интегралдаушы тізбектер
 Скачать 346 Kb.
|
|
12. Дифференциалдаушы және интегралдаушы тізбектер Электрлік тізбекте ұзақ әсер ету нәтижесінде тұрақты және синусоидалық ток пайда болады. Бірақ кейбір жағдайларда реактивті элементтерді өшіріп қосумен байланысты тұрақталмаған процестер пайда болады. Электрлік тізбекте бір күйден екінші күйге ауысқанда электромагниттік процестерді ауыспалы деп атайды. Ауыспалы процестер функцияға кері әсер ететін ток көзі өшіріп қосылғанда, олардың жұмысының басында немесе соңында пайда болуы мүмкін. Бірақ ерекше жағдайларда бұл процестер керек болып қалады. Мысалы, электрлік импульстерді интегралдау немесе дифференциалдауды жүзеге асырғанда, автоматтық және робототехникалық құрылғыларда кең қолданылады. 12.1. Дифференциалдаушы тізбек Егер конденсаторды ток көзіне қосатын болсақ, конденсатор зарядының тогы  мен ондағы кернеудің өзгерісі  арасында мынадай тәуелдік пайда болады: (1)яғни конденсатор арқылы ток оның сыйымдылығына және кернеудің өзгеру жылдамдығына пропорционал болады. Жылдам өзгеретін токты бақылау және өлшеу техникалық сипаттағы қиындықтарды туғызады. Сол себепті конденсатормен тізбектей R резисторды қосады (1а – сурет).  1а-сурет. Дифференциалдаушы RC-тізбек Енді тізіле қосылған СR-тізбегін қарастырайық. Кіріс сигналын конденсаторға беріп, шығыс сигналын резистордан аламыз. Сонда резистор арқылы өткен ток онда  кернеуін туғызады және ол конденсатор арқылы өткен токпен сәйкес келеді. Резистор арқылы өткен токты электрондық осцилографпен оңай өлшеуге болады.Тізіле қосылған R және C элементтері үшін келесі теңдеуді құруға болады:  немесе  (2)(1) теңдеуге өрнегін қойып мынаны табуға болады. (3)Онда R резистордағы түсу кернеуін, яғни зерттелетін тізбектің шығыс кернеуін (3) теңдеудің екі жағында R-ге көбейту арқылы алуға болады:  . (4)Сонымен,  шығыс кернеуі (4)-теңдеудің екінші қосылғышымен анықталатын қандайда бір қателігі бар  кіріс кернеуінің туындысы болып табылады. Егер кіріс кернеуі тұрақты жылдамдықпен өзгерсе, яғни  , онда  . Бұл жағдайда  және RC- тізбегі дәл дифференциалдау операциясын жүзеге асырады: (5)мұндағы  өлшем бірлігі уақыттың өлшем бірлігіндей және тізбектің уақыттық тұрақтысы деп аталады. Егер  болса, дифференциалдау қателігі туындайды. Дифференциалдау қателігін азайту үшін  тізбектің уақыттық тұрақтысын кеміту қажет, бірақ та бұл кезде -нің абсолют шамасы да азайып кетеді. Дегенмен  мен  азайған сайын дифференциалдау дәлдігі жоғары болады. Дәл осындай процестер 1 суретте көрсетілген. Егер тізбектің кірісіне трапеция тәрізді импульстер берілетін болса,онда шығысында кіріс сигналының фронты мен қимасына сәйкес келетін полярлығы қарама-қарсы тікбұрышты сигналдар пайда болады (1б – сурет). Егер кіріс сигналдар ұзақтығы  тікбұрыш пішінді импульстар болса, онда дифференциалдау нәтижесінде тізбектің шығысында полярлығы қарама-қарсы үшкір импульстер пайда болады (1в,г – сурет). Сондай-ақ импульстер фронтының ұзақтығы қысқа болған сайын, амплитуда жоғары болады.  шарты орындалған жағдайда, дифференциалдау қателігі артады және дифференциалдық тізбек қарапайым тізбекке өтеді (1д – сурет).  