книги / Физические основы электроники
..pdf
Рис. 8.1
По способу возбуждения колебаний в преобразователе различают схемы с самовозбуждением и с независимым воз буждением. Схемы с самовозбуждением представляют собой генераторы импульсов с внутренней положительной обратной связью. Схемы с независимым возбуждением состоят из за дающего генератора (чаще всего преобразователя с самовоз буждением) и усилителя мощности. Импульсы с выхода за дающего генератора поступают на вход усилителя мощности
иуправляют им.
8.2.Полупроводниковые преобразователи
ссамовозбуждением
Структурная схема преобразователя с самовозбуждением представлена на рис. 8.1.
Такие преобразователи выполняются на мощности до не скольких десятков ватт.
На вход преобразователя подается небольшое напряже ние UBX. В автогенераторе постоянное напряжение преобразу ется в напряжение, имеющее форму прямоугольных импуль сов. Последние с помощью трансформатора изменяются по амплитуде и поступают на вход выпрямителя, после которого на выходе преобразователя (конвертора) получим требуемое по величине и отличающееся от входного напряжение посто янного тока 1/внж.
Вавтогенераторе используется положительная обратная связь трансформатора к переключающим приборам. Эта связь определяет режим генерации импульсов.
Однотактный преобразователь напряжения с самовозбуж дением. В основе работы схемы (рис. 8.2) лежит принцип пре рывания постоянного тока в первичной обмотке импульсного трансформатора с помощью транзистора, работающего в ключевом режиме.
Вколлекторную цепь трансформатора включена первич
ная обмотка трансформатора WK, в эмитгерно-базовую — обмотка обратной связи We. Обмотки размещаются на одном магнигопроводе, поэтому между ними существует магнитная связь. Порядок подключения концов обмоток обеспечивает положительную обратную связь в автогенераторе. При под ключении источника постоянного тока Un в цепи коллектора транзистора Г и в обмотке WKначинает протекать ток, кото рый вызывает нарастающий магнитный поток в магнитопроводе импульсного трансформатора. Этот поток наводит в обмотке обратной связи We ЭДС самоиндукции, которая еще больше открывает транзистор. Когда магнитный поток дос тигнет насыщения, исчезнут ЭДС и токи в обмотках транс форматора, появится противоэлектродвижущая сила, запи рающая транзистор и процесс начинается сначала.
В результате периодического включения транзистора по первичной обмотке трансформатора WKпотечет ток, импуль сы которого будут иметь почти прямоугольную форму. Во
вторичной обмотке трансформатора действуют увеличенные по амплитуде импульсы той же формы, частоты следования и полярности. Эти импульсы затем выпрямляются с помощью однополупериодного выпрямителя. Резистор Re в базе тран зистора ограничивает ток базы.
Мощность таких преобразователей небольшая (несколько ватт). Применяют при высоких напряжениях (7Вых и малых токах.
Указанные недостатки устраняются применением двух тактной схемы автогенераторов.
8.3. Попупроводниковые преобразователи на пряжения с независимым возбуждением
При мощностях свыше 30-50 Вт применяются преобразо ватели с независимым возбуждением, структурная схема ко торых представлена на рис. 8.3. В качестве задающего генера тора используется преобразователь напряжения с самовозбу ждением, который управляет транзисторами усилителя мощ ности.
Полупроводниковые преобразователи с независимым воз буждением классифицируются по типу усилителей мощности. Различают двухтактные и мостовые схемы.
В двухтактной схеме усилитель мощности выполняется по схеме (рис. 8.4). Усилитель выполнен на транзисторах Т\ и Тг и трансформаторе Трг. Напряжение управления прямо угольной формы подается на базы транзисторов со вторич ных обмоток трансформатора Тр\, задающего генератора (ЗГ). В течение первого полупериода под действием управляющего напряжения открыт и находится в режиме насыщения один из транзисторов, допустим Т\, а транзистор Тг закрыт. В этот полупериод напряжение питания U&x через открытый транзи стор Т\ приложено к верхней половине первичной обмотки
Источки* |
|
З а д а ю |
Усали - |
UtblX^ |
/ |
|
|
постоян |
v*< |
U , |
Hoipym |
||||
ного но.- |
щий ы- |
те.ль |
|||||
прянхениа |
|
rfzpamop |
HOUlf-H*- |
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
|||
Vl*6* |
|
______ |
с.ти |
|
|
|
|
|
____ |
|
|
|
|
й ________________ _ и
Рис. 8.3 |
'//////////////////////////////////////У///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////Ш, |
ъ
трансформатора Трг. Во второй полупериод открыт транзи стор Тг и напряжение Un прикладьгеается к нижней половине первичной обмотки. Резисторы Re уменьшают влияние раз броса параметров входной цепи транзисторов на режим их работы. Значение Re должно быть больше R Bx.
