Частота пульсаций равна частоте переменного тока

Справочный материал по электронике

1. Элементная база современных электронных устройств

Электронный блок или электронное устройство содержит практически все основные элементы — резисторы, конденсаторы, а также полупроводниковые прибо­ры: диоды, транзисторы, интегральные схемы (ИС) и микро-ЭВМ.

Диоды и транзисторы используются для выпрямления или усиления сигналов. Поэтому их принято называть активными элементами. В отличие от них резисторы и конденсаторы слу­жат только для передачи сигналов. В этой связи их принято называть пассивными элементами.

Рис.1. Конденсатор постоянной ёмкости -1, переменный конденсатор -2, электролитический конденсатор - 3, постоянный резистор -4, переменный резистор -5, терморезистор – 6.

ток заряда конденсатора,

постоянная времени заряда конденсатора через резистор,

ток в цепи с резистором (закон Ома),

сопротивление цепи.

Эквивалентная емкость параллельно соединенных конденсаторов:

При последовательном соединении:

Рис.2. Трансформатор однофазный – 1, катушка индуктивности – 2, трёхфазный трансформатор звезда/звезда – 3 и звезда/треугольник -4, автотрансформатор -5.

Рис.3. Полевые (униполярные) транзисторы. С изолированным затвором – 2.

Рис.4. Биполярный транзистор (его выводы: Б - база, К – коллектор, Э – эмиттер) – 1, стабилитрон – 2, тиристор – 3, варикап – 4, выпрямительный диод – 5.

Рис.5. Стабилизатор напряжения на стабилитроне VD и его ВАХ.

Рис.6. ВАХ тиристора.

Рис.7. ВАХ выпрямительного диода.

Рис.8. Зависимость ёмкости от напряжения варикапа.

Рис. 9. Светодиод – 1, фотодиод – 2, фототранзистор – 3.

Рис.10. Полевой (униполярный) транзистор с изолированным затвором – 1, микросхема (МС) - логический элемент «ИЛИ» - 2, полевой (униполярный) транзистор – 3, микросхема (МС) - логический элемент «И» - 4, микросхема (МС) - инвертор -5.

Рис.11. Схемы включения транзисторов: 1 – с общей базой, 2 – с общим эмиттером, 3 – с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

2. Источники вторичного электропитания

а. Однофазный однополупериодный выпрямитель

Рис.1. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя и диаграммы напряжений. Верхняя – на входе выпрямителя, средняя – на выходе, нижняя – выпрямленный ток.

Частота пульсаций равна частоте переменного тока.

б. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

Рис.2 а - схема мостового выпрямителя, б - диаграммы напряжений и токов: верхняя - входное напряжение, средняя – выходное напряжение, нижняя – выпрямленного тока.

Частота пульсаций равнаудвоеннойчастоте переменного тока.

Рис.3 а - схема нулевого выпрямителя, б - диаграммы напряжений и токов: верхняя - входное напряжение, средняя – выходное напряжение, нижняя – выпрямленного тока.

Обратное напряжение в2 раза больше, чем у мостового. Частота пульсаций равнаудвоеннойчастоте переменного тока.

в. Трехфазный нулевой выпрямитель

Рис.4 а - схема трехфазного нулевого выпрямителя, б - диаграммы напряжений: верхняя - входное напряжение, нижняя – выходное напряжение.

Частота пульсаций равнаутроеннойчастоте переменного тока.

в. Трехфазный мостовой выпрямитель

Рис.5.Схема трехфазного мостового выпрямителя.

Рис.6 Диаграммы напряжений трехфазного мостового выпрямителя.

Частота пульсаций равна ушестерённой частоте переменного тока.

СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры. Их устанавливают на выходе выпрямителя. Схемы наиболее распространенных типов сглаживающих фильтров приведены на рисунках 1 - 4.

Эффективность сглаживающего фильтра оценивают отношением коэффициентов пульсаций входного (до фильтра) и выходного (после фильтра) напряжений: , где - коэффициент сглаживания; - коэффициенты пульсаций выпрямленного напряжения до и после фильтра.

Рис. 5 Диаграмма напряжений: 1 – на входе сглаживающего фильтра, 2 – на его выходе.

3. Аналоговая электроника

Усилители на транзисторах

Рис.1 Схемы включения транзисторов: 1 – с общей базой, 2 – с общим эмиттером, 3 – с общим коллектором.

Рис.2 Типовая схема усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе.

Рис.3 Характеристики усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе: динамическая входная характеристика , повернутая на 90⁰; переходная характеристика ; выходные характеристики .

Точки С и А находятся в зоне насыщения, точки D и В соответственно в зоне отсечки, а точка покоя Q в рабочей зоне.

Рис.4 Диаграмма входного и выходного напряжения усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе.

Инверсия фазы учитывается знаком минус в формулах выходного напряжения и коэффициента усиления.

Усилители характеризуются рабочим диапазоном частот, внутри которого коэффициент усиления можно считать постоянным и определяется с помощью амплитудно–частотной характеристики (АЧХ).

Рис.1

Обратная связь

Рис.2

Введение обратной связи позволяет создавать не только усилители с необхомимыми свойствами, но и новые классы электронных схем с различными функциональными характеристиками (генераторы, стабилизаторы и т.д.)

Для усилителя с отрицательной обратной связью по напряжению получим:

При , коэффициент усиления с обратной связью равен . (Пример: операционный усилитель ОУ)

Рис.3 Схема дифференциального усилительного каскада.

Усилители на ОУ – это усилитель на основе интегрального усилителя постоянного тока.

Рис.4 Условное обозначение ОУ.

Параметры ОУ без обратной связи характеризуются следующими величинами:

, , , ,

где и - входное и выходное сопротивления ОУ, - коэффициент усиления по напряжению ОУ, - входной ток ОУ

Рис.5 Инвертирующий усилитель – а., диаграмма входного и выходного напряжения –б.

Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя с обратной связью:

Рис.6 Неинвертирующий усилитель – а., диаграмма входного и выходного напряжения –б.

Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя с обратной связью:

Рис.7 Схема суммирующего усилителя,

Рис.8 Схема интегрирующего усилителя,

Рис.9 Схема дифференцирующего усилителя,

Рис.10 Схема компаратора - устройства, которое осуществляет сравнение измеряемого входного напряжения с опорным напряжением и диаграмма выходного напряжения.

Разность напряжений является входным напряжением ОУ. При напряжение , в связи с чем . При напряжение и .

ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Избирательным называется усилитель, обладающий способностью выделять полезный сигнал, имеющий заданную частоту, из всего ряда сигналов, поступающих на вход усилителя. Такой усилитель в отличие от широкополосного усилителя имеет узкую полосу пропускания .

ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Генератор представляет собой преобразователь энергии источника постоянного тока в энергию периодических электрических колебаний. Генератор строится на основе усилителя с положительной обратной связью.