Сызықтық- өзгеруші кернеу генераторы (СӨКГ).

Сызықты - өзгермелі немесе аратәріздес кернеулік деп, бір уақыт ішінде өзгеретін сызықтан, бір бастапқы деңгейден екінші деңгейге дейін, ал кейін уақыт аралығында бастапқы мәніне оралады. Құрылғы, қалыптастырушы осындай кернеудің түрін, сызықты -өзгермелі кернеу генераторлары (СӨКГ) немесе аратәріздес генераторлар кернеуі деп аталады.

Сурет 1. Параметрлерді табу диаграммасы ( СӨКГ ) (а) СӨКГ құрылымдық және параллельдік схемасы мен (б) және жүйелік портымен (в) қарапайым қосу коммутаторлық элементте сызықты өзгермелі кернеу мінездемелік параметрлері (сурет 1,а):

1. Бастапқа деңгеймен U₀;

2. Шығу кернеуімен құлаштау U_m;

3. Жұмыстың жүруінің ұзақтығы T_p;

4. Қайта жүруінің ұзықтығы немесе уақыт аралығымен қалпына келу Т_в;

5. Периодтық қайталау импульсі T;

6. Орташа жұмыстың жылдамдық жүрісі К_{с p} = U_m/T_p;

7. Сызықтық емес коэффицентпен , мұнда К_н және К_к – біркелкі болатындығы жылдамдық мәнінде, бастапқы және соңғы жұмыстың жүрісінде.

Сызықты өзгеруші кернеу үдемелі және кемімелі болуы мүмкін,бірақ бұл кезде әрине схеманың генераторлық құрылысы өзгеріске ұшырайды.

Ереже бойынша, ( СӨКГ ) негізі қолданбалы өзіндік ерекшеліктердің конденсаторды интеграциялау ағым ток арқылы өтуі:

Сызықты өзгермелі генераторын алу үшін u(t) қажетті, айтылған жөн жұмыстың кезінде тоқпен (І) зарядталған немесе разрядталған

Яғни, негізгі генератордың элементтары болып сызықты кернеу болуы керек: интеграциялық конденсатор С; зарядтық (разрядтық) тізбек, қалыптастырушы зарядтық (разрядтық) ток конденсаторы жұмыс күйінде; коммутациялық тізбек бастапқы қалпына келтіру үшін кернеу жұмыс аяқталу кезінде.

(СӨКГ) құру кезінде екі негізгі структуралық схеманы қолданамыз: паралельдік қосылу коммутация элементімен (Сурет 1, б) және жүйелік портымен қосылу коммутациялық элементте (Сурет 1, в).

Бірінші схемада сызықты өзгеру кернеуі кондесатор зарядталып жатқан кезде С.В деңгейі қалпына келуінен тез разрядталады.Екінші схемада кернеу қалпына келеді – яғни конденсатор зарядталған кезде, ал сызықты өзгеру кернеуі – оның разрядталу кезінде.

Сызықты өзгермелі кернеу генераторы автотербелістік түрде жұмыс істей алады, сол сияқты күту режимдарында да..

Сызықты өзгермелі кернеуді кеңінен өлшеу техникаларында және автоматтандыруда қолданады.

Оны осциллографтардың электронды-сәулелік түтікшелерінде сәулені жаймалау(развертка) үшін, уақытша интервалға дәлділікті кернеуді түрлендіру құрылғыларында, ал сонымен қатар кеңейту мен импульсты уақытша кідірту құрылғыларында қолданады. Сызықты өзгермелі кернеу генератор параметрлеріне тұтастық белгілеуге тәуелділігі, әртүрлі талаптармен ұсынылады. Көптеген жағдайда алу керек: U_m - бірліктен жүздік вольтке дейін; Т_р- бірнеше микросекундтан мың миллисекундқа дейін; Т_вос-

- (0,05÷0,2)Т_р; ξ— 0,01-ден 10 % дейін. Біршама аратәріздес кернеудің қарапайым генераторы болып, резистор арқылы зарядталатын конденсатор С, үлкен жеткілікті кедерегісі бар, және коммутациялайтын элементті бар бастапқы кернеуге дейін периодты түрде разрядталады. Транзисторлы генератордың варианттарынын біреуі сурет 2, а көрсетілген. СӨКГ күтуші режимде жұмыс істейді. Бастапқы күйде Т транзистор ашық және қанықан, конденсатордағы С кернеу U₀ тең (сурет 2, б). Транзистордың Т базасына оң полярлықтың басқарушы кернеуін u_y берген кезде, ол соңғы жабылады және конденсатор С кедергі R_к арқылы зарядтала бастайды.Конденсаторда С кернеу және зарядты ток экспоненциальды заң бойынша өзгереді.

