Реферати українською » Физика » Електронний генератор струму


Реферат Електронний генератор струму

Страница 1 из 3 | Следующая страница

КВИТОК №7

 

7–1 Електронні генератори: призначення, класифікація, застосування, різновиду

 

>Генератор, чиавтогенератор – цесамовозбуждающаяся система, у якій енергія джерела харчування постійного струму перетворюється на енергію змінного сигналу потрібної форми і частоти. Безперечно, генератори є дуже важливою елементом електроніки.

Генератори бувають:

§ низькочастотні (>НЧ) – до 100кГц

§ високочастотні (ВЧ) – від 0,1 до 100 МГц

§ надвисокочастотні (НВЧ) – вище 100 МГц

За формою коливань генератори діляться на гармонійні (синусоїдальні) і >негармонические (імпульсні). По способу порушення – з зовнішнім порушенням і з >самовозбуждением (>автогенератори).

У чому суть генерації коливань? Ненадовго звернімося фізиці. З тій самій фізики відомо, що до ланцюга, що з паралельно з'єднанихкондера і котушки індуктивності, короткочасно підключити джерело постійного струму (рис. 1), він відбуватися такий процес.Кондерзарядится до деякого значення й після цього почне розряджатися через котушку.Катушка на той час власне накопичуватиме енергію.

>Рис. 1 – Створення коливань в контурі


Потому, яккондер розрядиться (а котушка, відповідно, накопичить енергію), процес піде у зворотному напрямку, тобто. нагромаджена в котушці енергія буде заряджатикондер тощо. Інакше кажучи, у цьому ланцюзі, що називається паралельний коливальний контур, відбуватимуться коливання. У ідеальному контурі ці коливання будутьнезатухающими, тобто. у часі триватимуть нескінченно. Але оскільки котушка має якесь кінцеве опір, та йкондер не подарунок, в контурі будуть втрати енергії, коливання, відповідно, будуть поступово загасати. На рис. 2 показано картина у реальному контурі.

>Рис. 2 –Затухающие коливання в контурі

Взагалі, на кшталт згасання має відбуватися за експонентою. Коротше, ні формул, ні будь-яких доказів та інших дрібниць писати не, важливо усвідомити суть процесу. Якщо коротко, то короткочасно замкнувши ключ До в контурі виникаютьзатухающие коливання. Процес зрозумілий?

Їдемо далі. Так,затухающие коливання отримали. Що ж зробити, щоб булинезатухающими? Вочевидь, що у контур треба додавати втрачену енергію. Ключем клацати безглуздо, значиться треба увіпхнути якийсь електронний прилад, який поповнювати втрати енергії в контурі.

Теперотвлечемся від контурів й подивимося на спрощену структуруавтогенератора.


>Рис. 3 – Структураавтогенератора

Тут бачимо якийсь трикутник і прямокутник. УЕ – цеусилительний елемент з коефіцієнтом передачі До, аПОС – це позитивний зворотний зв'язку з коефіцієнтом передачі. Коливання у цій системі виникнуть лише за дотримання дві умови. Таких дітей потрібно запам'ятати:

1. Умова балансу амплітуд:

 

>K1

2. Умова балансу фаз:

 

>1 +2 =2n,

де n – 0, ±1, ±2,…

І вкотре, генерація коливань відбувається за виконанні дві умови: умови балансу фаз й умови балансу амплітуд.

>LC-генератор так називається, оскільки у ньому використовуєтьсяLC-контур. Це у принципі, зрозуміло. Отже, узагальнена схемаLC-автогенратора показано малюнку 1.


>Рис. 1 –LC-автогенератор

Ось така нескладна схемка. ЕлементиR1,R2,R3C3 забезпечують необхідний режим по постійному токуусилительного елемента та їїтермостабилизации. ЕлементиL2C2 утворюють паралельний коливальний контур.

У час включення харчування вколлекторной ланцюга транзистораVT з'являєтьсяколлекторний струм, заряджаючий ємністьС2 контуруL2С2. Наступної хвилини часу зарядженийкондер розряджається на котушку індуктивності. У контурі виникають вільнізатухающие коливання частотою >f0 = 1 /2L2C2.

>Переменний струм контуру, проходячи через котушкуL2, створює навколо неї змінне магнітне полі, але це полі своє чергу наводить в котушціL1 змінне напруга, що викликає пульсації струму колектора транзистораVT.Переменная складоваколлекторного струму заповнює втрати енергії в контурі, створюючи ньому посилене змінне напруга.

