Режим работы электрической цепи: Режимы работы электрической цепи | Электротехника

Содержание

Электрические цепи постоянного тока и методы их расчета. Режимы работы электрической цепи. Основные методы расчета сложных электрических цепей

Электрические цепи постоянного тока и методы их расчета

1.1. Электрическая цепь и ее элементы

В электротехнике рассматривается устройство и принцип действия основных электротехнических устройств, используемых в быту и промышленности. Чтобы электротехническое устройство работало, должна быть создана электрическая цепь, задача которой передать электрическую энергию этому устройству и обеспечить ему требуемый режим работы.

Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, ЭДС (электродвижущая сила) и электрическом напряжении.

Для анализа и расчета электрическая цепь графически представляется в виде электрической схемы, содержащей условные обозначения ее элементов и способы их соединения. Электрическая схема простейшей электрической цепи, обеспечивающей работу осветительной аппаратуры, представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1

Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы:

1) Источники электрической энергии (питания).

Общим свойством всех источников питания является преобразование какого-либо вида энергии в электрическую. Источники, в которых происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую, называются первичными источниками. Вторичные источники – это такие источники, у которых и на входе, и на выходе – электрическая энергия (например, выпрямительные устройства).

2) Потребители электрической энергии.

Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии (например, нагревательный прибор). Иногда потребители называют нагрузкой.

3) Вспомогательные элементы цепи: соединительные провода, коммутационная аппаратура, аппаратура защиты, измерительные приборы и т.д., без которых реальная цепь не работает.

Все элементы цепи охвачены одним электромагнитным процессом.

В электрической схеме на рис. 1.1 электрическая энергия от источника ЭДС E, обладающего внутренним сопротивлением r0, с помощью вспомогательных элементов цепи передаются через регулировочный реостат R к потребителям (нагрузке): электрическим лампочкам EL1 и EL2.

1.2. Основные понятия и определения для электрической цепи

Для расчета и анализа реальная электрическая цепь представляется графически в виде расчетной электрической схемы (схемы замещения). В этой схеме реальные элементы цепи изображаются условными обозначениями, причем вспомогательные элементы цепи обычно не изображаются, а если сопротивление соединительных проводов намного меньше сопротивления других элементов цепи, его не учитывают. Источник питания показывается как источник ЭДС E с внутренним сопротивлением r0, реальные потребители электрической энергии постоянного тока заменяются их электрическими параметрами: активными сопротивлениями R1, R2, …, Rn. С помощью сопротивления R учитывают способность реального элемента цепи необратимо преобразовывать электроэнергию в другие виды, например, тепловую или лучистую.

При этих условиях схема на рис. 1.1 может быть представлена в виде расчетной электрической схемы (рис. 1.2), в которой есть источник питания с ЭДС E и внутренним сопротивлением r0, а потребители электрической энергии: регулировочный реостат R, электрические лампочки EL1 и EL2 заменены активными сопротивлениями R, R1 и R2.

Рис. 1.2

Источник ЭДС на электрической схеме (рис. 1.2) может быть заменен источником напряжения U, причем условное положительное направление напряжения U источника задается противоположным направлению ЭДС.

При расчете в схеме электрической цепи выделяют несколько основных элементов.

Ветвь электрической цепи (схемы) – участок цепи с одним и тем же током. Ветвь может состоять из одного или нескольких последовательно соединенных элементов. Схема на рис. 1.2 имеет три ветви: ветвь bma, в которую включены элементы r

0, E, R и в которой возникает ток I; ветвь ab с элементом R1 и током I1; ветвь anb с элементом R2 и током I2.

Узел электрической цепи (схемы) – место соединения трех и более ветвей. В схеме на рис. 1.2 – два узла a и b. Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называют параллельными. Сопротивления R1 и R2 (рис. 1.2) находятся в параллельных ветвях.

Контур – любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. В схеме на рис. 1.2 можно выделить три контура: I – bmab; II – anba; III – manbm, на схеме стрелкой показывают направление обхода контура.

Условные положительные направления ЭДС источников питания, токов во всех ветвях, напряжений между узлами и на зажимах элементов цепи необходимо задать для правильной записи уравнений, описывающих процессы в электрической цепи или ее элементах. На схеме (рис. 1.2) стрелками укажем положительные направления ЭДС, напряжений и токов:

а) для ЭДС источников – произвольно, но при этом следует учитывать, что полюс (зажим источника), к которому направлена стрелка, имеет более высокий потенциал по отношению к другому полюсу;

«Исследование режимов работы электрической цепи»

Лабораторная работа № 1

Тема: Исследование режимов работы электрической цепи

Цель: Исследование разжимов работы электрической цепи и влияние

сопротивления нагрузки на основные соотношения в цепи

Студент должен

знать: основные методы расчета линейных цепей постоянного тока;

уметь: подбирать параметры элементов по заданным условиям работы цепей и устройств

постоянного тока; выполнять расчеты цепей постоянного тока;

Теоретическое обоснование

В представленной электрической цепи (рисунок 1.1 ) ЭДС источника и его внутреннее сопротивление постоянны. Сопротивление потребителя можно изменять от бесконечно большой величины до нуля. Анализ работы такой цепи можно выполнить с помощью закона Ома для полной цепи:

(1)

(2)

Рассмотрим возможные случаи режимов работы электрической цепи.

1.Пусть , тогда , напряжение на зажимах генератора имеет наибольшее

значение, равное ЭДС

(3)

Такой режим называется режимом холостого хода.

2. Пусть , тогда

(4)

(5)

Такой режим называется режимом короткого замыкания

3. Пусть , тогда

Характер графических зависимостей, получающихся в результате обработки данных,

представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 — Неразветвленная

электрическая цепь

Рисунок 1.2 — Зависимость мощностей, тока, напряжения, КПД от сопротивления нагрузки

Ход работы

1 Электрическая схема опыта, электрооборудования и схема

На рисунке 1.3. приведена электрическая схема опыта. При сборке по приведенной

схеме используется следующее оборудование:

— источники постоянного напряжения БП — 15 со встроенными вольтметрами;

— резисторы эквиваленты внутреннего сопротивления источника.

;

— сопротивление нагрузки реостата 1 кОм;

— амперметр;

-вольтметр:

— выключатели.

Рисунок 1.3 — Неразветвленная электрическая цепь

с переменным сопротивлением

2 Порядок проведения работы

2.1. Ознакомься со схемой опыта, с приборами и оборудованием, используемыми

работе.

2.2. Собрать цепь по схеме (рисунок 1.3), дать проверить ее преподавателю.

2.3. Включить цепь. Установить на выходе источника напряжение 20 В.

Произвести опыт холостого хода ( — разомкнуты) и опыт короткого замыкания

( — замкнуты). Измерить ток и напряжение, данные измерений занести в

таблицу 1.1.

2.4. Выключатель — разомкнуть. Исследовать рабочий режим электрической цепи,

изменяя сопротивление нагрузки поворотом движка реостата 5-6 раз. Измерить ток

и напряжение. Данные измерений занести в таблицу 1.1.

2.5. Вычислить величину сопротивления нагрузки по закону Ома для всех точек опыта

величину мерности в нагрузке и мощность генератора , а также коэффициент

полезного действия:

2.6 Выключить цепь. Утвердить результаты работы. Разобрать схему. Выполнить

индивидуальное задание.

3 Здания для учащихся

    1. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника.

    2. Для всех точек опыта рассчитать сопротивление нагрузки , величину мощности в нагрузке ; и мощность генератора коэффициент полезного действия и величину падения напряжения внутри источника

    3. На одном графике построить зависимости

    4. Определить графически величину внутреннего сопротивления источника . Для этого воспользоваться графиком . Сравнить полученный результат со значение, рассчитанными в п. 3.1.

Таблица 1.1 — Результаты измерений и вычислений

Контрольные вопросы

  1. В каких режимах может работать электрическая цепь?

  2. Какие параметры электрической цепи определяют из режимов холостого хода и короткого замыкания?

  3. На какие параметры электрической цепи влияет внутреннее сопротивление источника?

  4. При каком сопротивлении нагрузки мощность достигает максимальной величины?

  5. Для каких элементов схемы опасно короткое замыкание?

  6. Обосновать изменение мощности генератора при изменении сопротивления нагрузки.

Содержание отчета

  1. Написать номер, тему и цель лабораторной работы

  2. Нарисовать рисунок 1.3.

  3. Написать оборудование, используемое в лабораторной схеме.

  4. Написать порядок выполнения работы

  5. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1 1.

  6. Ответить на контрольные вопросы.

  7. Сделать вывод.

Литература

  1. А.К. Славинский, И.С. Туревский — Электротехника с основами электроники, 2013.-с. 42

  2. Лоторейчук, Е.А.- Теоритические основы электротехники: 2014. –с. 31

влияние электроизмерительных приборов на режим работы электрической цепи

 

2.8.  Влияние электроизмерительных приборов

на режим работы электрической цепи

 

Как отмечалось выше, мощность, потребляемая прибором от измерительной цепи, должна быть мала, чтобы не вносить дополнительных погрешностей в измерения. Мощность, выделяющуюся на участке электрической цепи, можно найти по одной из трех формул:   P=I2R,   P=IU,   P=U2/R.

Амперметр включается в цепь последовательно с нагрузкой, а вольтметр параллельно нагрузке. Поэтому мощность, выделяющуюся на амперметре, удобно рассчитывать по формуле P=I2R, а на вольтметре – P=U2/R. Чтобы мощность, потребляемая измерительным прибором, была наименьшей, то необходимо, как следует из этих формул, чтобы внутреннее сопротивление амперметра было как можно меньше (для идеального амперметра равно нулю), а внутреннее сопротивление вольтметра было как можно больше (в идеальном случае – бесконечно).

Для демонстрации влияния внутреннего сопротивления электроизмерительных приборов на режим работы электрической цепи проведем серию экспериментов. 

 

 

В первом эксперименте покажем, что внутреннее сопротивление амперметра должно быть как можно меньше, и что переход на более чувствительный предел измерения может увеличить влияние прибора на режим работы цепи. Для этого будем использовать одинаковые  лампочки (1 В, 0,068 А), амперметр комбинированного прибора АВО-63, амперметр комбинированного прибора Щ4313, вольтметр комбинированного прибора Щ4313. Соберем приборы по схеме, изображенной на рисунке 2.7 и подадим постоянное напряжение 1В от источника ИЭПП-2 или аналогичного. Ключи SA1 и SA2 первоначально замкнуты. Таким образом, на лампочки HL1, HL2 подается номинальное напряжение. Лампочка HL3 является контрольной при проведении эксперимента, на нее всегда подается номинальное напряжение питания. АВО-63 включим на пределе 500 мА, а Щ4313 на пределе 2000 мА. Размыкая ключи SA1 и SA2, наблюдаем, что накал лампочки HL1 уменьшился, а накал лампочки HL2 практически не изменился. Параллельно лампочке HL1 подключим еще 6 таких же лампочек. Лампочка HL1 и подключенные к ней параллельно 6 лампочек не горят, а контрольная лампочка HL3 продолжает нормально гореть. Замкнем ключ SA1. Все лампочки загораются. Проделав аналогичные эксперименты с лампочками в цепи с амперметром прибора Щ4313, убеждаемся, что влияние прибора Щ4313 на режим работы лампочек существенно меньше, чем влияние прибора АВО-63. Включив 2 лампочки в цепь амперметра Щ4313, переключим предел измерения прибора с 2000 мА на 200 мА. Накал лампочек в этом случае уменьшится.

 

 

Измерим внутреннее сопротивление амперметров. Для этого подключим поочередно параллельно каждому из амперметров вольтметр Щ4313 (изменение режима работы электрической цепи приборами не фиксируется) и измерим напряжение на зажимах амперметра. Зная протекающей через амперметр ток, по закону Ома для участка цепи определим внутреннее сопротивление амперметра. Схема подключения приборов для определения внутреннего сопротивления амперметра приведена на рисунке 2.8. При определении внутреннего сопротивления прибора Щ4313 на пределе 2000 мА необходимо правильно выбрать точки подключения вольтметра, чтобы исключить сопротивление идущих к амперметру проводов.

