Курс лекций по дисциплине Электроника и схемотехника 1

• Название: Курс лекций по дисциплине Электроника и схемотехника 1
• Анкор: gbgfb
• Дата: 15.08.2022
• Размер: 1.54 Mb.
• Имя файла: kurs lek.po elektron. i shemoteh.1, rus..docx
• Тип: Курс лекций; #645993
• страница: 3 из 4

Тиристоры. Тиристорами называют управляемые полупроводнико­вые приборы на основе многослойных (четыре слоя или более) р-п структур, способные под действием сигнала управления переходить из закрытого (непроводящего) со­стояния в открытое (проводящее). Наиболее распространенная разновидность тиристора основана на четырехслойной р – п – р - п структуре. Условное обозначение и вольт – амперная характеристика тиристора ВАХ приведены на рисунке 1.16 а, б.









б)




а)

Рисунок 1.16 - Условные графические обозначение тиристора (а)

и его вольт – амперная характеристика (б)

Если включить тиристор в электрическую цепь ,то при нулевом сигнале на управляющем электро­де (УЭ) ток в цепи будет отсутствовать. Это связано с тем, что при прямом закрытом состоянии ( участок I на рисунке 1.16,б ) сопротивление тиристора очень велико. Если теперь на управляющий электрод подать отпирающий импульс положительной полярности, то тиристор включа­ется и через нагрузку R_Н начинает протекать ток. Включение тиристора может произойти и без сигнала управления, если увеличить ЭДС источника питания Еа до значения, большего напряжения включения тиристора Uвкл. В этом случае рабочая точка с участка I ВАХ пе­реходит на участок II, минуя падающий участок III. На практике такое включение «по аноду», нежелательно из-за возможного повреж­дения тиристора. Важнейшей особенностью тиристора является то, что после его включения открытое состояние сохраняется вне зависимости от наличия сигнала на управляющем электро­де. Выключается тиристор путем сни­жения анодного напряжения до нуля или до отрицатель­ного значения, либо за счет прерывания анодного тока. Таким образом, управляющий электрод выполняет только одну операцию, а именно: включение тиристора. Поэтому такой тип тиристоров получил название однооперационные (незапираемые)или полууправляемые, которые нашли наибольшее применение на практике.

Параметры тиристоров. К числу основных статических параметров тиристора относятся: напряжение включения Uвкл; напряжение загиба (пробоя) на обратной ветви BAX. Разновидности тиристоров. Основными разновидностями тиристоров являются:

1. Динистор - тиристор без управляющего электро­да.

2. Симистор - прибор с симметричной ВАХ для прямого и обратного напряжений Симистор может комму­тировать ток любого направления

3


. Двухоперационные (запираемые) тиристоры.
Лекция 8. Транзисторные усилители

Усиление служат для усиления сигналов. Электрические сигналы, подаваемые на вход усилителей, могут быть самыми разнообразными. . Простейшая схема усилительного каскада приведена на рисунке 1.17.




Рисунок 1.17- Простейшая схема усилительного каскада
Входной сигнал подается на базу транзистора. При увеличении напряжения U_БЭ растет ток Iб , растет и ток коллектора . В результате увеличивается падение напряжения на резисторе Rк и уменьшается напря­жение Uкэ = Е_K- Iк R_K ). При достижении напря­жения Uкэ = Uкэ.н , дальнейшее увеличение U_БЭ не вызы­вает изменений напряжения Uкэ и тока Iк, протекающего через резистор Rк. В этом режиме к Rк приложено напря­жение Е_K - U_Kэ.н, поэтому ток коллектора I_K = Iк,н = ( Ек – U_КЭ.Н.) / R_K..

Дифференциальный каскад. При рассмотрении каскада с ОЭ обнаружен ряд трудно­стей, возникающих присоздании усилителей. Во - первых, при стабилизации режима покоя с помощью сопротивления R_Э происходит значительное снижение коэффициента уси­ления каскада в результате действия ООС. Во - вторых, при связи каскадов друг с другом, коэффициент усиления умень­шается за счет потерь на резистивных элементах. В - третьих, в усилителях имеется дрейф нуля. Эти недо­статки частично или полностью исключены в дифференци­альном каскаде, который нашел широкое применение на практике.

Упрощеннная схема дифференциального каскада приведе­на на рисунке 1.18.

Рисунок 1.18- Симметричный дифференциальный каскад
Транзисторы V₁, V₂ и резисторы Rк₁ и R_{K 2}образуют мост, в одну диагональ которого включаются разнополярные ис­точники питания, +Eк и – Eк. В другую диагональ моста включается нагрузка. Высокие показатели каскада могут быть достигнуты только при высокой симметрии моста. В симметричном каскаде R_K1 = R_K2 =R_K , транзисторы идентичны по своим параметрам. Это достигается путем изготовления дифференциального каскада в виде аналоговых интегральных микросхем (ИМС). Дифференциальный каскад обеспечивает стабилизацию режима покоя, устраняет дрейф нуля и позволяет подключать источник входного сигнала различным образом.