>Трехточечние схемиавтогенераторов.Индуктивнаятрехточечная схема

>Индуктивнаятрехточечная схема показано на рис. 2.


>Рис. 2 –Индуктивнаятрехточечная схема

ЕлементиR1,R2,R3C3, як й у попередньої схемою, забезпечують режим роботи з постійному току транзистораVT, вколлекторную ланцюг якого включений коливальний контурL'L «>C2. Вихідний сигнал звільняє з колектора транзистораVT (чи з L»), сигналПОС – з котушки L'. Оскільки напруги цих сигналівпротивофазни, то автоматично виконується умова балансу фаз. СигналПОС подається на базу транзистора через розділовийкондер, опір якого на частоті генерації мало. Цейкондер запобігає потрапляння постійної складової в базову ланцюг (через котушку). Загальна точка L' і L'' підключена до джерела харчування, опір якого перемінному току незначно. Умова балансу амплітуд виконують добором числа витківL'L''.

Частота генерації визначається за такою формулою:

>Трехточечние схеми називаютьсятрехточечними, оскільки, якщо уважно оцінити схему, контур підключається до трьох висновків транзистора (чи іншогоусилительного приладу). Перша точка – це колектор транзистора – нижній (за схемою) висновок контуру, друга – база – верхній висновок контуру черезкондер С1 й третя точка підключена доемиттеру через джерело харчування, а точніше середній висновок контуру черезкондерС5, загальний провід, ланцюгR3C3 підключено доемиттеру.

>Емкостнаятрехточечная схема

>Емкостнаятрехточка показано малюнку 3.

>Рис. 3 –Емкостнаятрехточечная схема

У цій схемі, аналогічно попередньої, режим по постійному току визначають елементиR1,R2,R3,R4C2. Уколлекторную ланцюг транзистора включений контурL1C3C4. СигналПОС звільняє зкондера С4 і крізькондер С1 вступає у базову ланцюг. С1 не пропускає високеколлекторное напруга на базу транзистора. Загальну точкукондеров С3, С4 вважатимуться підключеної до джерела харчування, оскільки його опір перемінному току незначно.

Частота генерації визначається за такою формулою:

>Стабизизация частоти

Дуже важливим вимогою, що ставляться до генераторам, є стабільність частотигенерируемих коливань. Нестабільність частоти залежить від багатьох чинників, саме:

1. Зміна оточуючої температури

2. Зміна напруги джерела харчування

3. Механічна вібрація і деформація деталей

4. Шуми активних елементів

Нестабільність частоти оцінюється коефіцієнтом відносної нестабільності:

Існує дві способу стабілізації частоти:

1.Параметрический спосіб стабілізації

2.Кварцевий спосіб стабілізації

За першого способі використовується виготовлення деталей з матеріалів, мало змінюють свої властивості за зміни температури й інших чинників. Використовується екранування і герметизація контурів, висока стабільність джерела харчування, раціональність монтажу та інші. Проте з цією методом не можна забезпечити високу стабільність частоти. Відносний коефіцієнт нестабільності частоти коливається не більше 10-4 – 10-5.

Значно більшої стабільності можна досягнути, якщо застосувати спосіб кварцової стабілізації, заснований на застосуванні кварцевого резонатора.Кварцевие пластини резонатора маютьпьезоелектрическим ефектом, який, якщо хтось забув, буває два види:

1. Прямий п'єзоефект – при розтягненні чи стискуванні кварцової пластини її протилежних гранях виникають рівні за величиною, але протилежні за сигналом електричні заряди, розмір яких пропорційна тиску, а знаки залежить від напрями сили тиску

2. Зворотний п'єзоефект – якщо граням кварцової пластини докласти електричну напругу, то пластина буде стискатися чирасжиматься залежно від полярності докладеної напруги.

>Эквивалентная схема кварцевого резонатора показано на рис. 4, а залежність реактивного опору від частоти – на рис. 5.

>Рис. 4 –Эквивалентная схема кварцевого резонатора

>Рис. 5 – Залежність характеру опору від частоти

Особливо не вдаючись у подробиці теорії ланцюгів, з малюнка 4 видно, що кварц то, можливо еквівалентом як послідовного коливального контуру, і паралельного. І це це випливає з малюнка 5. На частотіf01 відбувається резонанс напруг. Ця частота визначається за такою формулою:

На частотіf02 відбувається резонанс струмів, і це частота визначається за такою формулою:


Отже, кварцовий резонатор можна включати замістькондера, або замість котушки в контурі. З використанням кварцевого способу стабілізації коефіцієнт відносної нестабільності сягає 10-7 – 10-10.