Внутреннее сопротивление амперметра постоянного тока для прибора Щ4313 на разных пределах измерения приведено в таблице:

 

Предел измерения, мА

0,2

2

20

200

2000

Внутр. сопротивл., Ом

1000

100

10

1

0,1

 

 

Сопротивление амперметра постоянного тока АВО-63 на пределе измерения 500 мА равно  1,8 Ом, а на пределе измерения 50 мА — 18 Ом.

Повторим эксперимент с лампочками на 2,5В, 0,068А. В этом случае влияние внутреннего сопротивления амперметра на накал электрической лампочки меньше по сравнению с лампочкой, рассчитанной на меньшее напряжение. Затем соединим последовательно 5 лампочек на 2,5В, 0,068А и подадим на них номинальное напряжение питания 12,5 В. В ходе эксперимента делаем вывод, что включение в цепь амперметра практически не изменяет накал лампочек. Из этих экспериментов следует, что в низковольтных цепях включение амперметра последовательно с нагрузкой оказывает существенное влияние на режим работы электрической цепи (приводит к уменьшению силы тока).

Следующий эксперимент позволяет обосновать необходимость учета внутреннего сопротивления вольтметра при измерении напряжения на участках цепи. Для этого будем использовать делители напряжения.

Рассмотрим три делителя напряжения на резисторах с одинаковыми коэффициентами передачи  (рис. 2.9). Будем измерять выходное напряжение указанных делителей напряжения вольтметрами приборов АВО-63 и Щ4313. Выберем пределы измерения напряжения 2В на каждом из приборов. Постоянное напряжение 3–4 В можно снимать с источника электропитания  ИЭПП-2.

 

 

При измерениях поочередно каждым вольтметром получаем, что напряжение на резисторе R2 практически равно половине напряжения питания. На резисторе R4 вольтметр Щ4313 показывает напряжение чуть меньше половины U1, а  вольтметр АВО-63 показывает третью часть напряжения U1. На резисторе R6 вольтметр Щ4313 показывает третью часть напряжения питания, а вольтметр АВО-63 практически нуль. Если включать одновременно оба вольтметра, то их показания будут одинаковыми (в пределах класса точности каждого прибора) и примерно равными показаниям АВО-63, когда он подключался один. Из экспериментов делаем вывод, что если внутреннее сопротивление вольтметра сравнимо с сопротивлением резистора, на котором измеряется напряжение, то измерительный прибор нарушает режим работы электрической цепи.

Определить внутреннее сопротивление вольтметра можно одним из следующих способов. На рисунке 2.10а приведена схема с использованием вольтметра и микроамперметра. Микроамперметр измеряет протекающий через вольтметр ток, а вольтметр – напряжение на себе самом. Разделив показания вольтметра на показания микроамперметра, найдем внутреннее сопротивление вольтметра.

Внутреннее сопротивление вольтметра можно найти также, имея набор резисторов известного сопротивления. Вначале вольтметром измеряют напряжение на зажимах источника с малым внутренним сопротивлением (U1). Затем последовательно с вольтметром включают резистор известного сопротивления и снова измеряют напряжение – U2 (рис. 2.10б). Ток, протекающий через вольтметр, рассчитывают по формуле I=(U1 – U2)/Rэт. Внутреннее сопротивление вольтметра определяют по формуле RV  =U2/I. После эксперимента с делителем напряжения  можно сделать вывод о том, что прибор АВО-63 больше изменяет режим работы электрической цепи как при измерении силы тока, так и при измерении напряжения.

 

 

Особенно велико влияние измерительных приборов на режим работы электрических цепей с нелинейными элементами. Рассмотрим измерение сопротивления полупроводникового диода в прямом направлении. Измерим сопротивление диода в прямом направлении омметром прибора АВО-63 на пределах x1 и x10. Различие показаний прибора объясняется тем, что при измерениях на пределах x1 и x10 во внешней цепи омметра протекают разные токи, что приводит к изменению режима работы диода.  Омметр прибора АВО-63 имеет последовательную схему питания. Проведем измерения омметром, имеющим параллельную схему питания. Прибор Ц4353 имеет как параллельную (для измерения малых сопротивлений), так и последовательную схемы питания омметров. При измерении на пределе kW x 0,01 сопротивление диода Д226Б  оказалось равным 140 Ом. Попытка измерить сопротивление этого же диода на пределе W дает бесконечно большое сопротивление диода (на подключение диода стрелка прибора никак не реагирует). На пределе kW x 0,1 сопротивление диода 1,1 кОм, а на пределе  kW x 1 сопротивление диода равно 8 кОм. На пределе kW x 0,01 сопротивление диода Д7В равно 50 Ом.

Результаты измерений сопротивления диодов приведены в таблице:

 

Пределы измерения Ц4353

W

kW x 0,01

kW x 0,1

kW x 1

Сопротивление диода Д226Б (Ом)

¥

140

1100

8000

Сопротивление диода Д7В (Ом)

150

50

200

 

 

Существенные различия в результатах измерения сопротивления диода на разных пределах измерения объясняются влиянием омметра на режим работы полупроводникового диода (сопротивление диода зависит от приложенного к нему напряжения). Утверждение о том, что сопротивление диода в прямом направлении равно столько-то Ом, нельзя признать корректным. Обязательно необходимо добавлять при каком напряжении на диоде определялось сопротивление диода, либо какой измерительный прибор и на каком пределе измерения использовался.

 

Режимы работы электрических цепей в электротехнике (ТОЭ)

Режимы работы электрических цепей:

В электрической цепи различают активные и пассивные элементы (участки). Активными считаются элементы, в которых .преобразование энергии сопровождается возникновением ЭДС (аккумуляторы, генераторы). Пассивными считаются элементы, в которых ЭДС не возникает.

Параметры, характеризующие работу электрической цепи (рис. 2.5) при различных режимах, определяются следующими выражениями.    

Ток в замкнутой цепи

Напряжение на клеммах источника

Падение напряжения на сопротивлении источника

Полезная мощность (мощность потребителя)

Исследуем изменение этих величин при изменении сопротивления R от бесконечности (режим холостого хода) до нуля (режим короткого замыкания).

1. В режиме холостого хода (ключ К разомкнут)

2. В режиме короткого замыкания

Таким образом, полезная мощность Р при холостом ходе и коротком замыкании равна нулю. Следовательно, при каком-то значении сопротивления R полезная мощность Р имеет максимальную величину.

Для определения этого значения определим первую производную полезной мощности по току и приравняем ее к нулю, т. е.

или 

Следовательно, максимальная мощность будет при токе

Максимальная полезная мощность выделяется при

Полезная мощность максимальна, когда сопротивление потребителя R станет равным внутреннему сопротивлению источника Это и есть условие максимальной отдачи мощности источником (2.26).

При максимальной отдаче мощности ток в цепи равен а коэффициент полезного действия

так как

К 100 % КПД цепи приближается в режиме, близком к холостому ходу.

Максимальной отдачи мощности добиваются в маломощной аппаратуре: звуковоспроизводящей, радио, магнитофонах и др. В мощных энергетических установках добиваются максимального КПД.

Зависимость напряжений и полезной мощности от нагрузки (тока I) показана на рис. 2.7.

Режим короткого замыкания в электрических установках нежелателен, так как он приводит к большому току (больше номинального), т. е. резкому увеличению выделения тепла и выходу из строя аппаратуры.

Нормальным (рабочим) называется режим работы цепи, при котором ток напряжение и мощность не превышают номинальных значений — значений, на которые источник на приемники энергии рассчитаны заводом-изготовителем.

Пример 2.1

К источнику электрической энергии с ЭДС и внутренним сопротивлением подключен резистор R, сопротивление которого можно изменять (рис. 2.5). Определить ток цепи I, спряжение на клеммах источника U, мощность потребителя Р, мощность источника и КПД цепи при следующих значениях сопротивлений резистора

Решение

1. При сопротивлении резистора

2. При сопротивлении резистора — максимальная отдача мощности)

3. При сопротивлении резистора

Пример 2.2

При замкнутом ключе К (рис. 2.8) показания вольтметра 6 В, а амперметра 1,5 А. Если ключ # разомкнут, то вольтметр покажет 6,6 В. Определить сопротивление потребителя R и внутреннее сопротивление источника Сохранен ли баланс мощностей и каков КПД цепи при замкнутом ключе К?

Решение

При разомкнутом ключе К вольтметр показывает величину ЭДС источника а при замкнутом — напряжение на клеммах источника и потребителя

Тогда сопротивление потребителя

а внутреннее сопротивление источника

Баланс мощностей в работающей цепи: т.е. т.е. баланс мощностей сохранен.

КПД цепи

Пример 2.3

Электрический чайник, рассчитанный на напряжение и ток ежедневно работает 7 минут. Какое количество тепла ежедневно выделяет его нагреватель и столько стоит потребляемая чайником энергия за 1 месяц (30 дней), если 1 кВт-ч энергии стоит 63 копейки?

Решение

Ежедневно энергия, потребляемая чайником, составляет

За 1 месяц чайник потребляет энергии

стоимость которой

Количество тепла, выделяемое ежедневно, равно

Работа — электрическая цепь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Работа — электрическая цепь

Cтраница 2

Такой режим работы электрической цепи называется резонансом напряжений ( см. гл.  [16]

Такой режим работы электрической цепи называется резонансом токов ( см. гл.  [17]

Точный анализ работы электрической цепи, содержащей нелинейные элементы и, в частности, реактивную катушку со стальным сердечником, встречает значительные, часто непреодолимые, математические трудности.  [18]

Такой режим работы электрической цепи называется резонансом напряжений ( гл.  [20]

Из всех режимов работы электрической цепи и отдельных ее элементов наиболее характерными являются: 1) номинальный режим, 2) согласованный режим, 3) режим холостого хода, 4) режим короткого замыкания. Рассмотрим основные особенности каждого из этих режимов.  [21]

Как изменится режим работы электрической цепи рис. 2.32, если увеличить количество включен -, ных ламп.  [23]

Из всех режимов работы электрической цепи и отдельных ее элементов наиболее характерными являются: 1) номинальный режим, 2) согласованный режим, 3) режим холостого хода, 4) режим короткого замыкания. Рассмотрим основные особенности каждого из этих режимов.  [24]

Взрывобезопасность модуля обеспечена работой электрических цепей в искробезопасных режимах. Теплоизоляция модуля обеспечивается за счет покрытия внутренней поверхности корпуса литым вспененным пенополиуретаном. Источником тепла внутри корпуса модуля является газовая труба, по которой течет теплый газ. Для увеличения теплосъема на трубе установлены радиаторы.  [25]

Для контроля за работой электрических цепей на тепловозах установлены амперметры и вольтметры, размещенные на пультах управления. Амперметры включены в силовую цепь для контроля за нагрузкой тягового генератора и тяговых электродвигателей и в цепь аккумуляторных батарей для контроля зарядного и разрядного тока. Амперметры ( магнитоэлектрической системы) подключены к шунтам.  [26]

Вопрос о конвергентности режимов работы электрических цепей может рассматриваться при питании их: а) от источников постоянных вынуждающих сил, б) от источников периодических вынуждающих сил, в) от источников непериодических вынуждающих сил.  [27]

