Otvety_Na_Ekz_Voprosy_Elektronika

46. Температурная стабилизация

Для повышение температурной стабильности усилительных каскадов используют также различные способы термостабилизации.

Первый метод термостабилизации — параметрический — основан на применении термочувствительных элементов, в частности, полупроводниковых диодов. При изменении температуры окружающей среды сопротивление термозависимого элемента изменяется так, что изменение тока базы или напряжения между эмиттером и базой компенсирует изменение тока коллектора. Очевидно, что характеристика такого термоэлемента должна обладать соответствующей температурной зависимостью. А так как это сделать трудно, то для обеспечения нужных характеристик в ряде случаев параллельно термоэлементу и последовательно с ним включают специальным образом подобранные активные сопротивления. Это усложняет схему, и, кроме того, с течением времени такая компенсация нарушается.

Второй метод термостабилизации — применение отрицательной обратной связи по постоянному току, причем используют как местную, так и общую обратные связи. При местной обратной связи чаще всего применяют обратную связь по току и несколько реже — обратную связь по напряжению. Обратная связь по току, сущность которой заключается в том, что делитель на резисторах R1, R2 задает потенциал базы и тем самым жестко фиксирует потенциал эмиттера. Так как этот потенциал обусловлен падением напряжения на резисторе Re, то тем самым задается ток эмиттера. При этом изменения параметров транзистора, изменяющие ток коллектора, изменяют соответствующим образом ток эмиттера и падение напряжения на резисторе Re. Это приводит к изменению разности потенциалов между базой и эмиттером. Ток базы при этом изменяется таким образом, что изменение тока коллектора будет в той или иной мере скомпенсировано.

Чем меньше эквивалентное сопротивление базового делителя, тем в меньшей степени потенциал базы зависит от изменений базового тока и тем лучше стабилизация. Но при малых сопротивлениях R1, R2 резко возрастает мощность, потребляемая от источника питания, и уменьшается входное сопротивление каскада.

47. Виды связи между каскадами.

Схемы межкаскадной связи служат для передачи сигнала от источника сигнала к первому (входному) УЭ, от первого УЭ ко второму УЭ и т. д. и от последнего (выходного) УЭ к нагрузке, а также для подачи питающих напряжений на электроды УЭ.

Наибольшее применение получили следующие виды межкаскадной связи:

• гальваническая связь;

• резисторно-конденсаторная (резисторно-емкостная) связь;

• трансформаторная связь.

Возможны и другие виды межкаскадной связи, такие, как дроссельная связь, резисторно-трансформаторная связь, но они в настоящее время не имеют практической ценности. Следует отметить, что название каскада определяется видом межкаскадной связи.

Сущность основных видов межкаскадной связи удобно показать на примерах простейших однотактных каскадов.

48.Межкаскадня резистивная

При гальванической связи в качестве элементов связи используются элементы, обладающие проводимостью не только для быстро изменяющихся, но и для сколь угодно медленно изменяющихся токов и напряжений вплоть до постоянного тока и напряжения (провода, резисторы, диоды, стабилитроны и т.д.). Поэтому каскады с гальванической связью называются каскадами усиления постоянного тока (хотя они усиливают и переменные токи).

Различают непосредственную и резисторную гальванические связи.

Большим достоинством схем с гальванической связью является возможность усиления сигналов с нулевой частотой, что делает ее незаменимой при построении каскадов усиления постоянного тока. Другими существенными достоинствами схем с гальванической связью являются малые габариты, масса и стоимость, хорошие частотные, фазовые и переходные характеристики, высокая технологичность интегрального исполнения схем.

Среди недостатков гальванической связи следует отметить недостаточно хорошее использование напряжения источника питания, взаимовлияние режимов работы соседних УЭ по питанию, обусловливающее определенные схемотехнические трудности при осуществлении стыковки УЭ друг с другом, с источником сигнала и нагрузкой в многокаскадных УПТ при обязательном условии обеспечения нулевых потенциалов на входе и выходе УПТ в отсутствие сигнала, а также необходимость борьбы с "дрейфом нуля", то есть сравнительно медленными произвольными изменениями начального нулевого напряжения на выходе УПТ, вызываемыми произвольными изменениями постоянных питающих напряжений на электродах УЭ, передающихся от одного УЭ к другому УЭ и к нагрузке УПТ, о чем подробно будет говориться в главе по УПТ и ОУ.

Гальваническая межкаскадная связь, являясь основной в УПТ, широко применяется и в усилителях переменного тока.