Сурет 2. СӨКГ схемасы (а) оның шығыс кернеуінің өзгеру диаграммасы (б)

Тұрақты токтың ұлғайуы R_KC, сызықты емес коэффициенттің азаюуы, бір уақытта шығыс кернеудің U_m азаюуына алып келеді. Демек, U_m нақты мәннің алу үшін Е кернеуін көтеру керек. СӨКГ жұмысынын эффективтігін бағалау үшін, кернеуді қолдану коэффициенттің енгізеді Е:

К_Е= U_m/E.

Осындай қарапайым схеманың кемшіліктері, сызықты емес коэффициенттің кіші мәні берілген кезде және де салыстырмалы үлкен емес шығыс кернеуінде U_m кернеу көзі аса үлкен болып алынады, кернеуді қолдану коэффициенті-кіші болады.Сонымен, U_m = 10 В және ξ = 0,01 кезінде Е кернеу 1000В –тен үлкен болу керек, көбінесе бірақ орындалмайды. Сызықты шығыс кернеуіне жоғарғы талап қойылған кезде СӨКГ схемасын күрделетін істеу керек. Осындай кезде шығыс кернеудің сызықты типтік әдістері келесімен белгілеу керек:

Интегралдайтын тізбекте резистордын орынына сызықты емес токтыстабилизациялайтын элементті қолдану.

2. Кернеу бойынша келесі кері байланысты қолдану.

3. Кернеу бойынша сыйымдылықты кері байланысты күшейткіш элементтің кіріс және шығыс аралықтарында қолдану.

Стабилизация тогы бар генераторлар. Мұндай генераторларда токстабилизациялайтын элемент есебінде биполярлық транзистор немесе кернеу-ток түрлендіргіштері қолданылады, ОК-тен жасалынған. Биполярлық транзистордың вольт-амперлік сипаттамалары, сызықты емес сипаттамасы ашық түрде көрсетілген, сондықтан оларды R_K кедергі орнына қолдану шығыс кернеудің сызықтығын көтермелеуге нақты көмектеседі.Шынымен - ақ, транзистордың i_k тогы активті режимде u_кэ кернеуден аз тәуелді, демек, конденсаторда С кернеу өзгеруі бұл токты елеулі түрде өзгертпейді. Бірақ та практикада бұл сызықтылықты көтермелеу, заң бойынша, жеткіліксіз. Сондықтан транзистор теріс кері байланысты басып алады. Нәтижесінде каскадтың шығыс ВАС горизонтальды оське параллельді болады. Тізбек мысалында стабилизациянын осындай принципін қарастырамыз сурет 3, а. көрсетілген. База мен эмиттер u_бэ арасындағы кернеу, демек, база тогы i_б кернеу әртүрлігімен анықталады, эмиттер тогы және тұрақты кернеумен шартталған Е_см:

u_бэ=i_эR_э-E_см

Транзистор активті ауданда жұмыс істеу үшін, тізбектер параметрлерін таңдау керек. Қандай да болмасын эмиттер тогынын i_э өзгеруі i_б бағыт бойынша өзгерістерге u_Rэ, u_бэ алып келеді, бұл өзгерісті азайтатын. Сөйтіп транзистор арқылы токты стабилизациялайтын, теріс кері байланыс іске асады.. Расында да, егер кернеуді, транзисторлардың коллетор-база электродтар арасында қойылған, горизонтальды осьтің ВАС параллельді емес салдарынан азайды, i_K тогы бірнешеге кішірейді. Бұл i_э тогы мен u_Rэ.кернеуінің біруақытта азаюуына алып келеді.Транзистордың базасында теріс потенциал жоғарлайды, база тогы ұлғаяды, сәйкесінше тогы i_к ұлғаяды.Осы процесстердің нәтижесінде тізбектегі ток қойылған кернеуден аз тәуелді, яғни тізбек жеткілікті эффективті стабилизатор тогы болады. Токтыстабилизациялайтын транзисторы бар генератордың қысқартылған схемасы сурет 3, б көрсетілген.

Сурет 3. Токтыстабилизациялайтын элемент схемасы (а);

Токтыстабилизациялайтын элементі бар СӨКГ (б)

Қарастырылған генератор схемасынан ол, резистор орыннына Т₁ транзисторда стабилизатор тогы қосылғандықтан ерекшелінеді. T₂ транзисторы кілтік режимде, конденсатордың С тез разрядталуын қамтамасыз етеді. Мұндай сызықты-өзгермелі кернеу генераторы күтуші режимде жұмыс істейді.

Дәріс тақырыбы.