Переход от одного режима работы электрической цепи к другому происходит не мгновенно, а занимает определенное время. Это объясняется тем, что каждому установившемуся состоянию электрической цепи соответствует определенный запас энергии электрических и магнитных полей. Переход к новому режиму связан с нарастанием или убыванием энергии этих полей. Энергия WL LI2 / 2, запасаемая в магнитном поле индуктивности L, и энергия Wc CU2 / 2, запасаемая в электрическом поле емкости С, не могут изменяться мгновенно. Энергия может изменяться лишь непрерывно, без скачков, так как в противном случае мощность, равная производной энергии по времени, достигала бы бесконечных значений, что физически невозможно. Для электрической цепи, состоящей из катушки с индуктивностью L и резистора с активным сопротивлением R, включенной на напряжение источника U, справедливо уравнение баланса напряжений Ldifdt RiU. Если бы ток i изменился скачком, то его производная была бы равна di / dtoo. Тогда левая часть в приведенном уравнении не была бы равна правой части, а это противоречило бы второму закону Кирхгофа. В начальный момент коммутации ток в индуктивности остается таким же, каким он был непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется.  [28]

При полном анализе режима работы расчетной электрической цепи используют следующие методы расчета электрических цепей: методы контурных токов, узловых напряжений и законы Кирхгофа. Если задачи исследования электромагнитных процессов ограничены расчетом токов короткого замыкания только в одной аварийной ветви или в местах повреждения, то целесообразно использовать метод эквивалентного генератора или методы, основанные на принципе наложения. При рассмотрении коротких замыканий в узлах схемы ток в месте повреждения определяют как сумму токов аварийных ветвей. При использовании метода эквивалентного генератора в качестве вьщеляемой ветви удобно выбирать не аварийную, а ветвь, связывающую место короткого замыкания с нейтральным узлом схемы.  [29]

Страницы:      1    2    3    4

Режимы работы электрической цепи — Школьные Знания.com

Помогите срочно 50баллов.»Предмет высотой 60 см поставлен перпендикулярно оптической оси и удален от двояковыпуклой линзы с оптической силой 50 диоптр … ий на расстояние 250 см. Определить фокусное расстояние линзы, расстояние от изображения до линзы, высоту изображения и линейное увеличение, которое дает линза?»​

. На расстоянии 180 см расположены 2 лампы с силой света 75 кд и 48 кд. На какомрасстоянии от каждой их них нужно разместить экран, освещенность котор … огобудет одинаковой с двух сторон?Помогите пожалуйста,40баллов,срочно

Яке значення точкового заряду, на який однорідне електричне поле напруженістю 600 кН/Кл діє із силою 0.3 мН?

Який конденсатор називають плоским та від чого залежить його ємкість?

помогитее пожалуйста​

Начальная скорость шара снайперской винтовки 300 м/с. Выстрел произведен в горизонтальном направлении с высоты 2м. Определите время и дальность полета … шара.

8. Радіус робочого колеса гiдротурбіни у 8 разів більший, нiж парово а частота обертання в 40 разів менша. Порівняйте лiнiйнi швидкостi та прискорення … точок ободiв коліс турбін​

Допоможіть будь ласка

1. Вантаж за допомогою канату піднімають вертикально вгору на висоту 10 м за 2 с. Вважаючи рух вантажу рівноприскореним, визначити масу вантажу, якщо … сила натягу канату 300 Н. 2. З яким прискоренням рухаються дві вагонетки масою по 0,5т кожна, що скріплені разом, якщо їх тягнуть з силою 500 Н. Сила тертя кожної вагонетки дорівнює 50 Н. 3. Через блок перекинутий шнур, на кінцях якого висять два важки масами 5 та 3 кг. Визначити прискорення системи та силу натягу, що виникає у шнурі під час руху цієї системи. Тертям у блоках знехтувати. 4. З яким прискоренням буде ковзати тіло по похилій площині, якщо кут її нахилу до горизонту 30 º а коефіцієнт тертя дорівнює 0,03? 5. намалювати малюнки до задач

Помогите решить задачу пожалуйста

Согласованный режим работы электрической цепи. Согласование нагрузки с источником

Согласованный режим работы электрической цепи. Согласование нагрузки с источником

В схеме на рис. 6.20
— полное, активное и реактивное сопротивления источника ЭДС,
— полное, активное и реактивное сопротивления нагрузки.
Активная мощность может выделяться только в активных сопротивлениях цепи переменного тока.
Активная мощность, выделяемая в нагрузке,

. (5.26)

Активная мощность, развиваемая генератором

.
Коэффициент полезного действия для данной схемы:

.
Рис. 5.20

Из формулы (5.26) видно, что выделяемая в нагрузке мощность будет максимальной, когда знаменатель минимален. Последнее имеет место при , т.е. при . Это означает, что реактивные сопротивления источника и нагрузки должны быть одинаковы по модулю и иметь разнородный характер. При индуктивном характере реактивного сопротивления источника реактивное сопротивление нагрузки должно быть емкостным и наоборот.

. (5.27)

Установим условие, при котором от источника к нагрузке будет передаваться наибольшая мощность.

.

отсюда .

От источника к нагрузке передается наибольшая мощность, когда

. . (5.28)

Величина наибольшей мощности

.

Режим передачи наибольшей мощности от источника к нагрузке называется согласованным режимом, а подбор сопротивлений согласно равенствам (6.28) — согласованием нагрузки с источником.

В согласованном режиме

.

Половина мощности теряется внутри источника. Поэтому согласованный режим не используется в силовых энергетических цепях. Этот режим используют в информационных цепях, где мощности могут быть малыми, и решающими являются не соображения экономичности передачи сигнала, а максимальная мощность сигнала в нагрузке.


Дата добавления: 2015-07-14; просмотров: 156 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Пассивные элементы электрической цепи | Сдвиг фаз между током и напряжением. Понятие двухполюсника | Векторные диаграммы | Преобразование энергии в электрической цепи Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности синусоидального тока | Источники электрической энергии. Внешняя характеристика | Треугольники напряжений, токов, сопротивлений и проводимостей | Последовательное и параллельное соединения Эквивалентные параметры | Явление резонанса | Электрические LC-фильтры | RC-фильтры |
mybiblioteka.su — 2015-2021 год. (0.014 сек.)

История, режимы работы, характеристики VI, типы и области применения

Существование электронной промышленности было бы невозможно без диодов. Это простейшее полупроводниковое устройство, которое находит свое применение во всем мире электроники. В этой статье пойдет речь о том, что такое диод, его краткой истории, режимах работы, характеристиках VI, типах, применении, преимуществах и недостатках.

Что такое диод

Диод — это полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении.Диоды изготавливаются из цельного куска полупроводникового материала с двумя электродами. Полупроводник P-типа — это собственный полупроводник, легированный трехвалентной примесью, а полупроводник N-типа, легированный пятивалентной примесью, изготавливаются вместе, чтобы сформировать p-n-переход. P-тип образует анод, а n-тип — катод.

Полупроводники, такие как кремний (Si), германий (Ge) и арсенид галлия (Ga As), обладают электрическими свойствами как проводников, так и изоляторов. Их атомы тесно сгруппированы в кристаллический узор, называемый « Crystal Lattice », так как у них мало свободных электронов.

Рис. 1 — Представление PN-перехода, схематический символ и физический вид диода

Они могут проводить большое количество электричества, добавляя примеси к этой кристаллической структуре, которая производит больше свободных электронов, чем дырок, и наоборот. Эти примеси называются донорами или акцепторами . Процесс добавления примесных атомов к атомам полупроводника известен как Doping .

Кремний — наиболее часто используемый полупроводник.

Как работает диод

В p-n-переходе p-область имеет высокую концентрацию дырок и очень мало электронов. Тогда как n-область имеет высокую концентрацию электронов и мало дырок. Происходит процесс, называемый диффузией, при котором свободные электроны из n-области диффундируют в p-область, объединяясь с дырками, оставляя положительные ионы на n-стороне.

Некоторые атомы в p-области превращаются в отрицательные ионы. Точно так же несколько атомов в области n также превращаются в положительные ионы.Центральная область, где накапливается большое количество положительных и отрицательных ионов в n-области и p-области соответственно, называется Depletion Layer .

Процесс диффузии создает статическое электрическое поле на pn переходе диода, называемое « барьерный потенциал ». Барьерный потенциал препятствует потоку положительных и отрицательных ионов через соединение.

Рис. 2 — Несмещенный PN переходной диод

Для работы диодов прикладывается внешнее постоянное напряжение, помогающее потоку носителей заряда через слой истощения.Этот метод подачи внешнего постоянного напряжения называется смещением. Он настроен на прямое смещение, когда сторона P (анод) подключена к положительной клемме источника питания, а сторона n (катод) подключена к отрицательной клемме источника питания. Аналогично, если сторона n (катод) подключена к положительной клемме, а сторона p (анод) — к отрицательной клемме, то это называется обратным смещением.

Обычно резистор подключается последовательно с диодами для ограничения протекания тока.

Режимы работы диода

Есть два режима работы диодов в зависимости от приложенного напряжения.Это:

Что происходит, когда диод смещен в прямом направлении

При прямом смещении отрицательный вывод подключается к n-области, что заставляет электроны перемещаться в p-область. Точно так же подключение положительного вывода к p-области заставляет отверстия из p-области перемещаться в n-область.

За счет этого движения электронов и дырок образуются нейтральные атомы. Уменьшение барьерного потенциала уменьшает ширину обедненной области, и с увеличением напряжения питания большее количество атомов преобразуется в нейтральные атомы, и в этой области доступны менее заряженные ионы.Ширина области истощения дополнительно уменьшается.

Рис. 3 — Диод в прямом смещении

Преобразование атомов в нейтральные атомы продолжается до тех пор, пока область обеднения не схлопнется и, следовательно, большое количество электронов и дырок не пересечет переход, и ток будет течь от анода к катоду. Электрическое сопротивление диода с прямым смещением очень мало, и падение напряжения на нем незначительно. Значение прямого напряжения для кремниевых диодов составляет около 0.7V.

Подводя итог :

  • Низкое электрическое сопротивление
  • Ток течет только в состоянии прямого смещения.
  • Диод действует как короткое замыкание.

Что происходит, когда диод смещен в обратном направлении

Когда диод смещен в обратном направлении , то есть когда n-область (катод) подключена к положительной клемме, а p-область (анод) подключена к отрицательной клемме, отрицательная клемма притягивает дырки из p-области, а положительная клемма притягивает электроны из n-области.

Область истощения расширяется, что препятствует прохождению тока. Сопротивление диода бесконечно, и ток не течет, когда он смещен в обратном направлении и через переход проходит небольшой ток утечки.

Рис. 4 — Диод при обратном смещении

Подводя итог :

  • Электрическое сопротивление велико по сравнению с прямым смещением.
  • Нет тока в состоянии обратного смещения.
  • Диод работает как разомкнутая цепь.

VI-характеристики PN-переходного диода

VI-характеристики PN-переходного диода можно разделить на две части, то есть VI-характеристики при прямом смещении и обратном смещении. На рисунке ниже показаны вольт-амперные характеристики диодов.

Рис. 5 VI Характеристики диода PN-перехода

VI Характеристики диода при прямом смещении

Нелинейная кривая показывает, что при прямом смещении pn-перехода электрическое сопротивление, импеданс низкий и проводит большой ток, известный как бесконечный ток.

В области прямого смещения характеристики VI объясняются уравнением:

Здесь V T = KT / q

Где

  • I D = Прямой ток
  • I с = ток насыщения
  • В T = прямое напряжение
  • K = 1,38 × 10 -23 (постоянная Больцмана)
  • T = абсолютная температура
  • q = 1,6 × 10 -19 (электронный заряд)
  • n = константа и имеет значение 1 или 2, которое зависит от материала и физической структуры диодов.
    • n = 1 для кремния и германия
    • n = 2 для арсенида галлия.

VI Характеристики диода в обратном смещении

Ток в обратном смещении низкий до пробоя, поэтому диод выглядит как разомкнутая цепь. Когда входное напряжение достигает напряжения пробоя, обратный ток сильно возрастает.

Текущее значение (I D = — I S ) настолько мало, что мы можем приблизить его к нулю.