Сурет 1. Дифференциалдаушы тізбек және оның кіріс, шығыс сигналдарының пішіні 12.2 Интегралдаушы тізбек Интегралдаушы тізбекте R және C элементтерінен тұрады, бірақ шығыс кернеу резистордан емес конденсатордан шешіледі. Интегралдау операциясын орындау үшін >>u шарты орындалатындай конденсатордың сыйымдылығы үлкен болуы керек. Кернеудің лездік мәнін былай жазуға болады:  ,бұдан  (6) ескере отырып (6) теңдеудегі ток мәнін қойсақ : . (7)Егер бірінші бөлігі – нақты интегралдауды анықтайтын болса, онда екінші бөлігі – интегралдау қателігі береді. Интегралдау қателігі аз болған сайын, интегралдау тізбегінің тұрақтысы  көп болады. Онда бірінші жуықтауда (7)-өрнекті былай жазуға болады: . (8)Бірақ та мәні үлкен болған сайын, шығыс кернеудің амплитудасы да азаяды. Егер кіріс кернеуінің пішіні тікбұрышты болса және  шарты орындалса, онда тізбектің шығысында уақыт бойынша созылған  импульстік процестер пайда болады.  шарты орындалса, шығыс сигналдар  кірістегі сигналдарды қайталайды.  шартында орындалған кезде,  қадамдық шығыс кернеу түрін алуға болады.   Сурет 2. Интегралдаушы тізбек және оның кіріс, шығыс сигналдарының пішіні 12.3 Түзеткіш құрылғылар. Түзеткіш схемалары. Үш фазалы түзеткіш. Тегістегіш сүзгілер. Стабилизаторлар мен түрлендіргіштер. Түзеткіштер– бұл құрылғы, айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру қызметтін атқарады.  1-сурет. Түзеткіштің құрылымдық схемасы Түзеткіштің құрылымдық схема құрамына кіретін күштік трансформатор, қоректендіру көзіндегі айнымалы токты кернеуі төмен немесе кернеуі жоғары басқа айнымалы токқа түрлендіру үшін қызмет атқарады; вентиль, айнымалы токты түзеткіш токқа түрлендіруді қамтамасыз етеді; тегістегіш сүзгілер, тұрақтыға формасы бойынша жақын, түзетілген айнымалы токтың тербелісін тегістеуге арналған. Түзеткіштің негізгі техникалық параметрі кіріс кернеу мәні U мен ток I, орташа түзетілген кернеу Uорт мен ток Iорт, бүлкілдеуді тегістейтін (коэффициент пульсаций) q коэффициент, пайдалы әсер коэффициентті η болып саналады. Электронды аппаратураның әртүрлі түйіндері мен блоктарды қоректендіру үшін, айнымалы тоғы бар бір фазалы тораптан жұмыс істейтін түзеткіштерді жиі қолданады. Мұндай түзеткіштерді бір фазалық дейміз. Олар 1) бір жарты периодты, 2) екі жарты периодты, 3) кернеуді көбейту схемасы деп бөлінеді. Үш фазалы токты түзету үшін үш фазалы түзеткіш қолданады. Түзеткіш схемалары Шығыс кернеудің орташа мәні  (тұрақты құраушы) бір жарты периодты түзеткіш сұлбасында (2-сурет) мына формула бойынша көрсетілген: , (1)мұндағы  - максималды шығыс кернеуі . 2-сурет. Бір жарты периодты түзеткіш схемасы Айнымалы синусоидалы кернеу диодқа түседі, диодтардың бір бағытта өткізуіне байланысты ток оң жарты периодқа өтеді. мәні екі жарты периодты сұлбада екі есе көп (3-сурет): . (2) 3-сурет. Бір фазалы екі жарты периодты (көпірлік) түзеткіштің схемасы Трансформатордың коэффициенті трансформатордың бірінші реттік ораманың орам санының, екінші реттік ораманың орам санына қаынасымен анықталады. Сурет 3 схемасында трансформация коэффициенті 20:1 - ді құрайды. Көпірлік түзеткіштің шығыс кернеуінің орташа мәні (2-сурет) мына формула бойынша көрсетілген : , (3)мұнда  трансформатордың толық екінші реттік орамасындағы максималды мәні: , трансформатордың бірінші реттік орамасындағы максималды мәні.