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

Пълен списък на университетите

За да отпечатате файла, изтеглете го (във формат Word).