Следовательно, мы можем сказать, что:

  • I D ≈ 0, если –V Z K D << -n V T
  • ∴ V D ≈ 0.7, если I D > 0 (прямое смещение)
  • I D ≈ 0, если — V Z K D <0 (обратное смещение)

Типы диодов

Там — это многочисленные типы диодов, специально разработанные или модифицированные для конкретных приложений. Ниже приведен список некоторых популярных диодов.

  • Стабилитроны
  • Фотодиоды
  • Светоизлучающие диоды
  • Диоды с барьером Шоттки
  • PIN-диоды
  • Обратные диоды
  • Диоды Барита
  • Диоды Ганна
  • Диоды восстановления ступени
  • Туннельные диоды и т. Д.

Рис. 6 — Типы диодов

Применение диода

Диоды в основном используются в выпрямителях, клипперах, зажимах, демпфирующих схемах и регуляторах напряжения. Его несколько приложений вместе с принципиальной схемой объяснены ниже.

Использование диода в качестве выпрямителя

Преобразование входного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение, когда переменное напряжение подается на диод, называется выпрямлением. Диоды используются по отдельности или соединяются вместе для создания различных выпрямительных схем, таких как однополупериодные и двухполупериодные выпрямители для питания и выпрямления сигналов.

Рис.7 — Схема диодного выпрямителя

Использование диода в качестве ограничителя

Ограничение — это формирование формы сигнала, при котором входной сигнал ограничивается или обрезается для получения выходного сигнала, который является плоской версией входного сигнала. . Цепи диодного ограничения используются в приложениях с ограничением напряжения, поскольку эта схема устраняет напряжения ниже нуля.

Рис. 8 — Схема ограничения диода

Использование диода для фиксации

Электронная схема, которая предотвращает превышение сигналом определенного заданного значения, называется цепью ограничения.Цепи ограничения диодов используются в качестве умножителей напряжения и для устранения искажений сигнала.

Рис. 9 — Схема зажима диода

Преимущества диода

Преимущества диодов:

  • Диоды компактны по размеру и совместимы.
  • Разработка электронной схемы проста с использованием некоторых диодов, таких как стабилитроны.
  • Диоды помогают контролировать ток.
  • Эти диоды производят меньше нежелательных шумов.
  • Некоторые диоды, например диоды Шоттки, могут работать на высоких частотах.
  • Светодиоды более эффективны по сравнению с другими диодами и могут излучать свет ожидаемых цветов.
  • Работает с высокой скоростью переключения.

Недостатки диодов

К недостаткам диодов относятся:

  • Рассеиваемая мощность больше для стабилитронов и, следовательно, менее эффективна при высоких нагрузках.
  • Диоды очень чувствительны к температуре.
  • В схемах на основе фотодиодов необходимо усиление.
  • Светодиоды дороги по сравнению с другими диодами.
  • Некоторые диоды, такие как диоды Шоттки, имеют низкое максимальное обратное напряжение.
  • Они имеют высокий обратный ток и полное сопротивление.
  Также читают: 
  Что такое код CAPTCHA - как он работает, дизайн, типы, приложения 
  Что такое смарт-карта - как она работает, характеристики, типы и приложения 
  Модель OSI - Характеристики семи уровней, зачем использовать и ограничения  

Основы схемы выборки и хранения

В этом руководстве мы узнаем о схемах выборки и хранения.Они являются важной частью аналого-цифровых преобразователей и помогают в точном преобразовании аналоговых сигналов в цифровые. Мы увидим простую схему выборки и хранения, ее работу, различные типы схем и некоторые важные параметры производительности.

Введение

Схема выборки и хранения, иногда представленная как схема S / H или схема S&H, обычно используется с аналого-цифровым преобразователем для дискретизации входного аналогового сигнала и удержания дискретизированного сигнала, отсюда и название «Sample and Hold».

В цепи S / H аналоговый сигнал дискретизируется в течение короткого промежутка времени, обычно в диапазоне от 10 мкСм до 1 мкСм. После этого значение выборки сохраняется до поступления следующего входного сигнала для выборки. Продолжительность выдержки образца обычно составляет от нескольких миллисекунд до нескольких секунд.

На следующем рисунке показана простая блок-схема типичной схемы выборки и хранения.

Потребность в схемах отбора проб и выдержки

Если входное аналоговое напряжение АЦП изменяется более чем на ± 1/2 LSB, тогда существует серьезная вероятность того, что выходное цифровое значение является ошибкой.Чтобы АЦП давал точные результаты, входное аналоговое напряжение должно поддерживаться постоянным на протяжении всего преобразования.

Как следует из названия, схема S / H производит выборку входного аналогового сигнала на основе команды выборки и удерживает выходное значение на своем выходе до тех пор, пока не будет получена следующая команда выборки.

На следующем рисунке показаны вход и выход типичной схемы выборки и хранения.

Простая схема выборки и хранения

Давайте разберемся с принципом работы S / H Circuit с помощью упрощенной принципиальной схемы.Эта схема выборки и хранения состоит из двух основных компонентов:

  • Аналоговый переключатель
  • Удерживающий конденсатор

На следующем изображении показана основная цепь S / H.

Эта схема отслеживает входной аналоговый сигнал до тех пор, пока команда выборки не будет изменена на команду удержания. После команды удержания конденсатор удерживает аналоговое напряжение во время аналого-цифрового преобразования.

Аналоговый переключатель

Любой полевой транзистор, такой как JFET или MOSFET, может использоваться в качестве аналогового переключателя.В этом обсуждении мы сконцентрируемся на JFET. Напряжение затвор-исток VGS отвечает за переключение JFET.

Когда VGS равно 0 В, JFET действует как замкнутый переключатель, поскольку он работает в своей омической области. Когда VGS представляет собой большое отрицательное напряжение (т.е. более отрицательное, чем VGS (OFF)), JFET действует как разомкнутый переключатель, поскольку он отключен.

Переключатель может быть шунтирующим или последовательным переключателем, в зависимости от его положения относительно входа и выхода. На следующем изображении показан JFET, настроенный как шунтирующий переключатель, так и как последовательный переключатель.

Типы цепей выборки и хранения

Давайте теперь посмотрим на несколько различных типов схем выборки и хранения. Обратите внимание, что все нижеупомянутые схемы используют JFET в качестве переключателя. Во время периода выборки JFET включается, и заряд удерживающего конденсатора повышается до уровня входного аналогового напряжения.

В конце периода выборки JFET выключается, и удерживающий конденсатор изолируется от входного сигнала. Это гарантирует, что выходное напряжение поддерживается постоянным на уровне входного напряжения независимо от незначительных изменений входного значения.Для компенсации низкого падения напряжения на удерживающем конденсаторе используются два буфера (повторители напряжения), один на входе и один на выходе.

Имея это в виду, давайте взглянем на первую цепь S / H. На следующем изображении показана S / H-цепь разомкнутого типа.

Поскольку нет обратной связи, эта схема относительно быстрее, чем последующие схемы (которые все находятся в конфигурации с обратной связью). Но обратная связь в архитектурах с обратной связью обеспечивает более высокие показатели точности.Время сбора данных (обсуждается в следующем разделе) должно быть как можно меньше. Это зависит от трех факторов:

  • Постоянная времени RC, где R — сопротивление полевого транзистора в открытом состоянии (ron), а C — удерживающий конденсатор CH.
  • Максимальный выходной ток
  • Скорость нарастания ОУ

В следующей схеме представлена ​​немного улучшенная схема, чем первая. В этой конфигурации сопротивление полевого транзистора в открытом состоянии вводится в контур обратной связи, и, следовательно, время сбора данных зависит от двух других факторов.

Следующая схема дополнительно улучшена по сравнению с предыдущей схемой за счет усиления по напряжению. Коэффициент усиления схемы по напряжению можно рассчитать с использованием входного резистора R1 и резистора обратной связи RF следующим образом:

A = 1 + (R F / R 1 )

Последняя схема предлагает дополнительные преимущества по сравнению с предыдущей схемой. Важным является то, что положение удерживающего конденсатора изменяется, и в результате напряжение на неинвертирующем выводе A 2 равно напряжению на конденсаторе, деленному на коэффициент усиления разомкнутого контура A 2 . .

Это обеспечивает более быстрое время зарядки удерживающего конденсатора и, как следствие, более короткое время сбора данных.

Параметры производительности

Рабочие характеристики S / H-цепи могут быть охарактеризованы параметрами, которые обычно используются для усилителя, такими как входное напряжение смещения, ошибка усиления, нелинейность и т. Д. Но есть несколько характеристик, характерных для цепей S / H.

Эти характеристики полезны при анализе его производительности при переходе из режима выборки в режим удержания (и наоборот), а также во время операций в режиме удержания.Давайте разберемся с этими характеристиками с помощью следующего изображения.

Время сбора (т ac )

Время, необходимое для того, чтобы заряд в удерживающем конденсаторе поднялся до уровня, близкого к входному напряжению во время выборки, называется временем сбора данных. На него влияют три фактора:

  • Постоянная времени RC
  • Скорость нарастания ОУ
  • Максимальный выходной ток ОУ

Время апертуры (t ap )

Временная задержка между инициированием V или отслеживания V i и инициированием команды удержания называется временем апертуры.Эта задержка обычно возникает из-за задержек распространения через драйвер и схемы переключателя.

Для точного отсчета времени команда удержания должна быть инициирована заранее на величину времени апертуры.

Неопределенность апертуры (∆ t ap )

Время апертуры не будет одинаковым для всех семплов и будет варьироваться от семпла к семплу. Эта неопределенность называется апертурной неопределенностью. Это серьезно повлияет на продвижение команды удержания.

Время установления режима удержания (t с )

Время установления режима удержания — это время, необходимое выходу V o для установления в пределах указанного диапазона ошибок (обычно 1%, 0,1% или 0,01%) после подачи команды удержания.

Шаг удержания

Во время переключения из режима выборки в режим удержания может возникнуть нежелательная передача заряда между переключателем и удерживающим конденсатором (в основном из-за паразитных емкостей).Это повлияет на напряжение конденсатора, а также на выходное напряжение. Это изменение выходного напряжения от желаемого напряжения называется шагом удержания.

Проходной

Опять же, паразитные емкости в переключателе могут вызвать связь по переменному току между V и V в режиме удержания. В результате выходное напряжение может изменяться с изменениями входного напряжения, и это называется сквозным соединением.

Спуск

Падение напряжения — это явление, при котором напряжение на удерживающем конденсаторе падает из-за токов утечки.

Преимущества

  • Основным и важным преимуществом типичной схемы SH является помощь процессу аналого-цифрового преобразования путем удержания дискретизированного аналогового входного напряжения.
  • В многоканальных АЦП, где важна синхронизация между разными каналами, схема SH может помочь, производя выборку аналоговых сигналов со всех каналов одновременно.
  • В мультиплексированных цепях перекрестные помехи могут быть уменьшены с помощью цепи SH.

Применение схемы выборки и хранения

Некоторые из важных приложений упомянуты ниже:

  • Схемы аналого-цифрового преобразователя (АЦП)
  • Схемы цифрового интерфейса
  • Операционные усилители
  • Аналоговые демультиплексоры
  • Системы распределения данных
  • Хранение выходов мультиплексоров
  • Системы импульсной модуляции

Заключение

Полное руководство для начинающих по схеме выборки и удержания.Вы узнали о важности схемы выборки и хранения в аналого-цифровых преобразователях, простой схемы S / H с использованием полевого МОП-транзистора и конденсатора, различных типов схем выборки и хранения, некоторых важных параметров, которые определяют производительность схемы S / H. а также приложения S&H Circuits.