8.4. Преобразователи на тиристорах (инверторы тока и напряжения)
При отсутствии ограничений в массе и объеме для преоб разования высоких напряжений применяются инверторы на тиристорах. Они подразделяются на инверторы тока и на пряжения. В инверторах тока осуществляется преобразование тока, а форма напряжения зависит от нагрузки. В инверторах напряжения определяющим фактором является напряжение, а характер тока зависит от параметров нагрузки.
Рассмотрим работу преобразователя напряжения на тйристорах (рис. 8.5). Схема состоит из трансформатора Тр, тиристоров V\ и Vi, диодов Di, Di, коммутационного конден сатора G, дросселя L и схемы управления СУ, выполняющей коммутацию тиристоров. Первичная обмотка трансформато ра выполняется с выходами средней точки О, точек 1 и 2, к которым подключаются D\ и Di. Импульсы, поступающие от СУ на управляющие электроды тиристоров, находятся в про тивофазе.
Рис. 8.5
Допустим, под действием управляющего импульса тири стор V] открыт, а тиристор Уг закрыт. В этом случае ток ис точника питания будет протекать через левую часть первич ной обмотки трансформатора, а конденсатор Ск заряжается до удвоенного значения напряжения источника питания С/вх, причем такое же напряжение будет и на аноде тиристора Уг.
При подаче отпирающего импульса на тиристор Уг по следний открывается и потенциал точки А повышается до 2UBX, благодаря чему создается обратное напряжение на тири сторе V\ и он запирается.
Созданное таким образом напряжение поддерживается конденсатором Ск в течение времени, необходимого для вос становления проводящего состояния тиристора Vi.
При подаче повторного запускающего импульса на тири стор V\ схема возвращается в исходное состояние и процесс повторяется.
Через каждую половину первичной обмотки трансформа тора протекает импульсный ток, который передается в на грузку; в качестве последней может быть выпрямитель.
Конmрольные вопросы
1.Область применения преобразователей постоянного напряжения.
2.Дать определение инвертора и конвертора.
3.Особенности работы преобразователей напряжения с самовозбуж дением. Рассмотреть на конкретном примере.
4.Особенности работы преобразователей напряжения с независимым возбуждением. Рассмотреть на конкретном примере.
5.Область применения преобразователей тока и напряжения на тири
сторах.
6.Преобразователь напряжения на тиристорах, особенности работы.
tn —Т —tyC, |
(9.3) |
У = tJT; |
(9.4) |
© = T/U = 1/у. |
(9.5) |
В схемах импульсной техники для обработки и преобра зования информации широко применяют цифровые методы. Они базируются на сигналах прямоугольной формы, имею щих два фиксированных уровня напряжения. Это позволяет представить сигнал в цифровой форме: уровню высокого на пряжения соответствует 1, уровню низкого напряжения — 0. Двоичная система счисления используется ЭВМ.
Сигнал — электрический процесс, несущий информацию. С точки зрения условий передачи сигнал достаточно полно характеризуется следующими тремя параметрами:
Рис. 9.3 '/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////шт
длительность сигнала; динамический диапазон, характеризующий отношение
мощности сигнала к мощности помех; спектр сигнала.
Сигналы могут быть периодическими и непериодическими. Периодический сигнал — это последовательность одинако вых импульсов любой формы (прямоугольной, трапецеидаль
ной и др.) в течение бесконечного времени t (см. рис. 9.4). Известно, что если сигнал U представляет собой перио
дичную функцию времени t с периодом повторения Т, то та кой сигнал можно разложить на гармоники с помощью ряда Фурье.
Математически это можно записать так:
к-оо
Щ) = Ао + X A COS(^at “ Ф*) = *=I
= Ао + X (акcos |
+ к* sin кш ) = А о + Х А ^*°г> (9.6) |
*=! |
*=1 |
гдесо = 2itlT;f= 1/Г; ср* — начальная фаза к~й гармоники:
ср* = arctg Ыак\ |
(9.7) |
A i = j M 2 + ( M ‘ |
(9.8) |
т
+—
2
ак = 1IT Jf/(r)cos(or dt — амплитуда косинусоидальной со-
г
2
ставляющей разложения; |
(9.9) |
т
+—
2
bk = 2IT Jt/(r)sincor dt — амплитуда синусоидальной состав ит
2 |
(9.10) |
ляющей разложения; |
т
+—
2
А о = 1/Г J U(t)dt — среднее значение амплитуды нулевой гар-
_т
2
моники (постоянная составляющая); |
(9.11) |
к = 1, 2, 3, — номер гармоники.
Симметричные функции не имеют постоянных составля ющих.
Совокупность величин Ак называется спектром амплитуд или просто спектром. Графически спектр представляется в ко ординатах:
А к - /(®); ю = 2л/ = 2л/Г;
со и / — пропорциональны, отличаются на 2л.
Теоретически периодический сигнал содержит бесконеч ное число гармоник.
График спектра представлен на рис. 9.5.
Сигнал периодической функции имеет линейный спектр. Это значит, что сигнал содержит вполне определенные гар моники — 1-ю, 2-ю и т.д.