>RC-автогенератори

У попередній главі розглядалисяLС-автогенератори. Вони застосовуються на високих частотах. Якщо ж треба генерувати низькі частоти, застосуванняLС-генераторов стає важким. Чому? Все досить легко. Оскільки формула визначення частоти генерування коливань виглядає отако:

неважко помітити, що з зменшення частоти необхідно збільшувати ємність іиндуктивность контуру. А збільшення ємності і індуктивності безпосередньовлечет збільшення габаритних розмірів. Інакше кажучи, розміри контуру у своїй будуть гігантськими. А зі стабілізацією частоти справи виглядатимуть ще гірше.

Тому придумалиRC-автогенератори, про котрих тут ми бачимо розглянемо.

НайпростішимRC-генератором є так звана схема зтрехфазнойфазирующей ланцюжком, яка ще називається схемою з реактивними елементами одного знака. Вона показано на рис. 1.


>Рис. 1 –RC-автогенератор зфазовращающей ланцюжком

З схеми видно, що це всього-на-всього підсилювач, між виходом і входом якого включена ланцюг, яка перевертає фазу сигналу на180. Ця ланцюг називаєтьсяфазовращающей.Фазовращающая ланцюжок складається з елементівС1R1,C2R2,C3R3. З допомогою одного ланцюжка зрезика ікондера можна було одержати зрушення фаз лише на90. А реально зрушення виходить близькими до60. Тож отримання зсуву фази на180 доводиться ставити три ланцюжка. З виходу останньоїRC-цепи сигнал подається на базу транзистора.

Робота починається у момент включення джерела харчування.Возникающий у своїй імпульсколлекторного струму містить широкий і безперервний спектр частот, у якому обов'язково буде суттєвим і необхідна частота генерації. У цьому коливання частоти, яку налаштованафазовращающая ланцюг, станутьнезатухающими. Для коливань інших частот умови самозбудження виконуватися ні і вони, відповідно, швидко загасають. Частота коливань визначається за такою формулою:

У цьому необхідно дотримуватися умова:

R1=R2=R3=R

З1=З2=З3=З

Такі генератори здатні працювати лише з фіксованою частоті.

Крім розглянутої генератора з допомогоюфазовращающей ланцюга є ще цікавий, до речі найбільш уживаний, варіант. Подивимося на рис. 2.

>Рис. 2 – Пасивний смуговоїRC-фильтр зчастотно-независимимделителем

Отож, саме ця конструкція є так званий містВина-Робинсона, хоча найчастіше зустрічається назва просто міст Провина. Ще деякі грамотії пишуть міст Провина з цими двома «зв».

Ліва частину цієї конструкції є пасивний смуговийRC-фильтр, у точці А знімається вихідний напруга. Права частина їсти, ні що інше, якчастотно-независимий дільник. Вважають, щоR1=R2=R,C1=C2=C. Тоді резонансна частота визначатиметься наступним вираженням:

У цьому модуль коефіцієнта посилення максимальний дорівнює 1/3, а фазовий зрушення нульової. Якщо коефіцієнт передачі дільника дорівнює коефіцієнта передачіполосового фільтра, то, на резонансної частоті напруга між точками Проте й У дорівнюватиме нулю, аФЧХ на резонансної частоті робить стрибок від ->90 до +>90. Взагалі само повинен виконуватися умова:

>R3=2R4

Звісно, усе як завжди у ідеальному чи наближеному до ідеальному випадках. А реально справа, як відомо, виглядає трохи гірше. Оскільки кожна реальний елемент мосту Провина має розкид параметрів, навіть незначне недотримання умовиR3=2R4 призведе або до наростання амплітуди коливань до насичення підсилювача, або до загасанню коливань чи повної їх неможливості.

А, щоб було зовсім зрозуміло,втулим в міст Провинаусилительний каскад. Для простоти застромимо операційнийусилитетель (ЗУ).

>Рис. 3 – Найпростіший генератор з мостом Провина

Взагалі саме так використати цю схему годі, що у будь-якому цьому разі буде розкид параметрів мосту. Тож замістьрезикаR4 вводять якесь нелінійне чи керовану опір. Приміром, нелінійнийрезик, керовану опір з допомогою транзисторів, як польових, і біполярних. НайчастішерезикR4 в мосту заміняютьмикромощной лампою розжарювання, динамічний опір якої зі зростанням амплітуди струму збільшується. Нитка розжарювання має досить великий теплової інерцією, і частотах кілька сотень герц вже немає впливає роботу схеми у межах періоду.