Сызықтық- өзгеруші кернеу генераторы (СӨКГ)

Сызықты - өзгермелі немесе аратәріздес кернеулік деп, бір уақыт ішінде өзгеретін сызықтан, бір бастапқы деңгейден екінші деңгейге дейін, ал кейін уақыт аралығында бастапқы мәніне оралады. Құрылғы, қалыптастырушы осындай кернеудің түрін, сызықты -өзгермелі кернеу генераторлары (СӨКГ) немесе аратәріздес генераторлар кернеуі деп аталады.

Сурет 1. Параметрлерді табу диаграммасы ( СӨКГ ) (а) СӨКГ құрылымдық және параллельдік схемасы мен (б) және жүйелік портымен (в) қарапайым қосу коммутаторлық элементте сызықты өзгермелі кернеу сипаттамалық параметрлері (сурет 1,а):

1. Бастапқа деңгеймен U₀;

2. Шығу кернеуімен құлаштау U_m;

3. Жұмыстың жүруінің ұзақтығы T_p;

4. Қайта жүруінің ұзықтығы немесе уақыт аралығымен қалпына келу Т_в;

5. Периодтық қайталау импульсі T;

6. Орташа жұмыстың жылдамдық жүрісі К_{с p} = U_m/T_p;

7. Сызықтық емес коэффицентпен , мұнда К_н және К_к – біркелкі болатындығы жылдамдық мәнінде, бастапқы және соңғы жұмыстың жүрісінде.

Сызықты өзгеруші кернеу үдемелі және кемімелі болуы мүмкін,бірақ бұл кезде әрине схеманың генераторлық құрылысы өзгеріске ұшырайды.

Ереже бойынша, ( СӨКГ ) негізі қолданбалы өзіндік ерекшеліктердің конденсаторды интеграциялау ағым ток арқылы өтуі:

Сызықты өзгермелі генераторын алу үшін u(t) қажетті, айтылған жөн жұмыстың кезінде тоқпен (І) зарядталған немесе разрядталған

Яғни, негізгі генератордың элементтары болып сызықты кернеу болуы керек: интеграциялық конденсатор С; зарядтық (разрядтық) тізбек, қалыптастырушы зарядтық (разрядтық) ток конденсаторы жұмыс күйінде; коммутациялық тізбек бастапқы қалпына келтіру үшін кернеу жұмыс аяқталу кезінде.

(СӨКГ) құру кезінде екі негізгі структуралық схеманы қолданамыз: паралельдік қосылу коммутация элементімен (Сурет 1, б) және жүйелік портымен қосылу коммутациялық элементте (Сурет 1, в).

Бірінші схемада сызықты өзгеру кернеуі кондесатор зарядталып жатқан кезде С.В деңгейі қалпына келуінен тез разрядталады.Екінші схемада кернеу қалпына келеді – яғни конденсатор зарядталған кезде, ал сызықты өзгеру кернеуі – оның разрядталу кезінде.

Сызықты өзгермелі кернеу генераторы автотербелістік түрде жұмыс істей алады, сол сияқты күту режимдарында да..

Сызықты өзгермелі кернеуді кеңінен өлшеу техникаларында және автоматтандыруда қолданады.

Оны осциллографтардың электронды-сәулелік түтікшелерінде сәулені жаймалау(развертка) үшін, уақытша интервалға дәлділікті кернеуді түрлендіру құрылғыларында, ал сонымен қатар кеңейту мен импульсты уақытша кідірту құрылғыларында қолданады. Сызықты өзгермелі кернеу генератор параметрлеріне тұтастық белгілеуге тәуелділігі, әртүрлі талаптармен ұсынылады. Көптеген жағдайда алу керек: U_m - бірліктен жүздік вольтке дейін; Т_р- бірнеше микросекундтан мың миллисекундқа дейін; Т_вос-

- (0,05÷0,2)Т_р; ξ— 0,01-ден 10 % дейін. Біршама аратәріздес кернеудің қарапайым генераторы болып, резистор арқылы зарядталатын конденсатор С, үлкен жеткілікті кедерегісі бар, және коммутациялайтын элементті бар бастапқы кернеуге дейін периодты түрде разрядталады. Транзисторлы генератордың варианттарынын біреуі сурет 2, а көрсетілген. СӨКГ күтуші режимде жұмыс істейді. Бастапқы күйде Т транзистор ашық және қанықан, конденсатордағы С кернеу U₀ тең (сурет 2, б). Транзистордың Т базасына оң полярлықтың басқарушы кернеуін u_y берген кезде, ол соңғы жабылады және конденсатор С кедергі R_к арқылы зарядтала бастайды.Конденсаторда С кернеу және зарядты ток экспоненциальды заң бойынша өзгереді.

