25. Явление резонанса в цепях переменного тока.

 Электрическим резонансом называется явление совпадения частоты источника переменного тока с частотой собственных свободных колебаний электрической цепи. Электрические колебания возникают в цепи, которая включает в себя индуктивность и емкость.

Изначально емкость заряжается до начального напряжения Uн, после чего ее замыкают на индуктивность, в результате чего в цепи возникает постепенно увеличивающийся ток i. Сила тока возрастает постепенно, так как ее увеличению препятствует э. д. с. самоиндукции. При увеличении силы тока в магнитном поле индуктивности L накапливается энергия. Ток достигает максимального значения, после чего уменьшается постепенно, так как его уменьшению препятствует э. д. с. самоиндукции. Она поддерживает ток, благодаря чему конденсатор перезаряжается в обратном направлении. В случае, когда в колебательном контуре нет потерь, перезарядка емкости продолжается до тех пор, пока емкость не зарядится до первоначального напряжения Uн. Резонанс возникает в цепи, когда цепь подключена к внешнему источнику, а частота этого источника ? равна частоте ?0. Существуют два основных вида резонанса: резонанс напряжений, который возникает при последовательном соединении реактивных элементов, и резонанс токов — при параллельном соединении. Резонанс напряжений происходит в неразветвленной цепи переменного тока, которая содержит источник энергии, индуктивность L, емкость С и активное сопротивление R. Когда активное сопротивление цепи R мало, при резонансе сила тока быстро увеличивается, и при этом возрастают напряжения на емкости и индуктивности. Добротностью электрического контура называется величина Q = ? / R. На практике в устройствах резонанс напряжений является не- желательным явлением, которое связано с возникновением перенапряжений. Положительное действие резонанса проявляется в радиотехнике, проволочной телефонии, в автоматике и т. п. Резонанс токов возникает при параллельном соединении источника и колебательного контура. Данное явление происходит при условии, что bC = bL, когда I = Ug и cos? = 1. Токи в каждой из реактивных ветвей пропорциональны одному и тому же напряжению и поэтому при резонансе равны: IC = UbC = IL = UbL. В реальных цепях не существует катушек, которые обладают индуктивностью и не обладают активным сопротивлением, что относится и к емкости.

26. Транзисторные ключи на биполярных и полевых транзисторах. Аналоговые коммутаторы.

Ключи на полевых транзисторах используются для коммутации как аналоговых, так и цифровых сигналов, причем коммутаторы аналоговых сигналов обычно выполняют на полевых транзисторах с управляющим -переходом или МОП-транзисторах с индуцированным каналом. В цифровых схемах применяются только МОП-транзисторы с индуцированным каналом.

Для ключей на полевых транзисторах характерно: 1) малое остаточное напряжение на ключе, находящемся в проводящем состоянии; 2) высокое сопротивление в непроводящем состоянии и, как следствие, малый ток, протекающий через транзистор, канал которого перекрыт; 3) малая мощность, потребляемая от источника управляющего напряжения; 4) хорошая электрическая развязка между цепью управления и цепью коммутируемого сигнала, что позволяет обойтись без трансформатора в цепи управления;

Рис. 7.21. Ключевые цепи на полевых транзисторах с индуцированным каналом (а, б, в, г)

5) возможность коммутации электрических сигналов очень малого уровня (порядка ).

По быстродействию ключи на полевых обычно уступают ключам на биполярных транзисторах. Кроме того, у них наблюдается проникновение в коммутируемую цепь дополнительных импульсов, параметры которых зависят от управляющего сигнала. Причиной их появления является наличие емкостей .

Простейшие схемы ключей на полевых транзисторах с управляющим -переходом и МОП-транзисторах с индуцированным каналом приведены на рис. 7.21, а, г.

Для запирания ключей, выполненных на полевых транзисторах с управляющим -переходом и МОП-транзисторов с технологически встроенным каналом, к их затворам должно быть приложено запирающее напряжение которое превышает напряжения стока и истока на значение, большее напряжения отсечки . Так как в ТУ на транзистор указывается для определенного значения тока канала, запирающее напряжение должно быть выше на 1—3 В.

При выборе запирающего напряжения следует помнить, что при его большом значении в цепи p-n-перехода может возникнуть лавинный пробой. Поэтому всегда должны выполняться неравенства

где — максимально допустимые напряжения затвор — сток и затвор — исток.

Аналоговый коммутатор служит для переключения непрерывно изменяющихся электрических сигналов. Если коммутатор находится в состоянии "включено", его выходное напряжение должно по возможности точно равняться входному; если же коммутатор находится в состоянии "выключено", выходное напряжение должно быть как можно ближе к нулю или, во всяком случае, должно как можно меньше зависеть от входного.

Существуют различные схемные решения коммутаторов, удовлетворяющие указанным условиям. Их принцип действия показан на рис. 1 на примере механических (контактных) переключателей.

Рис. 1. Схемы коммутаторов

На рис.1а представлен последовательный коммутатор. Пока контакт замкнут, U_вых=U_вх. Когда контакт размыкается, выходное напряжение становится равным нулю. Все это справедливо, если источник сигнала имеет нулевое выходное сопротивление, и емкость нагрузки равна нулю. При значительном выходном сопротивлении источника сигнала напряжение Uвых делится между этим сопротивлением и резистором R. Поэтому эту схему не следует применять в случае, если источником сигнала является источник тока, например, фотодиод. При существенной емкости нагрузки, во время разряда этой емкости при размыкании ключа S выходное напряжение коммутатора снижается до нуля довольно долго.

В схеме параллельного коммутатора (рис. 1б) U_вых=U_вх при разомкнутом ключе, если входное сопротивление нагрузки коммутатора бесконечно велико. Если же оно соизмеримо с сопротивлением резистора R, то на резисторе будет падать часть выходного напряжения источника сигнала. При наличии емкостной нагрузки будет относительно медленно устанавливаться выходное напряжение после размыкания ключа.

Последовательно-параллельный коммутатор, показанный на рис. 1в, не имеет недостатков двух предыдущих схем. В любом рабочем состоянии он имеет выходное сопротивление, близкое к нулю.