Прочетете The Art of Circuitry

ЖАНРОВЕ 358
АВТОРИ 249 649
КНИГИ 566 786
СЕРИЯ 20 836
ПОТРЕБИТЕЛИ 514 320

Диодите като нелинейни елементи.Получаваме доста добро приближение, ако приемем, че токът през диод е пропорционален на експоненциална функция на напрежението върху него при дадена температура (точната връзка между тока и напрежението е дадена вРаздел 2.10). В тази връзка диодът може да се използва за получаване на изходно напрежение, пропорционално на логаритъма на тока (фиг. 1.91).

Фиг. 1.91.Регистрационен преобразувател: Идеята на схемата се основава на нелинейната характеристика ток-напрежение на диод.

Тъй като напрежениетоUсамо леко се отклонява от стойността от 0,6 V (поради колебания във входния ток), входният ток може да се настрои с помощта на резистор, при условие че входното напрежение значително надвишава спада на напрежението върху диода (фиг. 1.92).

На практика понякога е желателно да има отместване от 0,6 V в изходното напрежение поради спада на напрежението върху диода. Освен това е желателно веригата да не реагира на температурни промени. Тези изисквания могат да бъдат изпълнени чрез метода на диодна компенсация (фиг. 1.93).

Фиг. 1.93.Диодна компенсация на спада на напрежението в лог преобразувател.

РезисторR1отваря диодаD2и създава напрежение, равно на -0,6 V в точкатаAПотенциалът на точкатаVе близо до потенциала на земята (в същото време токътIinе строго пропорционален на напрежениетоUin). Ако два идентични диода са при еднакви температурни условия, тогава напреженията върху тях напълно се компенсират взаимно, с изключение, разбира се, на разликата, която се дължи на входния ток,протичащ през диодаD1и който определя изходното напрежение. За тази верига резисторътR1трябва да бъде избран така, че токът през диодаD2да е значително по-голям от максималния входен ток. При това условие диодътD2ще бъде отворен.

В главата за операционните усилватели ще разгледаме по-усъвършенствани схеми на логаритмични преобразуватели и по-точни методи за температурна компенсация. Те позволяват да се осигури висока точност на преобразуване - грешката достига само няколко процента за шест или повече десетилетия промяна на входния ток. Но за да се справите с такива схеми, първо трябва да проучите характеристиките на диодите, транзисторите и операционните усилватели. Този раздел служи само като предговор към подобно изследване.

1.31. Индуктивни товари и диодна защита

Какво се случва, ако отворите превключвател, който управлява тока през индуктор? Индуктивността, както знаете, се характеризира със следното свойство:U=L(dI/dt), от което следва, че токът не може да бъде изключен моментално, тъй като в този случай върху индуктивността ще се появи безкрайно напрежение. Всъщност напрежението в индуктора се повишава рязко и продължава да нараства, докато се появи токът. Електронните устройства, които управляват индуктивни товари, може да не са в състояние да издържат на това увеличение на напрежението, особено за компоненти, които се "развалят" при определени напрежения. Разгледайте схемата, показана на фиг. 1,94.

Фиг. 1.94.Индуктивно "хвърляне".

В първоначалното състояние превключвателят е затворен и токът протича през индуктивността (която може да бъде например намотката на релето). Когато превключвателят е отворен,индуктивността "се стреми" да осигури ток между точкитеAиB, протичащ в същата посока, както когато ключът е затворен. Това означава, че потенциалът на точка B става по-положителен от потенциала на точкаA. В нашия случай потенциалната разлика може да достигне 1000 V, преди да възникне електрическа дъга в превключвателя, който затваря веригата. Това съкращава живота на превключвателя и създава пренапрежения, които могат да повлияят на работата на близките вериги. Ако си представите, че транзисторът се използва като ключ, тогава животът на такъв ключ не се съкращава, а просто става нула!

За да избегнете подобни проблеми, най-добре е да свържете диод към индуктивността, както е показано на фиг. 1,95.

Фиг. 1.95.Блокиране на индуктивно хвърляне.

Когато превключвателят е затворен, диодът е обратно предубеден (поради спада на постояннотоковото напрежение в намотката на индуктора). Когато превключвателят се отвори, диодът се отваря и потенциалът на контакта на превключвателя става по-висок от потенциала на положителното захранващо напрежение с количеството спад на напрежението върху диода. Диодът трябва да бъде избран така, че да може да издържи начален ток, равен на тока, протичащ в стабилно състояние през индуктора; подходящ, например, диод тип 1N4004.

Единственият недостатък на описаната схема е, че тя забавя затихването на тока, протичащ през намотката, тъй като скоростта на промяна на този ток е пропорционална на напрежението в индуктора. В случаите, когато токът трябва да отслабне бързо (напр. високоскоростни контактни принтери, високоскоростни релета и т.н.), най-добрият резултат може да се получи, ако индукторътсвържете резистора, като го изберете така, че стойносттаUi+IRда не надвишава максимално допустимото напрежение на ключа. (Най-бързото затихване за дадено максимално напрежение може да се получи чрез свързване на ценеров диод към индуктора, което осигурява линейно, а не експоненциално затихване.)

Диодната защита не може да се използва за променливотокови вериги, съдържащи индуктивности (трансформатори, променливотокови релета), тъй като диодът ще бъде отворен за тези полупериоди на сигнала, когато ключът е затворен. В такива случаи се препоръчва използването на така наречената демпферна веригаRC(фиг. 1.96).

Фиг. 1.96.RC-„амортисьор“ за потискане на индуктивен пренапрежение.

СтойноститеRиC, показани на диаграмата, са типични за малки индуктивни товари, свързани към захранващи линии за променлив ток. Демпфер от този тип трябва да бъде осигурен във всички уреди, работещи с променливотоково захранващо напрежение, тъй като трансформаторът е индуктивен товар. За защита можете да използвате и елемент като варистор от метален оксид. Това е евтин елемент, подобен на външен вид на керамичен кондензатор и по електрически характеристики на двупосочен ценеров диод. Може да се използва в диапазон на напрежение от 10 до 1000 V за токове до хиляди ампера (вижтеРаздел 6.11иТаблица 6.2). Свързването на варистор към външните клеми на веригата не само предотвратява индуктивните сигнали на близките устройства, но също така потиска големите изблици на сигнала, които понякога се появяват в електропровода и представляват сериозна заплаха за оборудването.