Лабораторни указания за токоизправители, страница 2
Фигура 11. Характеристики на подобрената полувълна
токоизправител с диод като товар
2. Най-простият пълновълнов токоизправител
Фигура 12 показва схематична диаграма на прост пълновълнов токоизправител. Характеристика на такъв токоизправител е диференциалното включване на товара. Както и пасивните полувълнови токоизправители, тази схема не може да се използва за малки сигнали.
Фигура 12. Пасивен пълновълнов токоизправител
Такива схеми на пълновълнови токоизправители се използват широко при конструирането на захранващи устройства за преобразуване на променливо напрежение в постоянно напрежение. Фигура 13 показва диаграма на този преобразувател. На практика вместо източник V1 има вторична намотка на трансформатора, резисторът R1 е товар, свързан към изхода на захранването. Кондензатор C1 съхранява енергия от източник V1 в момента, когато сигналният модул достигне своя максимум и я предава на товара в момента на спад на напрежението на изход V1.
Фигура 13. Най-простият пълновълнов преобразувател AC-to-DC
3. Детектори за средна изправена стойност, базирани на пасивни токоизправители.
Веригата на Фигура 13 е пълновълнов детектор със средна коригирана стойност (т.е. в идеалния случай неговият изход трябва да има постоянно напрежение, равно на средното коригирано (3)). Кондензаторът C1, заедно със съпротивлението на отворените диоди, е нискочестотен филтър от 1-ви ред. Идеален нискочестотен филтър, пропускащ само постоянния компонент на сигнала, за периодични сигналипрактически изпълнява операцията по интегриране и осредняване на сигнала за период. Истинският нискочестотен филтър пропуска не само постоянния компонент (0-та честота), но и компоненти на други честоти (със затихване). Наличието в изходния сигнал на детектора на средната коригирана стойност на променливата съставка е грешка.
4. Пиков детектор и пиков детектор
За изследване на апериодични сигнали се използва схема на пиков детектор (Фигура 14), която ви позволява да определите максималната стойност на напрежението на сигнала за периода на наблюдение.
Фигура 14. Пиков детектор
Веригата работи по следния начин (първоначално смятаме, че кондензаторът C1 е разреден). Докато напрежението на неинвертиращия вход на операционния усилвател (входното напрежение) остава по-малко от това на инвертиращия вход (или, което е същото, на кондензатора C1), има известно отрицателно напрежение на изхода на операционния усилвател и диодът D1 е изключен.
Когато входното напрежение на веригата превиши напрежението на кондензатора (т.е. напрежението на инвертиращия вход стане по-малко, отколкото на неинвертиращия), на изхода на операционния усилвател се появява положително напрежение, което отключва диода D1. В тази ситуация операционният усилвател е обхванат от отрицателна обратна връзка през диода D1 и разликата в напрежението на входовете му става нула (и практически равна на предусилвателната емф на оп-усилвателя), т.е. напрежението на кондензатора C1 става равно на входния сигнал. При по-нататъшно намаляване на входния сигнал диодът D1 се отваря и кондензаторът C1 съхранява фиксираната максимална стойност.
На практика в работата на тази схема се въвеждат грешки от: изместване на EMF на операционния усилвател, токове на утечка на операционния усилвател, крайна скорост на нарастване на изходния сигнал на операционния усилвател, ток на утечка на кондензатора, поглъщане на заряда от кондензатора, ток на утечка на диода, крайна скорост на диода.
За веригата на пиковия детектор съществува проблемът с нулирането на устройството (т.е. разреждането на кондензатора C1 до минимално напрежение). Можете просто да свържете кондензатора на късо, например с пинсети: o). Има обаче по-удобен метод. Фигура 15 показва диаграма на пиков детектор с FET ключ. Източникът V4 играе ролята на сигнал за нулиране.
Фигура 15. Пиков детектор с верига за нулиране.
Ако заменим веригата за нулиране на транзистора с полеви ефекти с резистор (Фигура 16), ще получим детектор на стойността на амплитудата - когато амплитудата на периодичния сигнал намалее, поради разреждането на кондензатора за съхранение през резистора, средното ниво на изхода на такъв детектор ще стане равно на стойността на амплитудата на сигнала (1).
