Три полных моста параллельно (12 диодов)

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А.Н.

По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А.Н., а выпрямитель Ларионова А.Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Площадь под интегральной кривой равна:

.

Средняя ЭДС равна: , то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно сопротивлению одного моста При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Выпрямитель «три параллельных полных моста» на холостом ходу имеет такую же среднюю ЭДС, как в выпрямителе «треугольник-Ларионов» и такие же сопротивления обмоток, но, так как у него схема с независимыми от соседних фаз диодами, то моменты переключения диодов отличаются от моментов переключения диодов в схеме «треугольник-Ларионов». Нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

Частота пульсаций равна , где  — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна .

Относительная амплитуда пульсаций равна .

Три полных моста последовательно (12 диодов)

Площадь под интегральной кривой равна: 

Средняя ЭДС равна: , то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3*r каждый, то есть .

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна , где  — частота сети.

Этот выпрямитель имеет наибольшую среднюю ЭДС и может найти применение в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр) и др.).

Рассмотренные схемы выпрямления переменно­го тока позволяют получать выпрямленное, но пуль­сирующее напряжение. Для питания электронных приборов пульсирующее напряжение непригодно: оно создает фон переменного тока, вызывает иска­жения сигналов и приводит к неустойчивой работе приборов. Для устранения пульсаций (сглаживания) применяют сглаживающие фильтры. Сглаживающий фильтр состоит из реактивных элементов: конденсаторов и катушек индуктивнос­ти (дросселей). Сущность работы сглаживающего фильтра состоит в разделении пульсирующего тока i(t) на постоянную /о и переменную ^ составляю­щие (рис. 12.9). Постоянная составляющая направ­ляется в нагрузку, а нежелательная переменная замыкается через конденсатор, минуя нагрузку.

Физическая сущность работы в фильтре конден­сатор» и дросселя состоит в том, что конденсатор (обычно большой емкости), подключенный парал­лельно нагрузке, заряжается при нарастании импуль­сов выпрямленного напряжения и разряжается при их убывании, сглаживая тем самым ого пульсации. Дроссель, наоборот, при нарастании импульсов спрямленного тока в результате действия ЭДС само­индукции задерживает рост тока, а при убывании импульсов задерживает его убывание, сглаживая пульсации тока в цепи нагрузки. С другой стороны, конденсатор и дроссель можно рассматривать как не­кие резервуары энергии. Они запасают ее, когда ток в цепи нагрузки превышает среднее значение, и отдают, когда ток стремится уменьшиться ниже среднего значения. Это и приводит к сглаживанию пульсаций.