Схема привода электромагнитного клапана

Lee

В большинстве электромеханических систем используются соленоиды всех размеров. Поскольку соленоиды очень распространены, существует множество различных способов их управления.Эти методы включают несколько готовых вариантов, таких как микросхемы ШИМ, механические реле и альтернативные схемы. Компания Lee разработала принципиальные схемы, которые можно использовать для управления многими электромагнитными клапанами и насосами на этом веб-сайте. Ниже перечислены некоторые конкретные принципиальные схемы, которые могут служить в качестве общих рекомендаций и могут быть воспроизведены или изменены конечным пользователем в соответствии с требованиями конкретного приложения. С вопросами о том, какая схема лучше всего подходит для вашего приложения, обращайтесь к инженеру по продажам компании Lee.

Базовый транзистор / быстрый отклик

(чертеж Ли LFIX1002200A)

Эта принципиальная схема демонстрирует простейшую форму схемы электромагнитного привода и может использоваться для приведения в действие большинства электромагнитных клапанов и насосов на этом веб-сайте. Схема требует входного напряжения (Vcc) для приведения в действие соленоида, а также входного сигнала управления (от контроллера, функционального генератора или схемы синхронизации), который переключает транзистор. Это, в свою очередь, позволяет току возбуждения возбуждать соленоид.Диод помещен параллельно соленоиду, чтобы защитить транзистор от индуктивного скачка напряжения, который возникает при обесточивании соленоида. Значительное падение напряжения между источником питания и соленоидом может произойти, если возникнет неожиданное сопротивление, например, длинные подводящие провода или другие электрические компоненты. Поэтому убедитесь, что соленоид получает свое номинальное напряжение срабатывания, измеряя непосредственно на контактах соленоида. В зависимости от требований вашего приложения, эта схема может быть настроена для двух различных режимов работы:

  1. Базовый драйвер — В простейшем рабочем режиме эта самая базовая схема соленоидного привода не требует стабилитрона 51 В.
  2. Fast Response Driver — стабилитрон 51 В, включенный последовательно с обратным диодом, улучшает отклик с фиксацией (время до закрытия) соленоида при отключении питания.

Принципиальная схема базового транзистора


Электрическая схема только для справки. См. Чертеж LFIX1002200A, который включает дополнительные примечания и инструкции по эксплуатации.

Шип и фиксатор

(чертеж Ли LFIX1002250A)

Эту схему можно использовать как драйвер с увеличенным временем отклика или как драйвер с низким энергопотреблением.Схема сначала подает кратковременное напряжение срабатывания (V1, «Пиковое» напряжение) в течение периода времени (ts), затем переключается на более низкое напряжение (V2, «Удерживающее» напряжение), чтобы удерживать соленоид под напряжением в течение продолжительное время. Длительность всплеска (ts) определяется резистором и конденсатором (R1 и C1 указаны на LFIX1002250A, примечание 4), подключенными к микросхеме таймера 555. Обычно продолжительность выброса немного больше, чем время срабатывания соленоида. Требуется ввод управляющего сигнала (от контроллера, функционального генератора или схемы синхронизации) для приведения в действие соленоида.Соленоид будет оставаться включенным до тех пор, пока подан управляющий сигнал. Значительное падение напряжения между источником питания и соленоидом может произойти, если возникнет неожиданное сопротивление, например, длинные подводящие провода или другие электрические компоненты. Поэтому убедитесь, что соленоид получает свое номинальное напряжение срабатывания, измеряя непосредственно на контактах соленоида. При измерении сигнала между контактами соленоида с помощью осциллографа убедитесь, что используется дифференциальный пробник.

В зависимости от того, требуется ли вам меньшая мощность или более быстрый отклик, этот драйвер может быть настроен для двух разных режимов работы:

  1. Драйвер с быстрым откликом и удержанием — время отклика соленоида может быть улучшено как для срабатывания (время открытия), так и фиксации (время закрытия) соленоида, применяя повышающее напряжение, превышающее номинальное. напряжение срабатывания на V1 и добавление стабилитрона 51 В (D4, указано на LFIX1002250A, примечание 5.1). После быстрого приведения в действие соленоида драйвер переключается на более низкое удерживающее напряжение, подаваемое на V2, чтобы уменьшить резистивный нагрев и избежать повреждения соленоида. Стабилитрон 51 В, включенный последовательно с обратным диодом, улучшает отклик с фиксацией (время до закрытия) соленоида при отключении питания.
  2. Драйвер с низким энергопотреблением — общее энергопотребление можно значительно снизить (обычно 75-90%), подав номинальное напряжение соленоида на V1 и более низкое удерживающее напряжение на V2.Для большинства соленоидов удерживающее напряжение составляет половину номинального напряжения срабатывания, если иное не указано на контрольном чертеже. Для получения более конкретных рекомендаций относительно напряжения или продолжительности всплеска для вашего конкретного приложения или номера детали, пожалуйста, свяжитесь с инженером по продажам компании Lee.

Схема цепи выброса и удержания


Электрическая схема только для справки. См. Чертеж LFIX1002250A, который включает дополнительные примечания и инструкции по эксплуатации.

Соленоид с фиксацией

(чертеж Ли LFIX1002350A)

Основным преимуществом электромагнитного клапана с защелкой является то, что не требуется питание для поддержания состояния потока клапана (открытого или закрытого) между срабатываниями. То есть обесточенный запорный клапан будет сохранять текущее состояние потока. Из-за этой функции магнитной фиксации электромагнитные клапаны с фиксацией имеют поляризованные выводы, что требует другого типа схемы управления. Состояние потока соленоида определяется отрицательным или положительным импульсом напряжения, поэтому требуется схема, способная протекать двунаправленный ток.Рекомендуемая схема LFIX1002350A включает микросхему H-моста, которая меняет направление тока на противоположное, обеспечивая эффективное переключение электромагнитного клапана с фиксацией. Значительное падение напряжения между источником питания и соленоидом может произойти, если возникнет неожиданное сопротивление, например, длинные подводящие провода или другие электрические компоненты. Поэтому убедитесь, что соленоид получает свое номинальное напряжение срабатывания, измеряя непосредственно на контактах соленоида.

Для этой схемы требуется номинальное входное напряжение для приведения в действие соленоида, а также команды переключения, подаваемые микроконтроллером (MCU) или другим программируемым логическим контроллером (PLC).Команды переключения должны подаваться в виде сигнала 5 В постоянного тока «ВЫСОКИЙ» или «НИЗКИЙ», из которых требуется четыре. Два контакта необходимы для включения микросхемы H-моста, а два других необходимы для запуска положительного или отрицательного импульса на соленоид. Описание каждого вывода приведено ниже вместе с диаграммой состояний. Информацию о назначении штырей соленоида и схемах подключения можно найти на контрольном чертеже для каждого запорного электромагнитного клапана.

Назначение контактов MCU (график формы сигнала)

  • IN 1 — HIGH обеспечивает импульс +5 В постоянного тока.Длина (время) импульса должна быть немного больше времени срабатывания соленоида.
  • IN 2 — HIGH обеспечивает импульс -5 В постоянного тока. Длина (время) импульса должна быть немного больше времени срабатывания соленоида.
  • D 1 — Включает NXP33886 (H-Bridge Chip), должен быть ВЫСОКИЙ при срабатывании (в любом направлении).
  • D 2 — Включает NXP33886 (H-Bridge Chip), должен быть НИЗКИЙ при срабатывании (в любом направлении).

Схема цепи запорного клапана

График формы сигнала


Электрическая схема только для справки.См. Чертеж LFIX1002350A, который включает дополнительные примечания и инструкции по эксплуатации.

Что такое контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)?

Что такое фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ)?

Контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) — это электронная схема с генератором, управляемым напряжением или напряжением, который постоянно настраивается в соответствии с частотой входного сигнала. ФАПЧ используются для генерации, стабилизации, модуляции, демодуляции, фильтрации или восстановления сигнала из «зашумленного» канала связи, где данные были прерваны.

ФАПЧ

широко используются в беспроводных или радиочастотных (RF) приложениях, включая маршрутизаторы Wi-Fi, радиовещательные радиостанции, рации, телевизоры и мобильные телефоны.

В простейшем случае контур фазовой автоподстройки частоты представляет собой схему управления с обратной связью с обратной связью, которая чувствительна как к частоте, так и к фазе. ФАПЧ — это не отдельный компонент, а система, состоящая из аналоговых и цифровых компонентов, соединенных между собой в конфигурации «отрицательной обратной связи». Считайте это аналогом сложной схемы усилителя на базе операционного усилителя.

Для чего используется фазовая автоподстройка частоты?

Основная цель ФАПЧ — синхронизировать выходной сигнал генератора с опорным сигналом. Даже если два сигнала имеют одинаковую частоту, их пики и впадины могут не совпадать. Проще говоря, они не достигают одной и той же точки на осциллограмме одновременно.

Известная как разность фаз , измеряется как угол между сигналами. Для сигналов с разными частотами разность фаз между ними всегда будет изменяться, что означает, что один сигнал будет отставать или опережать другой на разную величину.

Во время разности фаз опережающая фаза относится к волне, возникающей «впереди» другой волны той же частоты, а запаздывающая фаза указывает на волны, возникающие «позади» другой волны той же частоты.

ФАПЧ уменьшает фазовые ошибки между выходной и входной частотами. Когда разность фаз между этими сигналами равна нулю, система называется «заблокированной». И это действие блокировки зависит от способности ФАПЧ обеспечивать отрицательную обратную связь, то есть направлять выходной сигнал обратно на фазовый детектор.

Помимо синхронизации выходной и входной частот, ФАПЧ также помогает установить фазовое соотношение вход-выход для генерации соответствующего управляющего напряжения. Следовательно, он помогает достичь как частоты, так и фазы в цепи.

Ключевые компоненты ФАПЧ

ФАПЧ состоит из трех основных компонентов:

  • Фазовый детектор (также известный как фазовый компаратор или смеситель). Он сравнивает фазы двух сигналов и генерирует напряжение в соответствии с разностью фаз.Он умножает входной опорный сигнал и выход управляемого напряжением генератора.
  • Генератор, управляемый напряжением . Генерирует синусоидальный сигнал, частота которого близко соответствует центральной частоте, обеспечиваемой фильтром нижних частот.
  • Фильтр нижних частот . Разновидность петлевого фильтра, который ослабляет высокочастотную составляющую переменного тока (AC) входного сигнала, чтобы сгладить и сгладить сигнал, чтобы сделать его более похожим на постоянный ток.

Здесь фазовый детектор функционирует как аналоговый умножитель , управляемый напряжением генератор как усилитель , и фильтр нижних частот как лаг блок .

В совокупности контур фазовой автоподстройки частоты, управляемый напряжением генератор, опорный генератор и фазовый компаратор составляют синтезатор частоты — электронную систему, которая производит диапазон частот от одного фиксированного генератора. Беспроводное оборудование, использующее этот тип управления частотой, называется синтезированным по частоте.

Другие устройства на синтезе частоты включают:

  • мобильных телефонов
  • спутниковые ресиверы
  • Системы GPS

Механизм, лежащий в основе ФАПЧ, основан на разности фаз между двумя сигналами.Он обнаруживает эту разницу и обеспечивает механизм обратной связи для изменения частоты генератора, управляемого напряжением.

ФАПЧ сравнивает сигнал генератора, управляемого напряжением, с входным / опорным сигналом. Поскольку система ФАПЧ чувствительна как к частоте, так и к фазе, она может обнаруживать разность частот и фаз между двумя сигналами.

Он генерирует сигнал ошибки, соответствующий разности фаз между сигналами. Эта разница передается на фильтр нижних частот, который удаляет любые высокочастотные элементы и фильтрует сигнал ошибки до уровня переменного постоянного тока (DC).Затем этот «сигнал обратной связи» снова подается на генератор, управляемый напряжением, для управления его частотой.

Упрощенный взгляд на то, как контур фазовой автоподстройки частоты работает постоянно для регулировки напряжения в соответствии с частотой входного сигнала.