Сурет 2. СӨКГ схемасы (а) оның шығыс кернеуінің өзгеру диаграммасы (б)

Тұрақты токтың ұлғайуы R_KC, сызықты емес коэффициенттің азаюуы, бір уақытта шығыс кернеудің U_m азаюуына алып келеді. Демек, U_m нақты мәннің алу үшін Е кернеуін көтеру керек. СӨКГ жұмысынын эффективтігін бағалау үшін, кернеуді қолдану коэффициенттің енгізеді Е:

К_Е= U_m/E.

Осындай қарапайым схеманың кемшіліктері, сызықты емес коэффициенттің кіші мәні берілген кезде және де салыстырмалы үлкен емес шығыс кернеуінде U_m кернеу көзі аса үлкен болып алынады, кернеуді қолдану коэффициенті-кіші болады.Сонымен, U_m = 10 В және ξ = 0,01 кезінде Е кернеу 1000В –тен үлкен болу керек, көбінесе бірақ орындалмайды. Сызықты шығыс кернеуіне жоғарғы талап қойылған кезде СӨКГ схемасын күрделетін істеу керек. Осындай кезде шығыс кернеудің сызықты типтік әдістері келесімен белгілеу керек:

Интегралдайтын тізбекте резистордын орынына сызықты емес токтыстабилизациялайтын элементті қолдану.

2. Кернеу бойынша келесі кері байланысты қолдану.

3. Кернеу бойынша сыйымдылықты кері байланысты күшейткіш элементтің кіріс және шығыс аралықтарында қолдану.

Стабилизация тогы бар генераторлар. Мұндай генераторларда токстабилизациялайтын элемент есебінде биполярлық транзистор немесе кернеу-ток түрлендіргіштері қолданылады, ОК-тен жасалынған. Биполярлық транзистордың вольт-амперлік сипаттамалары, сызықты емес сипаттамасы ашық түрде көрсетілген, сондықтан оларды R_K кедергі орнына қолдану шығыс кернеудің сызықтығын көтермелеуге нақты көмектеседі.Шынымен - ақ, транзистордың i_k тогы активті режимде u_кэ кернеуден аз тәуелді, демек, конденсаторда С кернеу өзгеруі бұл токты елеулі түрде өзгертпейді. Бірақ та практикада бұл сызықтылықты көтермелеу, заң бойынша, жеткіліксіз. Сондықтан транзистор теріс кері байланысты басып алады. Нәтижесінде каскадтың шығыс ВАС горизонтальды оське параллельді болады. Тізбек мысалында стабилизациянын осындай принципін қарастырамыз сурет 3, а. көрсетілген. База мен эмиттер u_бэ арасындағы кернеу, демек, база тогы i_б кернеу әртүрлігімен анықталады, эмиттер тогы және тұрақты кернеумен шартталған Е_см:

u_бэ=i_эR_э-E_см

Транзистор активті ауданда жұмыс істеу үшін, тізбектер параметрлерін таңдау керек. Қандай да болмасын эмиттер тогынын i_э өзгеруі i_б бағыт бойынша өзгерістерге u_Rэ, u_бэ алып келеді, бұл өзгерісті азайтатын. Сөйтіп транзистор арқылы токты стабилизациялайтын, теріс кері байланыс іске асады.. Расында да, егер кернеуді, транзисторлардың коллетор-база электродтар арасында қойылған, горизонтальды осьтің ВАС параллельді емес салдарынан азайды, i_K тогы бірнешеге кішірейді. Бұл i_э тогы мен u_Rэ.кернеуінің біруақытта азаюуына алып келеді.Транзистордың базасында теріс потенциал жоғарлайды, база тогы ұлғаяды, сәйкесінше тогы i_к ұлғаяды.Осы процесстердің нәтижесінде тізбектегі ток қойылған кернеуден аз тәуелді, яғни тізбек жеткілікті эффективті стабилизатор тогы болады. Токтыстабилизациялайтын транзисторы бар генератордың қысқартылған схемасы сурет 3, б көрсетілген.

Сурет 3. Токтыстабилизациялайтын элемент схемасы (а);

Токтыстабилизациялайтын элементі бар СӨКГ (б)

Қарастырылған генератор схемасынан ол, резистор орыннына Т₁ транзисторда стабилизатор тогы қосылғандықтан ерекшелінеді. T₂ транзисторы кілтік режимде, конденсатордың С тез разрядталуын қамтамасыз етеді. Мұндай сызықты-өзгермелі кернеу генераторы күтуші режимде жұмыс істейді.

*а) 1 — үстінгі обкладка; 2 — төменгі обкладка; 3— диэлектрик; 4— қосатын металлдық жолақ

б)1-резистор; 2- металлизация жолағы; 3-баспа (навес) корпуссыз транзистор

в) 1 - төсеніш қабат, 2 – резистор, 3 - диэлектрик

г) 1 - қосатын металлдық жолақ, 2 – резистор, 3 — үстінгі обкладка; 4 — төменгі обкладка

Дәріс тақырыбы