Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Лекція №5. Підсилювачі

Тип роботи: 
Лекція
К-сть сторінок: 
8
Мова: 
Українська
Оцінка: 

і з загальним затвором. Найбільш часто застосовують схему з загальним витоком (рис. 5. 3).

Особливістю підсилюючого каскаду на базі польового транзистора є те, що початкове від’ємне зміщення на затворі щодо витоку створюється опором Rв. Ємність Св, через яку протікає змінна складова струму витоку, стабілізує зміщення при Uвх =0. Опір Rз у колі затвора, приблизно рівний 1 МОм, забезпечує гальванічний зв'язок із джерелом живлення і стабілізує вхідний опір транзистора. Зі стокового резистора Rс через розділюючу ємність знімається вихідна напруга Uвих.
 
Рис. 5.3. Схема одного каскаду напівпровідникового підсилювача на польовому транзисторі.
З ростом на затворі від’ємного потенціалу збільшується опір струмопровідного каналу і струм витоку Ів зменшується. Тому при від’ємному напівперіоді Uвх струм Ів зменшується і Uвих збільшується. При додатному напівперіоді струм Ів зростає, а Uвих  зменшується. При цьому напруга Uвих зміщується відносно Uвх на кут 180°.
Параметри польових і біполярних транзисторів залежать від температури. Щоб зменшити вплив температури на роботу напівпровідникових підсилювачів, використовують від’ємні зворотні зв'язки і вводять температурну компенсацію за допомогою терморезисторів.
Поєднання каскадів, виконаних на польових і біполярних транзисторах, дозволяє створювати підсилювачі з високим вхідним опором і високою вихідною потужністю, що розширює застосування напівпровідникових підсилювачів в різних пристроях автоматики і вимірювальної техніки.
У більшості випадків схема підсилювача складається з декількох каскадів (рис. 5.4). Перший каскад здійснює узгодження роботи підсилювача з джерелом вхідного сигналу. Найбільший ефект підсилення досягається при рівності внутрішнього опору джерела вхідного сигналу і вхідного опору першого каскаду. Проміжні каскади підсилюють Uвих до значення, необхідного для роботи вихідного каскаду, у якому відбувається підсилення потужності до заданого значення.
 
Рис. 5.4. Структурна схема підсилювача.
У підсилювачах постійного струму з’єднання каскадів здійснюється за допомогою резисторів, у підсилювачах змінного струму – за допомогою розділяючих елементів – конденсаторів або трансформаторів. При послідовному з'єднанні каскадів коефіцієнт підсилення підсилювача  , де   – коефіцієнти підсилення каскадів.
 
Гідравлічні підсилювачі
Для керування виконавчими органами зі зворотно-поступальним рухом застосовують гідропідсилювачі. Існує багато типів гідропідсилювачів, що відрізняються числом каскадів підсилення, кількістю дроселів, їх взаємним розташуванням, методом керування і конструктивним виконанням.
 
Рис. 5.5. Принципова схема гідравлічного підсилювача.
Найбільше широко в гідроприводі меліоративних машин, затворів і піднімачів використовують гідропідсилювачі з золотником і зворотно-поступальним рухом поршня (рис. 5.5). Вхідним сигналом у підсилювачі є переміщення золотника 1, а вихідним - переміщення поршня 2. При переміщенні золотника вправо рідина під тиском Рн надходить по каналу а у гідроциліндр 3 і на поршні створюється сила тиску  , де  — площа поршня. Рідина з лівої частини циліндра по каналу b; надходить на злив при тиску Рс. Під дією сили F поршень переміщується вліво доти, поки існує вхідний сигнал. Після повернення золотника у вихідне положення канали а і b перекриваються і рух поршня припиняється. Зв'язок між вихідною і вхідною величинами визначається залежністю
 , /5.2/
де k — коефіцієнт пропорційності.
 
При xвx = const  рішенням рівняння /5.2/   є  лінійна  функція
 , /5.3/
де ν – швидкість переміщення поршня.
Залежність /5.3/ показує, що при сталому вхідному сигналі поршень переміщується зі сталою швидкістю, яка залежить від хвх і коефіцієнта k.
Золотники підсилювача виконують відсічними або проточними. У гідропідсилювачі з відсічним золотником ширина бортика золотника більша висоти вікна в гільзі і тому підсилювач має зону нечутливості. Перекриття вікна дозволяє фіксувати положення поршня. У гідропідсилювачі з проточним золотником ширина бортика дорівнює висоті вікна в гільзі і це підвищує чутливість підсилювача. Однак через витікання рідини може відбутися самовільне переміщення поршня під дією навантаження. Цей недолік усувають введенням зворотного зв'язку за положенням поршня (рис. 5.5, штрихова лінія).
У підсилювачі зі зворотним зв'язком переміщення золотника щодо каналів а і b дорівнює різниці переміщень самого золотника і гільзи
 , /5.4/
де l1 і l2 – довжини пліч важеля АВ, і залежність між вихідною і вхідною величинами матиме вид
 . /5.5/
Після диференціювання вираз /5.5/ приводиться до виду
 , /5.6/
де   – коефіцієнт підсилення підсилювача;   – стала часу підсилювача.
Отже, гідропідсилювач зі зворотним зв'язком є інерційним і переміщення поршня пропорційно переміщенню золотника.
 