Для начала, этот цикл будет вне блокировки. Сигнал ошибки подтягивает частоту генератора, управляемого напряжением, к опорной частоте и продолжает делать это до тех пор, пока не сможет уменьшить ошибку дальше. Однако в какой-то момент разность фаз между двумя сигналами станет равной нулю (т.е.е., они оба будут на одной и той же частоте).

Это когда петля называется заблокированной, и возникает установившееся напряжение ошибки.

Общие приложения с фазовой автоподстройкой частоты

ФАПЧ используются в десятках приложений; среди них:

  • телекоммуникационные системы
  • компьютеров
  • радио
  • прочие электронные системы

Контуры фазовой автоподстройки частоты часто используются в беспроводной связи, в первую очередь для передачи с частотной модуляцией (FM), где они позволяют демодулировать высококачественный звук из FM-сигнала.Они также используются для передач с фазовой модуляцией (PM).

Три типа волновой модуляции, то есть преобразование данных в радиоволны путем добавления информации к сигналу.

Непрямые синтезаторы частоты — еще одно важное применение ФАПЧ. Два других ключевых приложения ФАПЧ:

  • Распределение по времени. Для распределения точно синхронизированных тактовых импульсов в цифровых логических схемах (например, в микропроцессорных системах).
  • Восстановление сигнала. Для обеспечения «чистого» сигнала и запоминания частоты в случае прерывания (например, при использовании импульсной передачи).

При цифровой передаче данных используются схемы фазовой автоподстройки частоты чаще, чем при аналоговой передаче. Они также чаще производятся в виде интегральных схем, хотя для обработки микроволновых сигналов используются дискретные схемы.

Введение, основы и работа с различными режимами работы

Таймер IC 555 — хорошо известный компонент в электронных кругах, но то, что не известно большинству людей, — это внутренняя схема ИС и функции различных выводов, присутствующих в ИС.Позвольте мне рассказать вам факт о том, почему таймер 555 называется так , таймер получил свое название от трех последовательно включенных резисторов по 5 кОм, используемых во внутренней цепи ИС.

Таймер IC 555 — одна из наиболее широко используемых микросхем в электронике, которая используется в различных электронных схемах благодаря своим прочным и стабильным свойствам. Он работает как генератор прямоугольной формы с рабочим циклом от 50% до 100%, осциллятор, а также может обеспечивать временную задержку в цепях. Таймер 555 получил свое название от трех резисторов на 5 кОм, подключенных по схеме делителя напряжения, которая показана на рисунке ниже.Упрощенная схема внутренней схемы приведена ниже для лучшего понимания, поскольку полная внутренняя схема состоит из более чем 16 резисторов, 20 транзисторов, 2 диодов, триггера и многих других компонентов схемы.

Таймер 555 представляет собой 8-контактное устройство DIP (Dual In-Line Package). Существует также двойная версия 556 таймера 555, которая состоит из двух полных 555 таймеров в 14 DIP и счетверенного таймера 558, который состоит из четырех таймеров 555 в одной IC и доступен на рынке как 16-контактный DIP.

Рис.1: Схема выводов микросхемы 555

Рис.2: Схема внутренних цепей IC 555

Основные понятия:

· Компаратор: Компаратор является основным электронным компонентом, который сравнивает два входных напряжения, то есть между инвертирующим (-) и неинвертирующим (+) входом, и если неинвертирующий вход больше, чем инвертирующий вход, то выход компаратор высокий.Также входное сопротивление идеального компаратора бесконечно.

· Делитель напряжения: Поскольку мы знаем, что входное сопротивление компараторов бесконечно, входное напряжение делится поровну между тремя резисторами. Значение V в /3 на каждом резисторе.

· Flip / Flop: Flip / Flop — это элемент памяти цифровой электроники. Выход (Q) триггера — высокий, если вход на клемме S — высокий, а R — низкий, а выход Q — низкий, когда вход на S — низкий, а R — высокий.

Функция различных контактов: —

1. Земля: этот вывод используется для обеспечения шины нулевого напряжения для интегральной схемы для разделения потенциала питания между тремя резисторами, показанными на схеме.

2. Триггер: Как мы видим, напряжение на неинвертирующем конце компаратора составляет V в /3, поэтому, если триггерный вход используется для установки выхода F / F в «высокое» состояние путем подачи напряжения, равного или меньшего, чем V в /3, или любого отрицательного импульса, поскольку напряжение на неинвертирующем конце компаратора составляет V в /3.

3. Выход: это выходной контакт IC, подключенный к Q ’(Q-полоса) F / F с инвертором между ними, как показано на рисунке.

4. Сброс: этот вывод используется для сброса выхода F / F независимо от начального состояния F / F, а также это активный вывод низкого уровня, поэтому он подключен к «высокому» состоянию, чтобы избежать любых шумовых помех. если не требуется операция сброса. Поэтому большую часть времени он подключен к источнику питания, как показано на рисунке.

5.Управляющее напряжение: Как мы видим, вывод 5 подключен к инвертирующему входу, имеющему уровень напряжения (2/3) В на . Он используется для отмены инвертирующего напряжения для изменения ширины выходного сигнала независимо от схемы синхронизации RC.

6. Порог: вывод подключен к неинвертирующему входу первого компаратора. Выход компаратора будет высоким, когда пороговое напряжение будет больше, чем (2/3) В в , таким образом сбрасывая выход (Q) F / F с «высокого» на «низкий».

7. Разряд: этот вывод используется для разряда синхронизирующих конденсаторов (конденсаторов, участвующих во внешней цепи, чтобы ИС работала как генератор прямоугольных импульсов) на землю, когда выход вывода 3 переключается на «низкий».

8. Питание: этот вывод используется для подачи на ИС напряжения питания для функционирования и выполнения различных операций, которые должны выполняться таймером 555.

Использует: —

Таймер IC 55 используется во многих схемах, например, в генераторе одноразовых импульсов в моностабильном режиме в качестве генератора в нестабильном режиме или в бистабильном режиме для создания действия типа триггера / флопа.Он также используется во многих типах других схем для достижения различных целей, например, амплитудно-импульсная модуляция (PAM), широтно-импульсная модуляция (PWM) и т. Д.

Подробнее об этих схемах будет рассказано в следующих руководствах.

]]>

Изучение таблицы данных

Мы могли использовать 555 Timer IC в одном или нескольких приложениях, таких как генератор, таймер, ШИМ и т. Д. Мы могли видеть IC 555 в большинстве приложений. Но большинство из нас не знает, как устроены эти схемы таймера 555.Как IC555 используется в таких приложениях. Для разработки приложений на базе IC555 необходимо сначала обратиться к его техническому описанию. Он предоставляет всю необходимую информацию о чипе. Он предоставляет схему выводов, функции выводов, работу, операции и, что наиболее важно, различные рабочие параметры, такие как номинальное напряжение и ток питания, высокое выходное напряжение, низкое выходное напряжение, пропускная способность по току источника тока, рабочая температура и т. Д. Обратившись ко всему этому, можно разработать собственное приложение с использованием IC555 или использовать IC555 надлежащим образом.

Итак, здесь я собираюсь объяснить некоторые из рабочих параметров IC555 , которые подскажут вам, как правильно использовать IC555. Для всех данных параметров я взял ссылку на лист данных LM555 / NE555 / SA555, предоставленный «Fairchild Semiconductor».

параметр

состояние

Мин. Значение

Максимальное значение

Пояснение

Напряжение питания (Vcc)

4.5 В

16 В

Предел напряжения смещения не должен превышать эти два предела

Ток питания (Icc)

Vcc = 5 В и R L =?

6 мА

Для питания 5 В и разомкнутой цепи выхода максимальный ток питания ограничен до 6 мА

Рассеиваемая мощность (P D )

600 мВт

Когда IC555 находится в рабочем состоянии, он рассеивает 600 мВт

Рабочая температура

0 o С

70 или С

IC555 следует эксплуатировать в этом диапазоне температур.В дальнейшем производительность ухудшится

Температура пайки

За 10 с

300 или С

Если IC555 впаян непосредственно в цепь, максимальная температура пайки не должна превышать 300 o C

Температура хранения

-65 o С

150 o С

IC555 не следует хранить за пределами этих температурных пределов хранения

Управляющее напряжение (Vc)

Vcc = 5 В

2.6 В

4 В

Входное напряжение на контакте 5 ограничено от 2,6 В до 4 В для питания 5 В

Пороговое напряжение (В th )

Vcc = 5 В

3,33 В

3,33 В

Входное напряжение на выводе номер 6 должно быть немного выше этого значения

Напряжение срабатывания (В tr )

Vcc = 5 В

1.1 В

2,2 В

Входное напряжение на контакте 2 должно быть меньше 2,2 В для питания 5 В. Типичное значение 1,67 В

Напряжение сброса (В сначала )

0,4 В

1 В

Входное напряжение сброса на контакте 4 должно быть выше 0,4 В для правильной работы

Пороговый ток (I th )

Vcc = 5 В

0.25 мкА

Этот ток ограничит значение общего сопротивления (R1 + R2) = 6,7 МОм.

Ток срабатывания (I tr )

В tr = 0 В

2 мкА

Для входа триггера требуется максимальный ток 2 мкА

Ток сброса (I rst )

0.4 мА

Низкое выходное напряжение (В или )

Vcc = 5 В I сток = 5 мА

0 В

0,35 В

Для источника питания 5 В максимальное выходное низкое напряжение составляет 0,35 В

Высокое выходное напряжение (В на )

Vcc = 5 В I источник = 100 мА

2.75 В

Vcc

Для источника питания 5 В минимальное выходное высокое напряжение составляет 2,75 В

Потребляемый ток (I сток )

Vcc = 5 В

5 мА

Для питания 15 В при низком выходном сигнале микросхема может потреблять максимум 50 мА тока от источника питания

Vcc = 15 В

10 мА

50 мА

Источник тока (I источник )

Vcc = 5 В

100 мА

Для питания 15 В при высоком выходном сигнале микросхема может подавать максимальный ток 200 мА для нагрузки

Vcc = 15 В

100 мА

200 мА

Время нарастания (T r )

100 нСм

Время, необходимое для повышения выхода с низкого значения до 50% от максимального значения, составляет всего 100 нсек

Время спада (T f )

100 нСм

Время, необходимое для снижения выхода с высокого значения до 50%, составляет всего 100 нсек

]]>

]]>

Основы таймера 555 IC

Мультивибраторы

находят свое место во многих приложениях, поскольку они являются одними из наиболее широко используемых схем.Приложение может быть бытовым (бытовым), промышленным, контрольным, коммуникационным и т. Д. Кем угодно. Мультивибраторы используются во всех таких приложениях, как генераторы, цифровые триггеры, схемы генератора импульсов, схемы генератора задержки, таймеры и многое другое.

Мультивибраторы бывают трех типов

1. Мультивибратор нестабильный — не имеет стабильного состояния. Он имеет два квазистабильных состояния, которые автоматически меняются с одного на другое и обратно.Таким образом, на самом деле он переходит из высокого состояния в низкое и из низкого состояния в высокое без какого-либо триггерного входа по истечении предварительно определенного времени.

{2. Моностабильный мультивибратор — имеет одно стабильное состояние и одно квазистабильное состояние. Он переходит в квазистабильное состояние из стабильного состояния при подаче триггерного входа. Он автоматически переходит в стабильное состояние из квазистабильного состояния по истечении заданного времени.

3. Бистабильный мультивибратор — имеет оба стабильных состояния.Два разных триггерных входа используются для изменения состояния с высокого на низкий и с низкого на высокий.

Все эти три типа мультивибраторов можно легко сделать с помощью транзисторов. Но доступна одна ИС, которая может использоваться как нестабильный, моностабильный или бистабильный мультивибратор, — это IC555 .