Шығыс сигналдың жиілігі  бір жарты периодты және екі жарты периодты түзеткіштер схемасы үшін, және де екі жарты периодты көпірлік түзеткіштер үшін, шығыс сигналдың периодына кері шамасы болып есептелінеді: . (4)Сонымен қатар, сигнал периоды екі жартылай периодтыға қарағанда бір жартылай периодты түзеткіш шығысында екі есе көп. Бір жартылай периодты түзеткіш диодында максималды кері кернеу максималды кіріс кернеуіне тең болады. Ортақ шықпасы бар трансформатордағы екі жартылай периодты түзеткіштің әрбір диодындағы максималды кері кернеу толық екінші реттік трансформатордың максималды кернеу мәні мен диодтағы  тікелей түсу кернеудің айырымына тең болады . (5)Түзеткіштік көпірі бар әрбір диодта максималды кері кернеу  екінші реттік ораманың кернеуіне тең болады. Егер жоғарда қарастырған түзеткіштердің шығысына конденсатор қоссақ, онда айнымалы шығыс кернеуі бәсеңдейді. Сыйымдылық сүзгісі бар түзеткіштің шығыс кернеуінің орташа мәні мына қатынаспен бағалануы мүмкін:  ,мұнда  мен  – шығыс кернеудің максималды және минималды мәні,  .Үш фазалы түзеткіш.Үш фазалы түзеткішті үлкен және орташа қуатты құрылғыларда қолданады. Үш фазалы түзеткіштердің әртүрлі үлкен схемаларында трансформатор орамаларының қосылу әдістері шартталған. Түзетілген кернеудің лүпілдеу коэффициенті осыған байланысты.  4-cурет. Бір жарты периодты түзеткіштің үш фазалы схемасы Тораптық бірінші реттік орам үш секциядан тұрады. Оларды жұлдыз немесе үшбұрыш схемасы бойынша қосады. Әрбір диод арқылы ток өткен кезде, катодқа қарағанда анодтағы потенциал көбірек болады. Бұл берілген фазаның кернеуі екі басқа фаза кернеуінен жоғары, 1/3 период аралығында болуы мүмкін. Үш фазалы түзеткіште токтың лүпілдеуі үлкен емес және лүпілдеу коэффициенті q = 0,25. Жүктемеде түзетілген токтың орташа мәні I0 =0,827 Im. Әрбір диодта Т/3 аралығында ток өтеді, сондықтан оның орташа мәні Iорт = I0 / 3. Жүктемеде кернеудің түзеткіші U0 = 0,827Um, бірақ та Um=√2 U, мұнда U- трансформатордың екінші орамында фазалық кернеудің әрекеттік мәні, онда U0= 1,17 U. Тегістегіш сүзгілер. Электронды аппаратураның бірқатар түйіндерін қоректендіру үшін әдетте тұрақты кернеу қажет. Түзеткіштің вентильдік блогының шығысындағы кернеу барлық кезде лүпілдеуіш болып табылады және оның тұрақты құраушыдан басқа айнымалы құраушысы да бар. Лүпілдеуіш кернеу құрылғының қалыпты жұмысын бұзатын зиянды эффектілер шығарады. Түзетілген кернеудің қажетті формасын алу үшін тегістегіш сүзгілер қолданады. Сүзгілер вентиль блогы мен жүктеме арасына қосылады. Тегістегіш сүзгілер пассивті және активті болып бөлінеді. Пассивтік сүзгілер жиі қолданылады. Олар L индуктивті катушкалар, С конденсаторлар және R резисторлар тізбекті-параллель жалғанғанда кездегі буындардан тұрады. Электронды сүзгілерде күшейткіш элементтерде бар. Тегістегіш сүзгілер – түзетілген кернеудің лүпілдеуін, олардың электрондық схеманың жұмысына әсер етпейтіндей дәрежеге дейін басуға арналған. Сүзгілерге мұнандай негізгі талаптар қойылады: олар тоқтар мен кернеулердің тұрақты құрастырушыларын өткізіп жіберіп, барлық айнымалы құрастырушыларды, өте кішкентай активті шығындарда, жібермей ұстап алу керек. Сондықтан әдетте сүзгілер реактивтік элементтерден, сыйымдылықтар мен индуктивтіктерден құрастырылады. Лүпілді тегістеу эффиктивтілігі тегістеу коэфициентімен бағаланады, Сүзгінің кірісіндегі лүпілдеу коэффициентінің оның шығысындағы лүпілдеу коэффициентіне қатынасымен анықталады: q = Кп.