Каскад усиления с общим коллектором. Для получения максимального усиления по напряжению необходимо, что­бы R_вх , R_ВЫХ 0. Из-за малости Rвх усилители потреб­ляют от источника сигнала заметную мощность. Большое значение Rвых не позволяет осуществлять работу каскада на низкоомную нагрузку из - за потерь сигнала на Rвых. В каскаде с общим коллектором (ОК) достигаются вы­сокие значения R_ВХпри низких значениях Rвых. Однако в схеме с ОК , коэффициент усиления К_U < 1. Таким образом каскад с ОК не усиливает сигнала по напряжению, а используется лишь как вспомогательный каскад, связыва­ющий схему с общим эмиттером с маломощным источником сигнала, либо с низкоомной нагрузкой. Несмот­ря на вспомогательную роль, выполняемую схемой с общим коллектором в усилителях применяется часто.

Операционный усилитель(рис.1.19). Наиболее распространенной усилительной ИМС явля­етсяоперационный усилитель (ОУ), в котором сосредоточены основные достоинства усилительных схем. Идеальный операционный усилитель имеет высокий ко­эффициент сопротивление R_ВХ , малое выходное сопротивление Rвых . ОУ является усилителем постоян­ного тока, т. е. усиливает широкий спектр частот вплоть до постоянной составляющей. При этом дрейф нуля ОУ очень мал. Операционный усилитель является усилителем с дифференциальным входом, т.е. он усиливает разностный сигнал, Uвых = K_U ∙( Uвх₁ – U _{ВХ 2} ).



Рисунок 1.19 - Схемное обозначение (а) и упрощенная структурная схема ОУ (б)

ЭДС источника питания Еп, и потребляемый от источника ток Iпот , позволяют выбрать источник двухполярного питания по напряжению и по мощности. Параметры K_U , R_ВХи Rвых характеризуют усилительные свойства ИМС. Входной ток I_ВХ (ток утечки) характеризует ток покоя входного электрода ИМС.

Лекция 9. Однофазные и трехфазные выпрямители
Однофазный двухполупериодный выпрямитель с выводом нулевой точки обмотки трансформатора. При полярности переменного напряжения, указанной на рисунке 1.20, а, к вентилю V1

Рисунок 1.20 - Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом обмотки трансформатора(а) и временные диаграммы его работы (б)
прикладывается прямое напря­жение (плюс на анод, минус на катод). Вентиль V1 прово­дит ток, который замыкается через нагрузку и верх­нюю полуобмотку трансформатора. Напряжение на нагрузке на полупериоде 0 -  равно напря­жению верхней полуобмотки трансформатора . Вентиль V2 в это время находится под обратным напряжением и закрыт. Во второй полупериод ( от  до 2  ) изменяется полярность переменного напряжения на вторичных обмот­ках трансформатора. В результате отпирается вентиль V2 и к нагрузке прикладывается напряжение нижней полуобмотки трансформатора. Затем снова работает вентиль VI и т. д. Напряжение нагрузки при поочередном отпирании вентилей представляет собой следующие друг за другом положительные полусинусоиды . Ток в нагрузке i_d протекает в течение всего периода в одном направлении. Напряжение на нагрузке u_{d ,}i_d постоянно по направлению, но не постоянно по величине. Пульсация напряжения, т. е. изменение напряжения, говорит о наличии переменной составляющей в кривой выпрямленного напряжения и сви­детельствует о некачественном (неполном) выпрямлении. Выходное напряжение представляет собой периодичес­кую функцию, а поэтому может быть разложено в ряд Фурье , т.е. представлено в виде:



где U_d – постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение);

u_п (t) – напряжение пульсации или переменная составляющая выпрямленного напряжения, равная сумме всех гармонических составляющих.

Фильтры маломощных выпрямителей. Для ослабления пере­менной составляющей выпрямленного напряжения u_d(напряжение пульсации), на выходе выпрямителя включается фильтр. При этом полезная постоянная составляющая U_d должна быть передана в нагрузку, по возможности, без потерь. Наиболее распространены сглаживающие фильтры типов L, LC, С и RC ( рисунок 1.21, а -г). При последовательном соединение фильтров создают многозвенные фильтры LCLC, CRC, LCRC и т.п.



Рисунок 1.21 - Схемы сглаживающих фильтров (а – г)
Для характеристики фильтра пользуются коэффициен­том сглаживания, равным отношению коэффициентов пуль­сации на входе и выходе фильтра :



где U_H1m и U_H – амплитуда 1 - й гармоники пульсации и среднее значение напряжения на выходе фильтра.

Трехфазная нулевая схема вы­прямления при работе на активно-индуктивную нагрузку приведена на рисунке 1.22, а. Система вторичных напряжений е₂а, е₂в, е₂с показана на 1.22,б. Кривые вторичных напряжений определяют изменение потенциалов анодов вентилей, под­ключенных к этим фазам, относительно нулевой точки звез­ды .





Рисунок 1.22 - Схема трехфазного нулевого преобразователя (а) и временные диаграммы его работы в режиме неуправляемого выпрямителя, при  =0 (б)
На временных диаграммах представлен режим ра­боты схемы, при угле управления тиристорами = 0 (режим неуправляемого выпрямителя). Трансформатор и тиристоры приняты идеаль­ными. Моменты времени ₁ , ₂, ₃, соответствующие точкам пересечения двух синусоид вторичных напряжений, являются моментами естественного отпирания вентилей. Пусть в момент ₁ подан положи­тельный управляющий импульс на тиристор V1. При его отпирании пойдет ток и на нагрузке уста­новится напряжение u_d= е_2а . Если выпрямитель выполнен на диодах, диод V1, подключенный к фазе е_2а откроется в момент ₁ автоматически, так как в этот момент потенциал его анода станет выше, чем потенциалы анодов V2 и V3. Потенциал катода проводящего тиристора VI(и всех дру­гих вентилей) относительно нулевой точки звезды φ_к = е_2а. Следовательно, к катодам всех тиристоров приложено наи­более положительное напряжение е_2А и тиристоры V2 и V3, на интервале ₁ -₂ заперты.

В момент ₂ наиболее положительным становится вто­ричное напряжение е_2в и отпирается диод V2 или, если V2 - тиристор, то на него в момент ₂ подается управляю­щий импульс. При отпирании V2 u_d= е_2в и φ_к = е_2в. Этим потенциалом на катоде надежно запираются V1 и V3. В мо­мент ₃ отперается V3 и на нагрузке устанавливается u_d= е_2с. Таким образом, в каждый мо­мент проводит тиристор, потенциал анода которого наибо­лее положителен. В точках естественного отпирания проис­ходит переход тока с одного вентиля на другой. Напряжениеu_dпредставляет собой кривую, образованную из отрезков синусоид фазных напряжений, имеющих на данном интер­вале наиболее положительный потенциал. Криваяu_dпуль­сирует с периодом в три раза меньшим, чем период частоты сети, частота пульсации ω_п = 3ω_сети. Коэффициент пульсации напряжения q = 0,25.Пульсация выходного напряжения в трехфазных выпрямителях меньше, чем в однофазных, а частота пульсации выше, что позволяет сгладить пульсацию фильтром с меньшей мощностью реак­тивных элементов.

Трехфазный мостовой выпрямитель. Трехфазная мостовая схема выпрямления является наиболее распространенной в области средних и больших мощностей. На рисунке 1.23, а представлена схема мостового управляемого выпрямителя на тиристорах.


Рисунок 1.23 - Схема трехфазного мостового преобразователя (а) и временные диаграммы его работы в режиме неуправляемого выпрямителя, при  =0 (б)
Вентили схемы образуют две группы: V1, V3, V5 -катодную (у них объединены катоды), и V2_tV4, V6 - анодную. Приняв потенциал об­щей точки звезды вторичной обмотки трансформатора за нуль, можно считать, что напряжение на нагрузке есть сумма выходных напряжений двух трехфазных нулевых схем выпрямления , собранных на вентилях катод­ной и анодной групп. Напряжение на нагрузке, состоит из отрезков линейных синусоид катодной и анодной группы.



По сравнению с трехфазной нулевой Еd , возросло вдвое, что и следова­ло ожидать, учитывая что на нагрузке в мостовой схеме cуммируются напряжения двух нулевых выпрямителей.

Частоты пульсации ω_п = 6ω_сети, а коэффициент пульса­ции q = 0,06. Снижение пульсации вы­прямленного напряжения и повышение частоты пульсации, означают улучшение качества выходного напряжения мостового трехфазного выпрямителя по сравнению с нулевым. На той же временной диаграмме показан ток id(t). При активно – индуктивной нагрузке( L_H велико) ток нагрузки будет постоянным: id = I_d..На диаграмме указаны номера тиристоров, через которые проходит ток нагрузки. Амплитуда анодного тока I_am= I_dа длитель­ность его протекания λ = 2π / 3 = 120°, как и в нулевой схеме.