IC 555 — самый универсальный чип, и он (может быть) использован практически во всех приложениях из-за своей многофункциональности. Его 8-контактный чип типа DIP или SOP с выходом постоянного тока 200 мА.Он называется микросхемой смешанного сигнала, потому что внутри находятся как аналоговые, так и цифровые компоненты. Его основными приложениями являются генерация таймингов, синхросигналов, генерация синхронизирующих сигналов, генератора прямоугольных импульсов, в последовательной цепи и многое другое.

Схема контактов, описание контактов и функции контактов

Рис.3: Схема выводов микросхемы 555

Контактный номер

Название пина

В / В

функция

1

Земля

вход

Обеспечивает землю

2

Триггер

вход

Входной контакт триггерного компаратора.Отрицательный триггер (<1/3 Vcc) применяется в моностабильном режиме

3

Выход

выход

Его выходной контакт

4

Сброс

вход

Внутренний штифт сброса триггера. Должен быть высоким, чтобы разрешить выход

5

Контроль

вход

Вход управляющего напряжения для управления зарядкой и разрядкой внешнего конденсатора

6

Порог

вход

Входной контакт порогового компаратора.Положительный триггер (> 2/3 Vcc) применяется в бистабильном режиме

7

Разряд

вход

Нагнетательный штифт. Обеспечивает путь разряда к внешнему конденсатору

8

Vcc

вход

Для напряжения смещения + Ve. От 4,5 В до 16 В

Внутренняя блок-схема —

Фиг.4: Блок-схема 555 IC

Как показано на рисунке IC555 включает в себя два компаратора, один RS-триггер и несколько других дискретных компонентов, таких как транзисторы, резисторы и т. Д., Напряжение смещения (Vcc) делится на три части через делитель напряжения с использованием того же номинала резисторов R. / 3 Vcc подается на неинвертирующую клемму триггерного компаратора, а 2/3 Vcc подается на инвертирующую клемму порогового компаратора. Выходы обоих компараторов подаются на входы R и S триггера.Выход Q ’является фактическим выходом IC, а выход Q управляет разрядным транзистором, который обеспечивает путь разрядки к внешнему конденсатору всякий раз, когда он высокий.

Когда отрицательный триггер <1/3 Vcc применяется на входном контакте триггера, компаратор триггера дает высокий выходной сигнал, который сбрасывает триггер, и выход Q ', который является выходом микросхемы, становится высоким. на входном выводе порогового значения пороговый компаратор выдает высокий выходной сигнал, который устанавливает триггер. Выход Q станет высоким, а выход чипа станет низким.В это время разряжается транзистор, который обеспечивает путь разряда к внешнему конденсатору. Вход высокого сброса сохраняет триггер включенным. Если он низкий, триггер отключается и выход будет низким. Никакого влияния выходов порогового и триггерного компаратора нет.

]]>

]]>

Общие сведения о режимах работы

Режимы работы IC555

IC555 имеет три различных рабочих режима . Эти режимы работы фактически соответствуют трем различным конфигурациям мультивибратора.

1. Астабильный режим — он также известен как самозапускающийся или автономный режим . У него нет стабильного состояния. Он имеет два квазистабильных состояния, которые автоматически меняются с одного на другое. Он переходит из высокого состояния в низкое и из низкого состояния в высокое без какого-либо триггерного входа по истечении предварительно определенного времени. Этот режим используется для генерации прямоугольных колебаний, тактовых импульсов, ШИМ-волн и т. Д.

2. Моностабильный режим — также известен как режим single shot .Он имеет одно стабильное состояние и одно квазистабильное состояние. Он переходит в квазистабильное состояние из стабильного состояния при подаче триггерного входа и автоматически возвращается в стабильное состояние после предварительно определенного времени. Он используется для генерации импульсов, временной задержки и т. Д.

3. Бистабильный режим — также известен как триггерный режим . Имеет оба стабильных состояния. Два разных триггерных входа используются для изменения состояния с высокого на низкий и с низкого на высокий.Он используется в приложениях автоматического переключения, для генерации импульсов переменного времени и т. Д.

Астабильный режим

Рис.5: Принципиальная схема микросхемы 555 в нестабильном режиме

На приведенном выше рисунке показаны подключения IC555, используемого в качестве нестабильного мультивибратора.

Подключения: — Сопротивление R1 подключено между выводом Vcc (№ 8) и выводом разряда (№ 7). Другой резистор R2 подключен между пороговым контактом (№6) и нагнетательный штифт. Спусковой штифт (№ 2) закорочен с пороговым штифтом. Конденсатор C подключен, как показано, между выводом порога и землей. Контакт входа управляющего напряжения (№ 5) подключен к земле через конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Выходной сигнал берется с контакта №. 3. Входной контакт сброса (№ 4) подключен к Vcc, чтобы разрешить работу внутреннего триггера. № контакта. 8 подключен к Vcc для смещения + Ve, а контакт №. 1 подключен к земле для смещения –Ve.

Эксплуатация: — Как мы уже знаем, этот режим запускается автоматически и автоматически меняет свое состояние с высокого на низкий, с низкого и высокого.Это достигается за счет короткого замыкания порога и триггерного штифта. Форма выходного сигнала также показана на рисунке.

· Первоначальная производительность высокая. Конденсатор заряжается в направлении Vcc через R1 и R2

.

· Когда оно достигает 2/3 Vcc, пороговый компаратор дает высокий выходной сигнал. Это установит триггер. Таким образом, выходной сигнал становится низким, и разрядный транзистор становится включенным.

· Таким образом, конденсатор находит путь разряда через R2 к контакту разряда.

· Когда конденсатор разряжается до 1/3 В постоянного тока, триггерный компаратор дает высокий выходной сигнал.Это сбросит триггер. Таким образом, выходной сигнал снова становится высоким, а разрядный транзистор выключен.

· Значит, конденсатор снова начнет заряжаться.

· Таким образом, конденсатор будет заряжаться и разряжаться в пределах от 2/3 до 1/3 В постоянного тока. Этот цикл является непрерывным, и мы постоянно получаем высокий-низкий-высокий-низкий выходной сигнал со скоростью зарядки и разрядки конденсатора.

Расчетные уравнения: —

Конденсатор заряжается до Vcc через резисторы R1 и R2.Таким образом, время зарядки равно

.

T1 = (R1 + R2) × C × ln 2

В это время выходной сигнал высокий, поэтому мы можем написать

T H = (R1 + R2) × C × ln 2 = 0,693 × (R1 + R2) × C

В разрядном тракте отображается только сопротивление R2. Таким образом, время разряда равно

.

T2 = R2 × C × ln 2

В это время выходной сигнал низкий, поэтому мы можем написать

T L = R2 × C × ln 2 = 0,693 × R2 × C

Но общее время

T T = T H + T L

= 0.693 × (R1 + R2) × C + 0,693 × R2 × C

= 0,693 × (R1 + 2 × R2) × C

И поскольку частота обратно пропорциональна времени,

F = 1 / / T T = 1 / 0,693 × (R1 + 2 × R2) × C

Это означает

Частота = 1,44 / (R1 + 2 × R2) × C ___________________ (I)

Рабочий цикл равен

Рабочий цикл = время включения / общее время%

= 0.693 × (R1 + R2) × C / 0,693 × (R1 + 2 × R2) × C

Рабочий цикл = (R1 + R2) / (R1 + 2 × R2)% ______________ (II)

Уравнения (I) и (II) являются расчетными уравнениями для нестабильного мультивибратора, использующего IC555. Используя эти два уравнения, можно узнать значения R1, R2 и C. Как это делается, объясняется в следующем уроке.

Астабильный режим для рабочего цикла 50% (или меньше): —

Одна из проблем при подключении нестабильного мультивибратора описанным выше способом заключается в том, что рабочий цикл будет больше 50%.Невозможно спроектировать его менее чем на 50%, потому что

Рабочий цикл = (R1 + R2) / (R1 + 2 × R2)%

В этом уравнении, если вы исключите R1 (приняв R1 = 0), вы получите

Рабочий цикл = R2 / 2 × R2% = 50%

Но мы не можем сделать R1 = 0 в приведенной выше схеме. Вот почему точный рабочий цикл 50% или меньше невозможен.

Итак, что можно сделать, чтобы получить точную продолжительность включения 50% (или меньше)?

Ответ — использовать один простой диод. Вот схема.

Рис.6: Принципиальная схема ИС 555 в нестабильном режиме для 50% рабочего цикла

Как показано на рисунке выше, один диод подключен в прямом направлении через сопротивление R2. В схеме теперь вместо двух резисторов разного номинала используется только одно значение (R) в качестве R1 и R2.

Работа схемы проста. Первоначально выходной сигнал высокий, и конденсатор заряжается до 2/3 В постоянного тока через верхний резистор. В это время производительность становится низкой. Затем конденсатор разряжается до 1/3 В постоянного тока через нижний резистор.Поскольку оба значения сопротивления одинаковы, мы получим одинаковое время зарядки и разрядки, что означает точный рабочий цикл 50%.

Чтобы найти уравнение частоты, время зарядки конденсатора, для которого выходной сигнал высокий, равно

.

T H = R × C × ln 2 = 0,693 × R × C

Аналогично времени разряда конденсатора при низком выходе

T L = R × C × ln 2 = 0,693 × R × C

Теперь, потому что общее время

T T = T H + T L

= 2 × T H (или 2 × T L )

= 2 × 0.693 × R × C

= 1,368 × R × C

А частота равна

F = 1 / T T = 1 / (1,368 × R × C)

F = 0,72 / RC

Теперь для уменьшения продолжительности рабочего цикла (менее 50%) необходимо уменьшить значение верхнего сопротивления (R1), чем нижнего сопротивления (R2). Это сократит время зарядки. Таким образом, уменьшается время включения (время высокого выходного сигнала) и рабочий цикл также уменьшается. Чтобы увеличить рабочий цикл, необходимо сделать полностью обратный. Чтобы изменить рабочий цикл от минимального до максимального, можно использовать потенциометр вместо резисторов с фиксированным значением (на R1 или R2).Здесь показана одна из таких возможных схем со всеми значениями компонентов.

Рис.7: Принципиальная схема ИС 555 в нестабильном режиме для 50% рабочего цикла

Примечание: — выход этой схемы называется выходом с широтно-импульсной модуляцией. Он широко используется для управления скоростью двигателей постоянного тока.

Астабильный режим для генерации выходного сигнала ШИМ с постоянной частотой: —

Проблема в приведенной выше схеме ШИМ заключается в том, что ее выходная частота также будет изменяться при изменении выходной ширины.Выходная частота обратно пропорциональна значению сопротивления. Таким образом, когда сопротивление увеличивается или уменьшается, частота уменьшается или увеличивается.

Итак, что нужно сделать, чтобы выходная частота оставалась постоянной или постоянной?

Ответ снова использовать диод. На этот раз не один, а два диода. Схема такая, как показано ниже.

Рис. 8: Принципиальная схема микросхемы 555 в нестабильном режиме, генерирующей выход ШИМ

Подключения: — два диода соединены спина к спине с двумя выводами потенциометра 10K с разрядным штырем, как показано.Штырь ползунка соединен с конденсатором 1 мкФ и пороговым штырем. Остальные соединения аналогичны.

Эксплуатация: — Как я сказал ранее, чтобы частота оставалась постоянной, общее сопротивление должно поддерживаться постоянным. Делается это с помощью двух диодов

.

Когда выходной сигнал высокий, конденсатор заряжается через 1 кОм, D1 и часть резистора 10 кОм (скажем, R1) и достигает 2/3 В постоянного тока

Выходной сигнал становится низким, и теперь конденсатор разряжается через другую часть 10K (скажем, R2) и D2 до 1/3 Vcc

Таким образом, при перемещении потенциометра 10K влево R1 уменьшается — время зарядки уменьшается — время включения уменьшается — рабочий цикл уменьшается.Но при этом увеличивается R2 — увеличивается время разряда — увеличивается время выключения

Аналогично тому, что если горшок повернут вправо, R1 увеличивается — время зарядки увеличивается — время включения увеличивается — рабочий цикл увеличивается. Но поскольку R2 уменьшается, время выключения уменьшается

Таким образом, при перемещении потенциометра с обеих сторон время включения и выключения увеличивается / уменьшается, но общее время остается постоянным, и поэтому частота также остается постоянной. Формы сигналов показаны на рисунке.