Генератори з мостом Провина мають одним хорошим властивістю: якщорезикиR1 іR2 замінити змінним, але здвоєним, можна регулюватиме у деяких межах частоту генерації. Можна багато йкондери С1 іС2 розбити на секції, можна буде переключатиме діапазони, а здвоєним зміннимрезиком плавно регулювати частоту в діапазонах. З цією, які у танку, майже практична схема генератора з мостом Провина показано малюнку 4.

>Рис. 4 –RC-генератор з мостом Провина

Отже, міст Провина утворюютькондериС1-С8, здвоєнийрезикR1 ірезикиR2R3.Переключателем SA1 здійснюється вибір діапазону,резикомR1 – плавна регулювання в обраному діапазоні. ЗУDA2 є повторювач напруги за погодженням з навантаженням. У принципі так, повторювач усунути підсилювачем,ксати тому ж самому ЗУ, ну, а як це зробити, можна почитати

 


7–2 Генератори постійного струму: Режими роботи, характеристика

Електрична машина постійного струму і двох основних частин: нерухомій частини (індуктора) і обертовою частини (якоря з барабанним обмоткою).

На рис. 11.1 зображено конструктивна схема машини постійного струму

>Рис. 11.1

>Индуктор складається з станини 1 циліндричною форми, виготовленої зферромагнитного матеріалу, і полюсів з обмоткою порушення 2, закріплених на станині.Обмотка порушення створює основний магнітний потік.

>Магнитний потік може створюватися постійними магнітами, укріпленими на станині.

Якір складається з таких елементів: сердечника 3, обмотки 4, покладеної в пази сердечника, колектора 5.

>Сердечник якоря зменшення втрат на вихрові точки набирається з ізольованих друг від друга аркушів електротехнічній стали.

Принцип дії машини постійного струму


>Рис. 11.2

Розглянемо роботу машини постійного струму на моделі рис. 11.2,

де 1 – полюси індуктора, 2 – якір, 3 – провідники, 4 – контактні щітки.

Провідники якірній обмотки розташовані на півметровій поверхні якоря. Очистимо зовнішні поверхні провідників від ізоляції і накладемо на провідники нерухомі контактні щітки.

Контактні щітки розміщені лінії геометричній нейтралі, проведеної посередині між полюсами.

Наведемо якір машини у обертання у бік, зазначеному стрілкою.

>Определим напрямЭДС,индуктированних в провідниках якірній обмотки за правилом правої руки.

На рис. 11.2 хрестиком є такіЭДС, спрямовані ми, точками –ЭДС, спрямовані до нас. З'єднаємо провідники між собою те щобЭДС у яких складалися. І тому з'єднують послідовно кінець провідника, що за зоні одного полюси з кінцем провідника, що за зоні полюси протилежної полярності (рис. 11.3)

Два провідника, з'єднані послідовно, утворюють один виток чи одну котушку.ЭДС провідників, розміщених у зоні одного полюси, різні за величиною. НайбільшаЭДСиндуктируется в провіднику, розташованому під серединою полюси,ЭДС, рівна нулю, – в провіднику, розташованому на лінії геометричній нейтралі.

Якщо поєднати всі провідники обмотки за певним правилу послідовно, то результуючаЭДС якірній обмотки дорівнює нулю, струм в обмотці відсутня. Контактні щітки ділять якірну обмотку на дві паралельні галузі. У верхньої паралельної галузіиндуктируетсяЭДС одного напрями, у нижній паралельної галузі – протилежного напрями.ЭДС,снимаемая контактними щітками, дорівнює суміелектродвижущих сил провідників, розташованих між щітками.

На рис. 11.4 представлена схема заміщення якірній обмотки.

>Рис. 11.4

У паралельних гілках діють однаковіЭДС, спрямовані зустрічно одна одній. При підключенні до якірній обмотці опору в паралельних гілках виникають однакові струми , через опір RH протікає струм IЯ.

>ЭДС якірній обмотки пропорційна частоті обертання якоря n2 і магнітному потоку індуктора Ф

 (11.1)

де Зе – константа.

У реальних електричних машинах постійного струму використовується спеціальне контактне пристрій – колектор. Колектор встановлюється однією валу з сердечником якорі і складається з окремих ізольованих друг від одного й від валу якоря мідних пластин.

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація