. Трехфазные выпрямители. Внешние характеристики выпрямителей.

Применение трехфазных выпрямителей позволяет существенно уменьшить пульсацию выпрямленного тока (или напряжения) на нагрузке. Здесь также возможны одно- и двухполупериодная схемы выпрямления.

Анализ процессов при однополупериодном выпрямлении трехфазного тока. Электрическая схема цепи, обеспечивающей указанный принцип выпрямления, приведена на рис. 12.4, а. Как видно, из рисунка, источник трехфазного переменного тока должен иметь нейтральную точку N, поскольку нагрузочный резистор, подключается между этой точкой и узлом N’, образованным катодами диодов VD1, VD2 и VD3.

Осциллограмма выпрямленного тока при чисто активной нагрузке (рис. 12.4, 6) свидетельствует о поочередной проводимости каждого из диодов выпрямительной схемы (рис. 12.4, а), обусловленной изменениями потенциалов на их анодах. Действительно, в любой момент времени под действием трехфазного напряжения потенциал на аноде только одного из диодов имеет наибольшее значение. Этот диод оказывается в открытом состоянии (показано на рис. 12.4, б штриховкой). Продолжительность проводящего режима для каждого из диодов составляет

а переключения диодов в эти состояния выполняются автоматически под действием источника трехфазного напряжения.

Поскольку в любом из проводящих интервалов осциллограмму тока можно рассматривать как косинусоидальную функцию, симметричную относительно средней линии (показана штрихпунктиром на рис. 12.4, б, получаем средний ток в нагрузке

а действующий ток в нагрузке

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде линейного напряжения (рис. 12.4, а), т.е.

Спектральный состав выпрямленного тока

(12.10)

Из выражения (12.10) видно, что выпрямленный ток содержит помимо постоянной составляющей лишь гармоники, кратные трем: третью, шестую и т. д., т. е. основной является третья гармоника. Тогда коэффициент пульсации тока (по третьей гармонике)

Анализ логических устройств

Эти устройства предназначены для обработки цифровой информации, представляемой в двоичной форме. В этом случае цифровой сигнал может принимать только два значения: логические ноль (0) и единица (1).

Понятия 1 и 0 являются условными, поскольку они отражают два состояния цифровых систем: «включено» и «выключено». При этом, если 1 представляется высоким потенциалом, а 0 — низким, то имеют положительную потенциальную логику. Соотвественно при представлении 1 низшим цотенциалом, а 0 высоким получают отрицательную потенциальную логику. Потенциальная логика широко применяется в интегральной микроэлектронике, поскольку при ее реализации можно избежать использования трансформаторов, конденсаторов и других устройств, трудно изготавливаемых средствами микроэлектронной технологии.

Преобразование информации в цифровых устройствах осуществляется логическими или запоминающими элементами.

Логический элемент — компонент цифрового устройства, выполняющий одну или несколько простейших логических операций.

В общем случае логический элемент может иметь n входов и т выходов. Для удобства и единообразного их описания сигнал на входе обозначают буквой x, а на выходе — буквой у, снабжая их соответствующими индексами, т.е.

Запоминающий элемент — компонент цифрового устройства, обладающий способностью сохранять свое состояние при отсутствии сигнала на входе. В качестве такого элемента служит триггер.

Различают два типа цифровых устройств: комбинационные (однотактные) и последовательностные (многотактные), которые часто называют конечными автоматами.

Комбинационными называют цифровые устройства, в которых значения выходных сигналов определяются заданным в данный момент времени сочетанием входных воздействий. Нетрудно заметить, что в комбинационных логических устройствах отсутствуют запоминающие элементы.

Последовательностными называют устройства, в которых выходные сигналы зависят не только от входных воздействий в заданный момент времени, но и от их предыдущих значений. Последовательностные устройства поэтому в отличие от комбинационных содержат запоминающие элементы. Исследования последовательностных устройств — задача, существенно более сложная, чем комбинационных.

ТРИГГЕРЫ

Триггером называется устройство, имеющее два устойчивых состояния. При отсутствии внешних воздействий триггер может сколь угодно находиться в одном из устойчивых состояний. Вход­ной сигнал может перевести триггер из одного устойчивого состоя­ния в другое. Триггеры могут выполнять функции реле, переключа­телей, элементов памяти. Обычно триггеры имеют один или несколько управляющих входов и два выхода: основной ( Q ) и инверсный ( ).