49. Межкаскадная RC-связь

При резисторно-конденсаторной связи (или, иначе говоря, резисторно-емкостной связи) в качестве основного элемента связи по сигналу используется конденсатор, но в схему связи входят и резисторы (например, резистор в выходной цепи предшествующего УЭ при связи его со следующим УЭ или внешней нагрузкой и т. д.).

Каскад с таким видом связи называется резисторно-конденсаторным каскадом или каскадом с резисторно-конденсаторной связью, а также резисторным каскадом усиления переменного тока, поскольку он может усиливать только переменные токи и напряжения. Этот вид связи очень широко применяется в однотактных, двухтактных и инверсных каскадах усилителей переменного тока.

Достоинством схем с резисторно-конденсаторной связью является простота, малые габариты, масса и стоимость, хорошие частотные, фазовые и переходные характеристики, высокая технологичность интегрального исполнения.

В качестве недостатка схем с резисторно-конденсаторной связью можно отметить лишь недостаточно хорошее использование напряжения источника питания из-за заметных потерь питающего напряжения на резисторах связи.

52. Усилитель постоянного тока

В устройствах автоматического управления, регулирования и контроля часто регистрируются величины, изменение которых во времени происходит чрезвычайно медленно, т.е. их частота составляет всего лишь единицы или даже доли герца. Для усиления таких медленно изменяющихся напряжений или токов необходимы усилители, полоса пропускания которых имеет нижнюю границу f_н = 0. Усилители, обладающие этим свойством, носят название усилителей постоянного тока (УПТ) независимо от того, какая из величин – ток или напряжение – подлежит усилению, а также независимо от значения верхней частоты рабочего диапазона частот. При этом необходимо подчеркнуть, что обычно основная информация заключается не в исходном постоянном напряжении, а в его последующих изменениях, не важно в каких, медленных или быстрых (с частотами до f_в).

Типичная АЧХ таких усилителей приведено на рисунке 6.1.

При усилении слабых электрических сигналов одного каскада обычно оказывается недостаточно, поэтому приходится применять, как и в случае усилителя переменных сигналов, усилитель, состоящий из нескольких каскадов. Соединение каскадов между собой, не представляющее сложности в усилителях переменного напряжения, при усилении постоянного тока или напряжения сопряжено с преодолением больших сложностей. Это, прежде всего, обусловлено тем, что в усилителях постоянного тока для связи выхода предшествующего каскада с входом последующего не могут быть применены ни трансформаторы, ни разделительные конденсаторы. Поэтому единственной схемой межкаскадной связи, пригодной для усилителей постоянного тока прямого усиления, является схема гальванической связи. Такая связь вносит в усилитель постоянного тока ряд специфических особенностей, затрудняющих как построение усилителя, так и его эксплуатацию.

Усиление постоянных напряжений и токов можно осуществляется двумя принципиально различными методами: непосредственно по постоянному току и с предварительным преобразованием постоянного тока в переменный. В соответствии с этим усилители постоянного тока делятся на два основных типа: усилители прямого усиления и усилители с преобразованием.

50. Межкаскадная трансформаторная связь.

При трансформаторной связи в качестве элемента связи по сигналу используется трансформатор.

Каскад с трансформаторной связью называется трансформаторным каскадом.

Трансформатор, связывая УЭ с внешней нагрузкой по сигналу, одновременно развязывает (разделяет) их по постоянному току и напряжению, то есть не пропускает во вторичную обмотку постоянные ток и напряжение от УЭ. Поэтому трансформаторный каскад является каскадом усиления переменного тока.

Трансформатор характеризуется рядом параметров, среди которых главнейшими являются коэффициент трансформации , равный отношению числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной

обмотки , и КПД трансформатора , равный отношению мощности сигнала , отдаваемой трансформатором в нагрузку , к мощности сигнала , подводимой ко входу трансформатора от УЭ: нагрузкой УЭ по сигналу здесь является входное сопротивление трансформатора .

Очень важными достоинствами схем с трансформаторной связью являются:

• лучшее чем при гальванической и резисторно-конденсаторной связи использование напряжения источника питания , вследствие небольших потерь питающего напряжения на малом сопротивлении витков первичной обмотки трансформатора, через которую подается питание на УЭ от источника питания;

возможность обеспечения (путем выбора "n") оптимального сопротивления нагрузки усилительному элементу по сигналу, при котором УЭ отдает наибольшую мощность при наименьших нелинейных искажениях , чего нет в схемах с гальванической и резисторно-конденсторной связью.