Фигура 16. Активен амплитуден детектор
5. Прост активен полувълнов токоизправител.
Фигура 17. Прост полувълнов активен токоизправител
Нека разгледаме работата на тази схема с идеализиран операционен усилвател (преднапрежението и входните токове са равни на нула, скоростта на нарастване на изходното напрежение е безкрайна). Също така ще приемем, че във веригата се използват „идеализирани“ диоди: при напрежение под тях съпротивлението им е безкрайно, при напрежение, равно или по-голямо, то е равно на нула (Фигура 18).
Фигура 18. IV крива на идеализиран диод
Когато входното напрежение V1 е нула, изходното напрежение на операционния усилвател също е нула. Когато напрежението V1 започне да намалява (отрицателна полувълна), изходното напрежение на операционния усилвател става положително (V1 се прилага към инвертиращия вход) и равно на , където е вътрешното усилване на операционния усилвател.
До двата диода във веригата са затворени. Щом разликата между инапрежението на инвертиращия вход на операционния усилвател надвишава - диодът D1 се отваря и веригата за обратна връзка D1–R1–R3 се затваря. Това се случва при входното напрежение. За операционен усилвател, покрит с отрицателна обратна връзка, напрежението на неговия инвертиращ вход е почти равно на напрежението на неинвертиращия вход, в нашия случай, нула. Тъй като входният ток на оп-усилвателя е нула, сумата от тока през R3 и тока през D1-R1 също е нула:
, откъдето получаваме:
При ниско входно напрежение (), когато и двата диода са заключени, ще има директно преминаване на входния сигнал към изхода без инверсия през R1. Въпреки това, поради реалния операционен усилвател с преднапрежение, единият от двата диода ще бъде отворен. По този начин, докато е на входа на веригата, нейният изход ще бъде нула. Това е еквивалентно на намаление в пъти.
1. Запознайте се с описанието на най-простата схема на пасивен полувълнов токоизправител (Фигура 1) и процедурата за симулиране на поведението на вериги във времевата област в средата на B2 Spice Workshop.
2. В средата на B2 Spice Workshop отворете веригата Rectifier1.ckt, след което:
2.1. Изследвайте зависимостта на изходното напрежение на веригата от входа. Сравнете със същата зависимост за идеален полувълнов токоизправител. Покажете откритите недостатъци на разглежданата схема.
2.2. Изследвайте зависимостта на входното съпротивление на токоизправителя от входното напрежение.
2.3. Изследвайте поведението на веригата във времевата област. Сравнете с поведението във времето на идеален полувълнов токоизправител. Покажете откритите недостатъци на разглежданата схема.
2.4. Увеличете честотата на входния сигнал с фактор 1000 (намалете продължителността и времевата стъпка на симулацията с фактор 1000). Обяснете промяната във формата на изходния сигнал.
3. В средата на B2 Spice Workshop отворете диаграматаRectifier1a.ckt и повторете изследванията подобно на параграфи 2.1 до 2.4.
4. В средата на B2 Spice Workshop отворете схемата Rectifier1b.ckt и повторете изследванията подобно на параграфи 2.1 до 2.4.
5. В средата на B2 Spice Workshop отворете веригата Rectifier2.ckt, след което:
5.1. Изследвайте зависимостта на изходното напрежение на веригата от входа. Начертайте входните и изходните сигнали във времевата област. Покажете недостатъците на тази схема. Как зависимостта и формата на изходния сигнал на тази схема се различават от идеалния пълновълнов токоизправител.