Триггеры могут быть асинхронными и синхронными (тактируемыми). В асинхронном триггере информация на выходе изменяется од­новременно с изменением входной информации. В синхронных - только в моменты действия тактового (синхронизирующего) импульса. При отсутствии тактового импульса состояние триггера остается неиз­менным несмотря на изменение информации на входе.

Триггеры выполняются на отдельных стандартных (базовых) интегральных логических элементах одной и той же серии. По этому принципу обычно строят RS -триггеры и простые D - триггеры. Более сложные JК- триггеры, Т-триггеры изготовляют в виде от­дельной МС, включающей в себя от одного до четырех отдельных триггеров.

Синхронный JК – триггер

В отличие от асинхронного триггера, который переключается мгновенно при изменении входного сигнала, синхронный триггер воспринимает информацию только при положительном (от 0 к 1) пе­реходе импульсов на тактовом входе и переходит в новое устойчи­вое состояние в момент среза тактового импульса (триггер является двухступенчатым). Такая особенность позволяет синхронизировать во времени изменение состояния многих ячеек одного устройства тем самым исключая его непредусмотренные состояния. Назначение входов К и J аналогичны R и S (сброс и установка). Микросхема К155ТВ1 представляет собой синхронный JК-триггер с дополни­тельными асинхронными установочными инверсными входами R и S.

Асинхронный RS-триггер

Закон функционирования RS -триггера поясняется таблицей истинности (табл.2). S и R - информационные сигналы на входах триггера. Сокращения даны от слов S ( set - установка) и R(reset - сброс). Q_n - выходной логический сигнал до поступ­ления входных сигналов, Q_n+1- то же после воздействия входных сигналов.

Таблица 2

Таблица истинности R-S триггера

S	R	Qn+1
0	0	Qn
0	1	0
1	0	1
1	1	Неопределённость

При подаче сигнала 1 на вход S(set - установка "вклю­чить") триггер переходит в состояние Q_n+1 = 1. При поступлении 1 на вход R (reset - сброс, "отключить") устанавливается Q_n+1 = 0. Следовательно, триггер является аналогом реле. Наряду с этим он служит элементом памяти, т.е. сохраняет информацию о послед­ней из поступивших команд и при отсутствии новых команд на вхо­дах. При S=R=0 состояние триггера не меняется. Совпадение команд S = R= 1 ("включить" - "отключить") недопустимо. При таком сочетании входных сигналов состояние выхода неопределенно и это сочетание не используется.

Счетчики

Счетчиком называют устройство, выходные сигналы которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Счетчики строятся на основе Т-триггеров, считающих до двух. Устройство, образованное цепочкой из Т-триггеров, сможет подсчитать в двоичном коде 2^m импульсов. Каждый из триггеров такой цепи называют разрядом счетчика. Число триггеров m определяют количество разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счетчик, а число 2^m называют коэффициентом счета К_сч .

Нулевое состояние всех триггеров принимается за нулевое состояние счетчика в целом. Остальные состояния нумеруются по числу поступивших входных импульсов. Если число входных импульсов N_вх превысит коэффициент счета К_сч, то происходит переполнение счетчика и он возвращается в нулевое состояние, а затем повторят цикл работы. Таким образом коэффициент счет характеризует число импульсов, необходимое для выполнения одного цикла. Количество входных импульсов и состояние счета взаимно определены только для первого цикла. В общем случае число М, записано в счетчик, и количество входных импульсов N_вх связаны соотношением

М=Nвх - 1 * Ксч (i=0,1,2...п)

Классификация счетчиков

Цифровые счетчики классифицируют следующим образом:

а) по коэффициенту счета - на двоичные, двоично-десятичные, с переменным коэффициентом деления;

б) по направлению счета- на суммирующие, вычитающие, реверсивные;

в) по способу организации внутренних связей - с последовательным переносом, с параллельным переносом, кольцевые, с комбинированным переносом.

Основным эксплуатационными характеристиками счетчика являются его коэффициент счета и быстродействие. Быстродействие оценивается двумя характеристиками: максимальной частотой входного сигнала f_мах и временем установления t_у. Под максимальной частотой счета входного сигнала понимают ту наивысшую частоту, при которой не возникают сбой в работе устройства. Время установления t_уст равно времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счетчика в новое устойчивое состояние. Временные свойства счетчиков зависят от временных характеристик триггеров и способа соединения их между собой.