Отмеченные достоинства особенно важны в выходных каскадах мощных усилителей звуковых частот.

К этому следует добавить, что при использовании трансформатора на входе усилителя можно путем выбора " n " обеспечить согласование по входу усилителя , при котором получается наибольший коэффициент передачи по мощности входной цепи усилителя. Согласование по входу требуется также в случаях, когда источником сигнала является линия.

И, наконец, с помощью входного и выходного трансформаторов усилителя можно в случае необходимости без особого труда обеспечить симметричный вход и симметричный выход усилителя, что требуется при работе от симметричного источника сигнала (линии) и на симметричную нагрузку (линию).

К недостаткам трансформаторной связи можно отнести:

• большие по сравнению с бестрансформаторными схемами габариты, масса и стоимость, а также нетехнологичность трансформатора с точки зрения интегральной схемотехники;

• худшие по сравнению с бестрансформаторными схемами частотные, фазовые и переходные характеристики;

• дополнительные нелинейные искажения, вносимые трансформатором из-за нелинейности кривой намагничивания материала сердечника трансформатора.

Следует отметить, что в последнее время в маломощных устройствах бестрансформаторные схемы, особенно в интегральном исполнении, в значительной степени потеснили трансформаторные. Однако в ряде случаев альтернативы им нет, например, в мощных усилителях звуковой частоты (трансляционных, модуляционных) как на выходе, так и на входе усилителей. Используются они и в сравнительно маломощных схемах в дискретном и в интегральном исполнении (в последнем случае трансформатор применяется в качестве "навесного" узла).

53.Усилитель мощности

должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть или модулятор радиопередатчика. Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радиотранслирующей аппаратуры.

По конструктивным признакам

По типу применения в конструкции усилителя активных элементов:

• ламповые

• транзисторные интегральные

• гибридные

По виду согласования выходного каскада с нагрузкой

По виду согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой их можно разделить на два основных типа:

1. бестрансформаторные

2. трансформаторные трансформаторное согласование с нагрузкой.

По типу согласования выходного каскада с нагрузкой

1. Согласование по напряжению порождает сильные нелинейные искажения (интермодуляция) в динамических головках АС; чувствительно к внешним полям; отличается термической нестабильностью и высокими теплопотерями.

2. Согласование по мощности

3. Согласование по току

54.Преобразователь электрической энергии(тока) — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала). Для реализации преобразователей широко используются полупроводниковые приборы, так как они обеспечивают высокий КПД.

Зачастую появление новых приборов не устраняет необходимости использовать ряд приборов, прежде существовавших. Например, многие полупроводниковые приборы используют трансформаторы, но в более выгодном высокочастотном диапазоне. В результате устройство приобретает преимущества и тех, и других.

Функции преобразователей

• Преобразование

• Преобразование и регулирование

• Преобразование и стабилизация

Классификация

По характеру преобразования

Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток.[1]

Инвертор — устройство, задача которого обратна выпрямителю, то есть преобразование энергии источника постоянного тока в энергию переменного тока. Подразделяются на ведомые сетью (зависимые) и автономные. Ведомые инверторы преобразуют энергию источника постоянного тока в переменный с отдачей её в сеть переменного тока, то есть осуществляют преобразование, обратное выпрямителю. Автономные инверторы — устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку. В свою очередь автономные инверторы подразделяются на инверторы тока, напряжения и резонансные автономные инверторы.

Преобразователи частоты и напряжения — устройства, позволяющие получить напряжение или сигнал с необходимыми параметрами.

По способу управления

• Импульсные (на постоянном токе)

• Фазовые (на переменном токе)

По типу схем

3. Нулевые, мостовые

4. Трансформаторные, бестрансформаторные

5. Однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные.

По способу управления

4. Управляемые

5. Неуправляемые

55.Выпрямители переменного тока.

Электростанции вырабатывают переменный ток. Однако 25-30% электрической энергии используется в устройствах, работающих на постоянном токе. Для преобразования переменного тока в постоянный ток применяютвыпрямители. Для выпрямления переменного тока раньше использовались электромагнитные преобразователи, ртутные, ионные, электронные лампы. В настоящее время в основном применяются полупроводниковые выпрямители. Они проще по конструкции, меньше по размерам, надежнее при эксплуатации, удобнее при обслуживании и имеют более высокий КПД.

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяютфильтры.

Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

• по виду переключателя выпрямляемого тока

  • механические синхронные с щёточноколлекторным коммутатором тока;

  • механические синхронные с контактным переключателем (выпрямителем) тока;

  • с электронной управляемой коммутацией тока (например, тиристорные);

  • с электронной пассивной коммутацией тока (например, диодные);

по мощности

• силовые выпрямители;

• выпрямители сигналов;

по степени использования полупериодов переменного напряжения

• однополупериодные — пропускают в нагрузку только одну полуволну;

• двухполупериодные — пропускают в нагрузку обе полуволны;

• неполноволновые — не полностью используют синусоидальные полуволны;

• полноволновые — полностью используют синусоидальные полуволны;

• по схеме выпрямления — мостовые, с умножением напряжения, трансформаторные, с гальванической развязкой, бестрансформаторные и пр.;

• по количеству используемых фаз — однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные;

• по типу электронного вентиля — полупроводниковые диодные, полупроводниковые тиристорные, ламповые диодные (кенотронные), газотронные, игнитронные, электрохимические и пр.;

• по управляемости — неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные);

• по количеству каналов — одноканальные, многоканальные;

• по величине выпрямленного напряжения — низковольтные (до 100В), средневольтовые (от 100 до 1000В), высоковольтные (свыше 1000В);

• по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваники и пр.;

• по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые;

• по наличию устройств стабилизации — стабилизированные, нестабилизированные;

• по управлению выходными параметрами — регулируемые, нерегулируемые;

• по индикации выходных параметров — без индикации, с индикацией (аналоговой, цифровой);

• по способу соединения — параллельные, последовательные, параллельно-последовательные;

• по способу объединения — раздельные, объединённые звёздами, объединённые кольцами;

• по частоте выпрямляемого тока — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

56.Однофазный однотактный выпрямитель переменного тока.

На выходе пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 КГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.

Недостатки:

Большая величина пульсаций

Сильная нагрузка на вентиль (требуется диод с большим средним выпрямленным током)

Низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора (около 0,45) (не путать с КПД, который зависит от потерь в меди и потерь в стали и в однополупериодном выпрямителе почти такой же, как и в двухполупериодном).

Преимущества:

Экономия на количестве вентилей.

57.Двухтактный однофазный выпрямитель со средней точкой.

В нем вторичная обмотка состоит из двух половин и имеет отвод от середины. Эту схему можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на одну нагрузку. Коэффициент пульсаций р=0,67. Достоинства двухполупериодного выпрямителя:

отсутствие подмагничивания трансформатора;

более высокий КПД;

меньший коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем;

вдвое большая частота пульсаций выпрямленного напряжения, чем в однополупериодной схеме, что облегчает их сглаживание.

Основной недостаток — необходимость второй обмотки, причем обе обмотки работают поочередно и используются примерно на 50%.

58.Двухтактный однофазный выпрямитель мостовой.

состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора. В каждый полупериод открыта пара диодов, расположенных в противоположных плечах моста. Масса и стоимость трансформатора меньше чем с выводом от средней точки, мощность выпрямителя выше за счет более рационального использования трансформатора. Частота пульсаций, как и в предыдущей схеме, вдвое больше частоты сети.

59.Однотактный трехфазный выпрямитель со средней точкой.

Достоинства:

-Высокая надежность

Недостатки:

-Намагничивание сердечника трансформатора

Потеря в мощности идет в трансформаторе, в самих вентилях, в сглаживающем фильтре, и еще в системе управления.

60.Двухтактный трехфазный выпрямитель мостовой.

Этот выпрямитель представляет собой мостовые выпрямители для каждой пары трехфазных обмоток, работающие на общую нагрузку. Соединяя в себе достоинства мостового выпрямителя и трехфазного питания, он имеет настолько низкий уровень пульсаций, что позволяет работать почти без сглаживающего конденсатора или с небольшой его емкостью.

Недостатки: Увеличенное количество вентилей. Выпрямитель также не может быть применен для работы в однофазной бытовой сети

61.Фильтры.

устройство для выделения желательных компонентов спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных.

Емкостной фильтр

Индуктивный

RC- и LC- фильтры являются более сложными, обеспечивают значительно большее уменьшении коэффициента пульсации. LC-фильтры используются в силовых электрических цепях для гашения помех и для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямителя. В каскадах радиоэлектронной аппаратуры часто применяются перестраиваемые LC-фильтры, например, простейший LC-контур, включенный на входе средневолнового радиоприёмника обеспечивает настройку на определённую радиостанцию.

62.Принцип построения управляемого выпрямителя на тиристорах.

В выпрямительных схемах тиристоры лучше работают при активной нагрузке или при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента.

В управляемый выпрямитель тиристор вводят как обычный вентиль, а к его управляющему электроду подводят от цепи управления (ЦУ) импульсы, включающие тиристоры с запаздыванием на угол a относительно выпрямляемого напряжения. Через тиристор VS1, включающийся в момент, соответствующий wt =a на выход выпрямителя передается напряжение первой фазы вторичной обмотки e21. При wt=p напряжение e21 становится отрицательным, однако тиристор запереться не может, так как это привело бы к обрыву тока, проходящего через дроссель L. Индуктивность дросселя L выбирают большей критической, чем и поддерживают непрерывный ток. Поэтому в те моменты, когда e21 отрицательно, на дросселе L наводится ЭДС самоиндукции с полярностью и значением, обеспечивающими напряжение на катоде, меньше e21.

При wt=p+a открывается тиристор VS2, через который на выход передается напряжение e22, являющееся на данном этапе положительным. Ток дросселя переходит на вторую фазу, а тиристор VS1 оказавшись обесточенным и смещенным в обратном направлении, запирается и т. д. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя e0 создается лишь теми частями напряжений вторичных полуобмоток E21 и E22, которые соответствуют открытому состоянию тиристоров.

63.Схемы управления тиристорами.

Управление тиристорами наи­более эффективно при использовании источников переменного и импульсного напряжения. В схеме на рис. 3,а тиристор отпирается в момент подачи сигнала управления и в течение интервала вре­мени (t₁<t<π) через него протекает ток, определяе­мый параметрами нагрузки

Когда на управляющий электрод тиристора сигналы управления не поступают (интервал 0<t<t₁) или если к тиристору приложено обратное напряжение (интер­вал t₂<t<t₃), то приложенное напряжение практически полностью падает на тиристоре, т. е. он заперт. Изменяя угол открытия а, можно регулировать ток в нагрузке в течение положительного полупериода питающего на­пряжения.

схеме на рис. 3,в симметричный тиристор прово­дит в течение положительного и отрицательного полу­периодов. Если нагрузка Z_H носит чисто активный характер, то при включении тиристора СТ форма кривой тока повторяет форму кривой приложенного напряжения. В этом случае угол закрытия β всегда равен π.

Управление симме­тричными тиристорами можно производить и непосредственно от се­ти переменного тока. Когда в схеме (рис. 4) контакт К реле Р разомкнут, к управляю­щему электроду тиристорa СТ сигнал не поступа­ет и он заперт. При за­мыкании контакта К на вход тиристора СТ через ограничительный резистор R_y поступает сигнал и пе­реключает прибор в про­водящее состояние. Бу­дучи включенным, тири­стор СТ шунтирует цепь контакта К, ограничивая ток через него.

64.Генераторы гармонических колебаний.

Устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний синусоидальной формы требуемой частоты и мощности. В них часто используются LC-контуры.

Если зарядить емкость до определенного напряжения, в нем будет запасена определенная энергия. Теперь замкнем конденсатора на индуктивность. Для предотвращения затухания колебаний нужно периодически подавать в контур доп. Энергию. Обычно содержат каскад охваченный ПОС, которая обеспечивает устойчивый режим самовозбуждения. Коэф. Усиления компенчируется коэф. Обратной связи K*x = 1. Баланс фаз, возникший на входе сигнал после прохождения усилителя и цепи обратной связи должен возратится на вход устройства без изменения своей фазы.

65.Цифровая электроника.

цифровой сигнал - это сигнал, который может принимать только два значения, причем разрешены некоторые отклонения от этих значений (рис. 1.1). Например, напряжение может принимать два значения: от 0 до 0,5 В (уровень нуля) или от 2,5 до 5 В (уровень единицы). Устройства, работающие исключительно с цифровыми сигналами, называются цифровыми устройствами.

Все операции, производимые электронными устройствами над сигналами, можно условно разделить на три большие группы:

обработка (или преобразование);

передача;

хранение.

цифровые сигналы, имеющие всего два разрешенных значения, защищены от действия шумов, наводок и помех гораздо лучше.

Устройства в которых действуют цифровые сигналы называют цифровыми.