Релейні підсилювачі
В позиційних системах керування для перетворення безперервних сигналів у дискретні застосовуються релейні підсилювачі. Для них характерним є те, що при досягненні вхідним сигналом заданого значення вихідний сигнал змінюється стрибком. Як релейні елементи переважно використовують електромагнітні реле, герметизовані контакти (геркони) і перемикаючі напівпровідникові схеми.
Електромагнітне реле з поворотним якорем (рис. 5.6, а) працює у такий спосіб. При протіканні в обмотці 1 струму керування Ік виникає магнітний потік, що замикається через осердя 2, магнітопровід 3, якір 4 і повітряний проміжок між якорем і осердям. Утворена магнітним потоком електромагнітна сила притягання зумовлює спрацювання реле і його розмикаючий контакт 6 розмикається, а замикаючий контакт 7 замикається. Відпускання реле відбувається під дією пружини 5.
Із статичної характеристики (рис. 5.6, б) випливає, що при Ік=Іспр відбувається замикання контактів 7 і вихідний сигнал стрибком досягає граничного значення. Подальше зростання струму Ік не викликає зміни вихідного сигналу. При зменшенні струму Ік розмикання відбувається при Ік=Івідпр<Іспр. Це зумовлене тим, що відпусканню якоря перешкоджає залишковий магнітний потік.
Основний недолік реле - швидкий знос контактів в умовах підвищеної вологості. Щоб підвищити час безвідмовної роботи, контакти герметизують.
 
Рис. 5.6. Конструктивна схема електромагнітного реле (а) і його характеристика (б).
 
Геркон являє собою скляну колбочку 1, у яку впаяні контактні пружини 2 з магнітного матеріалу (рис. 5.7). Пружини виконують роль магнітопровода. Замикання контактів відбувається під дією магнітного поля, створеного струмом у котушці 3, або постійним магнітом. Геркони випускаються з замикаючим, розмикаючим і пермикаючим контактами. Число спрацювань герконів досягає 1*109, що на два порядки вище, ніж число спрацювань реле.
Крім контактних, усе більш широко застосовують безконтактні релейні підсилювачі, виконані на основі транзисторних, тиристорних і інших елементів.
Схема релейного підсилювача на основі транзистора p-n-p типу наведена на рис. 5.8, а. У вихідному стані транзистор закритий напругою Uзм і через опір навантаження Rн протікає невеликий струм  . При подачі на вхід від’ємної напруги   транзистор повністю відкривається, його опір зменшується майже до нуля і струм колектора зростає до значення, обумовленого опором Rн. Для зменшення часу відкриття опір R1 шунтують ємністю С1. При знятті вхідного сигналу транзистор закривається і струм колектора зменшується до значення Ік0. 
 
Рис. 5.8. Схеми релейних підсилювачів:  а - на основі транзистора типу p-n-p; б - на основі тиристора.
Коли необхідно керувати релейним підсилювачем за допомогою імпульсів, то як підсилюючі елементи використовують тиристори, що можуть знаходитися в двох стійких електричних станах: у відкритому (велика провідність) і у закритому (мала провідність). Схема тиристорного підсилювача складається з двох тиристорів (рис. 5.8, б). У вихідному стані обидва тиристори закриті і напруга на ємності С дорівнює нулю. При подачі на керуючий електрод імпульсу тривалістю від однієї до десятків мікросекунд відбувається відмикання тиристора VT1 і струм у зовнішньому колі практично миттєво зростає від струму витоку Івит, що не перевищує декількох мікроампер, до значення, обумовленого опором навантаження Rн. Одночасно через резистор Rт заряджається конденсатор С до напруги, близької до Ек. У цьому стані схема може знаходитися як завгодно довго.
Щоб закрити тиристор VT1, на тиристор VT2 подають керуючий імпульс і тиристор VT2 відкривається. При відкритому тиристорі VT2 конденсатор С розряджається на тиристор VT1, струм навантаження переривається і VT1 закривається. Після цього конденсатор С знову заряджається через опір Rн і схема підготовлюється для повторного включення.
Тому що заряд і розряд комутуючої ємності С через тиристор VT2 триває короткочасно, то його вибирають значно меншої потужності. Шунтуючий діод VД застосовують при індуктивному навантаженні.
Перемикаючі схеми на тиристорах характеризуються високою надійністю, великим терміном служби і високим к.к.д. Сучасні тиристори дозволяють комутувати струми до сотень кілоампер при напрузі до декількох тисяч вольт.
Для комутації напруги в колах змінного струму застосовують двопровідні тиристори (семістори). 
Фото Капча