Промышленная электроника Расчет методом контурных токов Расчёт электрического поля Законы Кирхгофа и расчёт резистивных электрических цепей Расчет методом узловых напряжений Расчёт трёхфазных электрических цепей

Теория электрических цепей (основы электротехники)

Электронные устройства

 Большинство электронных управляющих, измерительных, вычислительных и других устройств питаются напряжением постоянного тока. Сетевое напряжение переменное, с частотой 50 Гц одно или трехфазное. Поэтому практически каждый электронный прибор снабжен автономным преобразователем напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.

 В общем случае преобразователь напряжения может содержать трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор постоянного напряжения. Основным узлом преобразователя является выпрямитель. Принцип работы трансформатора был рассмотрен в первом разделе курса. Поэтому преобразователи напряжения начнем рассматривать с основных выпрямительных схем.

Выпрямители

Различают неуправляемые и управляемые выпрямители. Для построения неуправляемых выпрямителей применяют полупроводниковые диоды, а для построения управляемых - тиристоры. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 13.1а. На рис. 13.1б приведены соответствующие этой схеме эпюры напряжения и тока.

В состав схемы входят: источник синусоидального напряжения , выпрямительный диод, и нагрузка . При анализе работы схемы будем полагать, что сопротивление диода в прямом направлении равно нулю, а в обратном - бесконечности. При таких допущениях через нагрузку протекает несинусоидальный периодический ток, в виде полуволн синусоиды

 

  i(t) =

. Метод узловых потенциалов Теория электрических цепей Курс лекций и задач

Этот ток создает на сопротивлении  падение напряжения в виде периодических пульсаций. С учетом принятых допущений амплитудное значение пульсаций равно амплитудному значению входного напряжения (рис.1в). Во время отрицательного полупериода входного напряжения все напряжение источника падает на бесконечно большом сопротивлении диода. Такое падение напряжения называют обратным напряжением диода, а выпрямитель - однополупериодным.


Рис.13.1в наглядно показывает, что период пульсаций выпрямленного напряжения Т равен периоду входного напряжения. Значит и частота пульсаций  равна частоте входного напряжения f, а кратность пульсаций

 . (13.1)

Определим интегральные параметры выпрямленного напряжения. Среднее значение тока   определим известным по лекции 2 выражением

 . (13.2)

Аналогично

 . (13.3)

Действующее значение выпрямленного тока

 . (13.4)

Соответственно

  . (13.5)

Для оценки качества выпрямленного напряжения применяют специальный параметр - коэффициент пульсаций - Кп. Он определяется отношением амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения (пульсаций) - к среднему значению - , т.е.

 . (13.6)

Разложение в ряд Фурье функции, представленной рис.13.1в имеет вид

  .

В этом разложении первый член - постоянная составляющая - среднее значение выпрямленного напряжения, а амплитуда первой гармоники

.

Следовательно

  . (13.7)

Таким образом, рассмотренная схема однополупериодного выпрямителя позволяет получить малые значения среднего и действующего токов и напряжений и обладает большим значением пульсаций - Кп = 1,57.

Сглаживающие фильтры Анализ работы рассмотренных схем выпрямителей показал, что напряжение на их выходе не постоянное, а пульсирующее. Применять такое напряжение непосредственно для питания электронных устройств нельзя. Существенно снизить уровень пульсаций позволяют сглаживающие фильтры. В основу их построения положено применение реактивных элементов - индуктивностей и емкостей.

Стабилизаторы напряжения Сглаживающие фильтры позволяют существенно уменьшить уровень пульсаций, но не исключают их полностью. Исключить пульсации позволяют стабилизаторы напряжения. Различают параметрические и компенсационные стабилизаторы. В составе преобразователей малой мощности как правило применяются параметрические стабилизаторы.

Резистивные усилители низкой частоты Усилителями называются устройства, в которых сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности из источника питания Передаточная характеристика позволяет рассмотреть различные режимы работы усилительного каскада (классы усиления).

Дифференциальный усилитель Рассмотренный усилитель по схеме с общим эмиттером применяется достаточно широко, но имеет ряд недостатков - малое входное и большое выходное сопротивления, зависимость коэффициента усиления от параметров нагрузки. Эти недостатки частично или полностью исключены в дифференциальном усилителе.

Усилитель по схеме с общим коллектором

Следует отметить, что правила Кирхгофа можно использовать не только при анализе цепей, содержащих два или более источников, но и для цепей с одним источником ЭДС. В качестве примера рассмотрим следующую задачу.
Метод узловых и контурных уравнений