52 ,Интегральная схема, микроминиатюрное электронное устройство, все или часть элементов которого нераздельно связаны конструктивно и соединены между собой электрически. Различают 2 основных типа И. с.: полупроводниковые (ПП) и плёночные. ПП И. с. изготавливают из особо чистых ПП материалов (обычно кремний, германий), в которых перестраивают саму решётку кристаллов так, что отдельные области кристалла становятся элементами сложной схемы. Маленькая пластинка из кристаллического материала размерами ~1 мм2 превращается в сложнейший электронный прибор, эквивалентный радиотехническому блоку из 50-100 и более обычных деталей. Он способен усиливать или генерировать сигналы и выполнять многие другие радиотехнические функции.  Технология изготовления ПП И. с. обеспечивает одновременную групповую обработку сразу большого количества схем. Это определяет в значительной степени идентичность схем по характеристикам. ПП И. с. имеют высокую надёжность за счёт использования планарного процесса изготовления и значительного сокращения числа микросоединений элементов в процессе создания схем.  ПП И. с. развиваются в направлении всё большей концентрации элементов в одном и том же объёме ПП кристалла, т. е. в направлении повышения степени интеграции И. с. Разработаны И. с., содержащие в одном кристалле сотни и тысячи элементов. В этом случае И. с. превращается в большую интегральную систему (БИС), которую невозможно разрабатывать и изготовлять без использования электронных вычислительных машин высокой производительности.  Плёночные И. с. создаются путём осаждения при низком давлении (порядка 1 10-5 мм рт. ст.) различных материалов в виде тонких (толщиною < 1 мкм) или толстых (толщиной > 1 мкм) плёнок на нагретую до определённой температуры полированную подложку (обычно из керамики). В качестве материалов применяют алюминий, золото, титан, нихром, окись тантала, моноокись кремния, титанат бария, окись олова и др. Для получения И. с. с определёнными функциями создаются тонкоплёночные многослойные структуры осаждением на подложку через различные маски (трафареты) материалов с необходимыми свойствами. В таких структурах один из слоев содержит микрорезисторы, другой - микроконденсаторы, несколько следующих - соединительные проводники тока и другие элементы. Все элементы в слоях имеют между собой связи, характерные для конкретных радиотехнических устройств.  Плёночные элементы распространены в гибридных И. с. В этих схемах на подложку сначала наносятся в виде тонких или толстых плёнок пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, проводники тока), а затем с помощью микроманипуляторов монтируют активные элементы - бескорпусные ПП микроэлементы (транзисторы и диоды).  По своим конструктивным и электрическим характеристикам ПП и гибридные И. с. дополняют друг друга и могут одновременно применяться в одних и тех же радиоэлектронных комплексах. В целях защиты от внешних воздействий И. с. выпускают в защитных корпусах. По количеству элементов различают И. с.: 1-й степени интеграции (до 10 элементов), 2-й степени интеграции (от 10 до 100) и т. д.  Размеры отдельных элементов И. с. очень малы (порядка 0,5-10 мкм) и подчас соизмеримы с размерами пылинок (1-100 мкм). Поэтому производство И. с. осуществляется в особо чистых условиях Создание И. с. развивается по нескольким направлениям: гибридные И. с. с дискретными активными элементами; ПП И. с., выполненные в монолитном блоке ПП материала; совмещенные И. с., в которых активные элементы выполнены в монолитном блоке ПП материала, а пассивные элементы нанесены в виде тонких плёнок; плёночные И. с., в которых активные и пассивные элементы нанесены на подложку в виде тонких плёнок.

51. Усилителем называется электронное устройство, позволяющее преобразовывать входные электрические сигналы в сигналы большей мощности на выходе. Это преобразование совершается за счет энергии источника питания. Усилитель предназначен для увеличения параметров электрического сигнала: напряжения U_вх, тока I_вх, мощности P_вх. Основными параметрами усилителя являются:

а) коэффициент усиления по напряжению K_u = ——;

б) коэффициент усиления по току K_i = ——;

в) коэффициент усиления по мощности K_p = —— .

Для усилителя возможны различные значения K_u, K_i, K_p, но принципиально то, что всегда K_p>1, тогда как K_u, K_i могут быть больше или меньше 1.

Все усилители делятся на два класса — с линейными и нелинейными режимами работы (линейные и нелинейные усилители). К линейным усилителям предъявляется требование минимального искажения усиливаемого сигнала. Коэффициенты усиления линейного усилителя рассчитываются по амплитудным или действующим значениям (для синусоидального сигнала) напряжения и тока.

Важнейшим показателем линейного усилителя является его амплитудно-частоная характеристика (АЧХ), отражающая зависимость модуля коэффициента усиления K_u, определенного для синусоидального сигнала, от частоты. В зависимости от вида АЧХ линейные усилители делятся на усилители постоянного тока (УПТ) с рабочим диапазоном частот f_p от 0 до 10³…10⁸Гц, усилители звуковых частот (УЗЧ) с f_p от десятков герц до 15…25кГц, усилители высоких частот (УВЧ) с f_p от десятков килогерц до сотен мегагерц, широкополосные усилители (ШПУ) с f_p от десятков герц до сотен мегагерц и узкополосные (избирательные) усилители (УПУ) с узкой полосой f_p.

Рабочий диапазон частот усилителя ограничен верхней и нижней граничными частотами f_в и f_н. Граничные частоты определяются по АЧХ, когда K_u снижается в 2 раз по отношению к K_u0 на средней частоте f₀.

Нелинейные усилители характеризуются зависимостью коэффициента усиления от величины усиливаемого сигнала.

В зависимости от того, какой параметр является определяющим, усилители делятся на усилители напряжения, усилители тока, усилители мощности.

По типу связи между каскадами различают усилители с гальванической связью (характерно для УПТ); усилители с RC-связью, где разделительным элементом между каскадами является конденсатор; усилители с трансформаторной связью; усилители со связью через колебательный контур.

Показатели усилительных каскадов зависят от способа включения транзистора, выполняющего роль управляемого элемента.

Расчет усилительного каскада состоит из двух этапов:

а) анализ (расчет) каскада по постоянному току;

б) анализ (расчет) каскада по переменному току.

 Первый этап выполняют графо-аналитическим методом, в результате чего определяются параметры элементов схемы, предназначенные для обеспечения параметров режима покоя.

На втором этапе решается задача определения основных показателей усилителя: K_u, K_i,K_p, R_вх, R_вых. Основной метод расчета на втором этапе заключается в замене транзистора и всего каскада его схемой замещения по переменному току.

Определим основные параметры каскада по данной схеме замещения.

Входное сопротивление каскада определяется из выражения

Rвх = R1||R2||r_вх,

где r_вх = r_б+(1+)r_э — входное сопротивление транзистора;

r_б — объемное сопротивление базы;

r_э — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода;

 - коэффициент передачи базового тока.

Коэффициент усиления каскада по току

i_н R_вх r_к^||R_н||R_к

K_i = — =  ——  ————— .

i_вх r_вх R_н

R_к||R_н

Если R1||R2 > r_вх, R_к >R_н, R_вх  r_вх, r_к^ >>R_к||R_н, получим K_i  ———.

R_н

Коэффициент усиления по напряжению

U_вых R_н R_к||R_н

K_u = ——— = K_i ————  ————.

U_вх R_Г+R_вх R_Г+R_вх

Коэффициент усиления каскада по мощности

P_вых

Kp = —— = K_u K_i

P_вх

Выходное сопротивление каскада рассчитывают относительно его выходных зажимовR_вых = R_к||r_к^. Так как r_к^ >> R_к, то R_вых  R_к.

Вторым важнейшим показателем линейного усилителя является фазо-частотная характеристика (ФЧХ), определяющая зависимость фазового сдвига  между входным и выходным сигналом, от его частоты; ФЧХ измеряется в радианах.

Зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного напряжения при постоянной частоте входного сигнала называется амплитудной характеристикой усилителя. Для линейных усилителей эта характеристика представляет собой прямую линию на рабочем участке.

Для изменения параметров усилителей, в них вводят обратные связи. Обратной связью в общем виде называют передачу энергии из выходной цепи усилителя во входную цепь. Различают обратную связь (ОС) по току и напряжению. Обратная связь по току пропорциональна выходному току усилителя, ОС по напряжению — его выходному напряжению. Возможна и комбинированная обратная связь — по напряжению и току одновременно.

По способу подачи сигнала ОС во входную цепь различают последовательную и параллельную ОС. Если во входной цепи складываются напряжения обратной связи и входного сигнала, то такую ОС называют последовательной. Если же во входной цепи складываются ток входного сигнала и ток цепи ОС, то такую связь называют параллельной.

В случае, когда в результате введения цепи ОС коэффициент усиления K_{u ос}  увеличивается по сравнению с K_u без ОС, такую ОС называют положительной обратной связью (ПОС), а если K_u oc < K_u, такую ОС называют отрицательной ОС (ООО).

В усилителях наиболее часто применяется ООС, т.к. она позволяет повысить стабильность K_u, уменьшить нелинейные искажения сигнала, увеличить входное и уменьшить выходное сопротивление усилителя.  dU_вх

Входное сопротивление усилителя R_вх = ——— является нагрузкой источника di_вх

входного сигнала. Повышение R_вх усилителя позволяет уменьшить нагрузку на него или использовать менее мощный источник. Выходное сопротивление усилителя R_вх, как правило, определяется относительно зажимов нагрузки при отключенной нагрузке и закороченном источнике входного сигнала.