кір / Кп.шығ. Сыйымдылық сүзгісі жүктемеге параллель қосылған конденсатордан тұрады және ол аз қуатты тізбектерде қолданылады.  Сурет 5. Сыйымдылықты тегістегіш сүзгі Индуктивті сүзгі L төменгі жиілікті дроссель болады, вентиль мен жүктеменің арасына қосылған.  Сурет 6. Индуктивті тегістегіш сүзгі Г – тәріздес тегістегіш сүзгі индуктивті және сыйымдылықты сүзгілердің қасиеттерін өзіне үйлестіреді. Дроссель параллель жалғанған жүктеме мен конденсаторға тізбектей қосылған және оны бір буынды Г- тәріздес сүзгі деп атайды. Оны кернеуді бөлгіш деп жиілікті – тәуелді беру коэффициентімен қарастыруға болады.  Сурет 7. Г –тәріздес тегістегіш сүзгі . П – тәріздес сүзгіні бір буынды сүзгінің тегістеу коэффициентің жетпеген кезде қолданылады.  Сурет 8. П – тәріздес тегістегіш сүзгі. Сүзгінің сапасын бағалау үшін шығыс кернеудің лүпілдеу коэффициентін қолданады  , мына қатынастан шығарылады. .Стабилизаторлар мен түрлендіргіштер Белгілі бір шектікте дестабилизациялық фактролар өзгеруінен жүктемеде автоматты түрде тұрақты кернеуді ұстап тұратын құрылғыны кернеу стабилизаторы дейміз. Кернеу стабилизаторының екі әдісі бар: параметрлік және компенсациялық. Параметрлік стабилизаторларда сызықты емес вольт-амперлік параметрі бар элементтер қолданылады, осындай стабилизаторлардың жұмысы берілген стабилизациямен кіріс кернеудің теңестіруіне негізделген. Сипаттама арасындағы айырмадан тәуелділігі, кремнийлік стабилитрондар , варисторлар, терморезисторлық басқа аспаптар. Компенсациялық стабилизаторлар оптималды стабильдік пен шығыс кернеумен ие болғандықтан автоматтық әсерлесу іске асырылады, бұл үйлесімсіздікті кемітуге бағытталған. Стабилизатордың сұлба жұмысын сипатайтын, стабилизация коэффициенттің негізгі параметрі болып саналады, кіріс кернеудің қатысты өзгеруі, шығыс кернеудің өзгеруіне қатынасы болады. Кернеу КстU мен ток КстI бойынша стабилизация коэффициенті: КстU = ∆Uкір/Uкір: ∆Uшығ/ Uшығ, КстI = ∆Uкір/Uкір: ∆Iшығ / Iшығ, мұнда Uкір және Uшығ – стабилизатордың кіріс пен шығыстың номиналды кернеуі; ∆Uкір және ∆Uшығ – стабилизатордың кірісі мен шығысында кернеудің өзгеруі; Iшығ – стабилизатордың шығысындағы номиналды ток; ∆Iшығ – стабилизатордың шығыс тоғы номиналды мәннен ауытқуы. Шығыс кедергі кіріс кернеу тұрақты болған кезде шығыс кернеу өзгерісінің кіріс кернеу өзгерісіне қатынасымен сипатталады, Rшығ = ∆Uшығ/∆Iшығ онда Uкір = const. Пайдалы әсер коэффициенті , η = Uшығ Iшығ/ UкірIкір. Бақылау сұрақтары. 1. Активті электрондық құрылғылардың көбісі неге тұрақты ток көзінен қоректенеді? 2.Түзеткіш сұлбаны күштік трансформаторсыз құрастыруға болады ма? 3.Түзеткіштер басқа қорек көздерімен салыстырғанда қандай артықшылығы бар? 4. Вентелсіз түзеткіш сұлбаны құрастыруға болады ма? 5. Лүпілдеу коэффициенттің физикалық мағынасын түсіндіріндер? 6. Түзеткіштің жұмысына диодтың идеалды болмауы қалай әсер етеді? 7. Үш фазалы түзеткіштің тікелей үш фазалы торап қосқыштарына қосылу мүмкін бе? 8. Rж егер кішірейсе, лүпілдеу коэфициенті сыйымдылық сүзгімен қалай өзгереді ? 9. Кернеу стабилизаторлардың параметрлік және компенсациялық типтерінің айырмашылықтары неде? 10.Қандай мақсатпен компенсациялық кернеу стабилизаторлардың сұлбаларында тіреуіш кернеу көзін қолданады? |