- AltGTU 419
- AltGU 113
- AMPGU 296
- ASTU 266
- BITTU 794
- BSTU "Voenmekh" 1191
- BSMU 172
- BSTU 602
- BSU 153
- BSUIR 391
- БелГУТ 4908
- BSEU 962
- БНТУ 1070
- BTEU PK 689
- БрСУ 179
- ВНТУ 119
- VGUES 426
- ВлГУ 645
- VMEDA 611
- ВолгГТУ 235
- ВНУ им. Далия 166
- VZFEI 245
- ВятГША 101
- ВятГГУ 139
- ВятГУ 559
- GGDSK 171
- GomGMK 501
- GSMU 1967
- GSTU im. Сухой 4467
- ГСУ им. Скарина 1590г
- GMA им. Макарова 300
- ГДПУ 159
- DalGAU 279
- DVGGU 134
- DVGMU 409
- DVGTU 936
- DVGUPS 305
- FEFU 949
- ДонГТУ 497
- DITM MNTU 109
- IVGMA 488
- IGHTU 130
- ИжГТУ 143
- KemGPPC 171
- KemGU 507
- KSMTU 269
- Киров АТ 147
- KGKSEP 407
- KGTA им. Дегтярев 174
- КнАГТУ 2909
- КрасГАУ 370
- КрасГМУ 630
- KSPU им. Астафиева 133
- KSTU (SFU) 567
- КГТЕИ (СФУ) 112
- PDA № 2 177
- КубГТУ 139
- КубСУ 107
- KuzGPA 182
- КузГТУ 789
- MSTU им. Носова 367
- МГУ ги. Сахарова 232
- IPEC 249
- МГПУ 165
- МАИ 144
- МАДИ 151
- MGIU 1179
- MGOU 121
- MGSU 330
- Московски държавен университет 273
- МГУКИ 101
- MGUPI 225
- MGUPS (MIIT) 636
- МГУТУ 122
- MTUCI 179
- ХАЙ 656
- TPU 454
- NRU MPEI 641
- НМСУ "Горни" 1701
- ХПИ 1534
- НТУУ "КПИ" 212
- НУК тях. Макарова 542
- HB 777
- NGAVT 362
- NSAU 411
- NGASU 817
- NGMU 665
- NGPU 214
- NSTU 4610
- НГУ 1992г
- NSUE 499
- NII 201
- OmGTU 301
- OmGUPS 230
- СПбПК №4 115
- PGUPS 2489
- ПСПУ им. Короленко 296
- ПНТУ им. Кондратюк 119
- RANEPA 186
- ROAT MIIT 608
- RTA 243
- RSHU 118
- РГПУ им. Херцен 124
- РГППУ 142
- RSSU 162
- "МАТИ" - РГТУ 121
- РГУНиГ 260
- REU ги. Плеханов 122
- РГАТУ им. Соловьова 219
- RyazGMU 125
- RGRTU 666
- SamGTU 130
- СПбГАСУ 318
- INGECON 328
- СПбГИПСР 136
- СПбГЛТУ им. Киров 227
- СПбГМТУ 143
- СПбГПМУ 147
- SPbGPU 1598
- СПбГТИ (ТУ) 292
- СПбГТУРП 235
- Държавен университет в Санкт Петербург 582
- GUAP 524
- СПбГУНИПТ 291
- СПбГУПТД 438
- СПбГУСЕ 226
- СПбГУТ 193
- СПГУТД 151
- SPbGUEF 145
- Електротехнически университет в Санкт Петербург "LETI" 380
- ПИМаш 247
- NRU ITMO 531
- СГТУ им. Гагарина 114
- СахСУ 278
- SZTU 484
- СибАГС 249
- СибГАУ 462
- СибГИУ 1655 г
- СибГТУ 946
- SGUPS 1513
- СибГУТИ 2083
- СибУПК 377
- SFU 2423
- SNAU 567
- SSU 768
- TRTU 149
- ТОГУ 551
- TGEU 325
- TSU (Томск) 276
- TSPU 181
- ТулГУ 553
- УкрГАЖТ 234
- UlGTU 536
- UIPCPRO 123
- USPU 195
- USTU-UPI 758
- UGNTU 570
- USTU 134
- ХГАЕП 138
- KhSAFC 110
- HNAGH 407
- HNUVD 512
- KhNU им. Каразина 305
- ХНУРЕ 324
- KhNEU 495
- Процесор 157
- ЧитГУ 220
- SUSU 306
За да отпечатате файла, изтеглете го (във формат Word).