Моностабильный режим

Моностабильный режим: —

На данном рисунке показаны подключения IC555, используемого в качестве моностабильного мультивибратора

.

Фиг.9: Принципиальная схема микросхемы 555 в моностабильном режиме

Подключения: — вместо подключения одного резистора между порогом и разрядным выводом они закорочены здесь, как показано. Один резистор R подключен между выводом Vcc и выводом разряда. Конденсатор C подключен, как показано, между выводом порогового значения и землей. Внешний триггер применяется на входном контакте триггера. Этот вывод поддерживается на высоком уровне Vcc, подключая его к Vcc через 1K? резистор. Контакт входа управляющего напряжения (№5) подключается к земле через конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Выходной сигнал берется с контакта №. 3. Входной контакт сброса (№ 4) подключен к Vcc, чтобы разрешить работу внутреннего триггера. № контакта. 8 подключен к Vcc для смещения + Ve, а контакт №. 1 подключен к земле для смещения –Ve.

Работа: — в этом режиме состояние выхода изменится с низкого на высокий (а затем обратно на низкий) только при подаче внешнего отрицательного триггерного импульса. Триггерный вход и выходной импульс показаны на рисунке.

· Перед срабатыванием триггера конденсатор заряжается до Vcc через R1

· Когда оно достигает 2/3 Vcc, пороговый компаратор дает высокий выходной сигнал. Это установит триггер. Выходной сигнал низкий, а разрядный транзистор включен

.

· Значит, конденсатор разряжается, и поэтому выходная мощность низкая.

· При подаче отрицательного триггерного импульса триггерный компаратор дает высокий выходной сигнал. Это сбросит триггер.

· Выходной сигнал становится высоким, а разрядный транзистор выключен.

· И снова конденсатор начинает заряжаться в сторону Vcc. Когда оно достигает 2/3 Vcc, триггер срабатывает, и выходной сигнал автоматически становится низким.

· Таким образом, выходной сигнал становится высоким только при срабатывании триггера и остается высоким до тех пор, пока конденсатор не зарядится до 2/3 В постоянного тока.

Расчетные уравнения: —

Конденсатор экспоненциально заряжается до 2/3 В постоянного тока за счет постоянной времени RC.

Время, необходимое для достижения значения 2/3 Vcc, составляет

T d = 1.1 × R × C ____________________ (I)

И когда конденсатор заряжается до значения 2/3 Vcc, пороговый компаратор устанавливает триггер, и выход немедленно становится низким. Таким образом, это уравнение временной задержки фактически определяет ширину выходного импульса, что означает, что до этого времени выходной сигнал остается высоким. Таким образом, уравнение (I) — это расчетное уравнение для моностабильного мультивибратора. Используя это уравнение для требуемого периода времени, можно узнать значения R и C. Как это делается, объясняется в следующем уроке.

Примечание: — период времени внешнего триггера должен быть больше, чем ширина выходного импульса, потому что до тех пор, пока выходной сигнал не будет высоким, нет никакого влияния триггерного входа.Также, если вход триггера постоянно низкий, выход будет постоянно высоким независимо от постоянной времени RC. Поэтому при проектировании в первую очередь следует учитывать частоту внешнего запуска.

Бистабильный режим

Бистабильный режим: —

Подключение бистабильного мультивибратора IC555 показано на рисунке выше.

Рис.10: Принципиальная схема микросхемы 555 в бистабильном режиме

Подключения: — потому что нет самозапуска, теперь конденсатор исключен из схемы.Один резистор 1 кОм подключается между выводом порогового значения и землей, как показано, а другой резистор 1 кОм подключается между Vcc и выводом триггера. Остальные соединения являются общими и аналогичны нестабильным и моностабильным мультивибраторам.

Работа: — бистабильный мультивибратор требует двух разных импульсов запуска, как показано на рисунке. Один положительный импульс на выводе порога и второй отрицательный импульс на выводе триггера.

Изначально выход низкий.Как показано на осциллограммах, при подаче отрицательного импульса (<1/3 Vcc) сразу выход становится высоким. И продолжает оставаться на высоком уровне

Затем после того, как положительный импульс (> 2/3 Vcc) подается на вывод порогового значения, выход становится низким и остается низким после этого

Таким образом, ширина выходного импульса определяется временной задержкой между двумя импульсами.

Нет никаких расчетных уравнений или каких-либо неизвестных значений компонентов, которые нужно было бы выяснить, потому что вся операция зависит от внешних импульсов.

Использование входного контакта управления: —

Во всех вышеперечисленных режимах контакт управляющего входа (№ 5) всегда заземлен через конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Как показано на внутренней схеме IC555, этот вывод подключен к инвертирующему выводу порогового компенсатора (который зафиксирован на 2/3 Vcc). Таким образом, изменение напряжения на этом входе изменит ограничение на 2/3 Vcc и изменит время зарядки конденсатора. Изменяя управляющее входное напряжение, время зарядки конденсатора может быть увеличено или уменьшено.Таким образом, ширина выходного импульса будет увеличиваться или уменьшаться. Таким образом, вход управляющего напряжения используется для увеличения / уменьшения ширины выходного импульса. Схема приведена ниже

Рис.11: Принципиальная схема микросхемы 555 в бистабильном режиме

В схему IC555 включен в нестабильном режиме. Один потенциометр подключен к управляющему выводу (№ 5), как показано. Его ползунок соединен с контактом, а два фиксированных терминала подключены к Vcc и GND. По мере того, как ползунок перемещается, напряжение на управляющем контакте увеличивается / уменьшается, а ширина выходного импульса также увеличивается / уменьшается.

Примечание: — Если на вход управляющего напряжения подается какой-либо низкочастотный аналоговый сигнал (аудиосигнал), то ширина выходного импульса будет изменяться в соответствии с амплитудой входного сигнала. Это называется широтно-импульсной модуляцией, одним из широко используемых современных методов модуляции

.

Использование входного контакта сброса: —

Почти во всех цепях таймера 555 вход сброса подключен к Vcc. На самом деле это активный низкий вход, который включает или отключает работу внутреннего триггера.Согласно внутренней схеме, этот вывод управляет одним транзистором PNP, который подключен к заданному входу триггера. Итак

· Если этот вывод получает низкий логический уровень (подключен к GND), транзистор PNP становится включенным и устанавливает триггер. Это означает, что разрядный транзистор включен, а выходной сигнал низкий. Нет никакого эффекта от входа с порогового или триггерного контактов.

· Если на этот вывод задан высокий логический уровень (подключен к Vcc), транзистор PNP отключается. Нет никакого влияния на триггер, и выход становится высоким или низким в зависимости от входа от вывода порогового значения или вывода триггера.

· Таким образом, входной контакт сброса фактически работает как переключатель ВКЛ / ВЫКЛ для работы IC555. Если вывод сброса включен (задан высокий логический уровень), работа IC555 включена, и наоборот.

]]>

Работа с таймером 555 IC

IC555 — самый универсальный чип, и он (может быть) использован практически во всех приложениях из-за своей многофункциональности. Как мы знаем, мультивибратор на кристалле означает, что с IC555 можно создавать нестабильные, моностабильные, бистабильные мультивибраторы.Его основные приложения — генерация таймингов, тактовых сигналов, генерация синхронизирующих сигналов, генератора прямоугольных импульсов и многого другого.

Итак, здесь мы собираемся обсудить некоторые применения IC555. Но перед этим я начну с основной теории. Здесь я не буду обсуждать внутреннюю блок-схему и теорию IC555 о том, как она работает в нестабильном или моностабильном режиме, поскольку все уже знакомы с этим. Но здесь дается практический подход, объясняющий, как разрабатывать различные приложения чипа.(Также проверьте некоторые схемы таймера 555)

Астабильный мультивибратор: —

Для нестабильной работы IC555 у нас есть два расчетных уравнения

f = 1,44 / (R1 + 2 * R2) * C и

% рабочего цикла = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2)

Здесь частота и рабочий цикл являются проектными параметрами, и мы должны найти три неизвестных R1, R2 и C. Для заданных значений проектных параметров мы должны найти эти три неизвестных.

Итак, давайте разберемся с этим на одном примере.давайте спроектируем мультивибратор 40 кГц для рабочего цикла 60%.

Из заданных значений

40000 = 1,44 / (R1 + 2 * R2) * C ______ (1) и

0,6 = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2) ______ (2)

Здесь мы должны принять значение C, так как из двух уравнений мы не можем найти три неизвестных. Допустим, C = 0,01 мкФ. Подставляя это значение в первое уравнение

(R1 + 2 * R2) = 3600 _________ (3)

Подставив это значение (R1 + 2 * R2) во второе уравнение

(R1 + R2) = 2160 __________ (4)

Из уравнений (3) и (4) мы можем определить R1 = 720 Ом и R2 = 1.44К. Ближайшие практические значения будут 715 Ом и 1,43 К. Подставляя эти значения обратно в расчетные уравнения, мы получим частоту = 40 кГц (почти равную) и рабочий цикл = 60%. Если мы используем потенциометр 4,7 кОм вместо фиксированного значения R2, ​​то мы можем установить точную частоту 40 кГц. настройкой значения R2.

Рис.12: Принципиальная схема нестабильного мультивибратора на базе микросхемы 555

Теперь невозможно спроектировать нестабильный мультивибратор с точным 50% рабочим циклом, используя эти уравнения и приведенную выше схему.Если вы хотите спроектировать нестабильный мультивибратор для точного 50% рабочего цикла, мы должны внести небольшие изменения в приведенную выше схему, подключив один диод к резистору R2.

Значения обоих резисторов будут R1 = R2 = R, и будет только одно расчетное уравнение

f = 1 / 0,69 * R * C.

Здесь, предполагая номинал конденсатора, легко найти номинал резистора. Рабочий цикл всегда будет 50%. Для вышеуказанных значений частоты (40 кГц) и конденсатора (10 нФ) значение R будет равно 3.6К. Схема такая, как показано ниже.

Рис.13: Принципиальная схема нестабильного мультивибратора на базе микросхемы 555

Моностабильный и бистабильный мультивибратор

Моностабильный мультивибратор: —

Для моностабильной работы существует только одно расчетное уравнение

Период времени T = 1.1RC

Это период времени, в течение которого o / p остается высоким.

Если требуемый период времени составляет 1 мс.затем

0,001 = 1.1RC

Здесь предполагается любое подходящее значение емкости конденсатора, скажем, 1 мкФ. Итак

R = 0,001 / 1,1 * 0,000001 = 990 Ом.

Если мы возьмем ближайшее значение 1К, то временной период будет 1,1 мс. Здесь также вместо использования какого-либо фиксированного значения сопротивления, если мы используем потенциометр 10 кОм, мы можем получить на выходе импульс переменного времени (1 — 11 мс). Схема такая, как показано.

Рис.14: Принципиальная схема моностабильного мультивибратора на базе микросхемы 555

Бистабильный мультивибратор: —

Это простейшее применение IC555, потому что здесь нет никаких расчетных уравнений.просто мы должны применить логику высокого / низкого уровня к контактам 6/2, чтобы получить низкий / высокий выход. Вот схема.

Рис.15: Принципиальная схема бистабильного мультивибратора на базе микросхемы 555

Как показано на схеме, контакт № 6 соединен с землей через R1, а контакт № 2 соединен с Vcc через R2. Два кнопочных переключателя S1 — S2 подключены, как показано, для подачи на эти контакты входов высокого и низкого уровня. операция очень проста. При кратковременном нажатии S1 выход становится высоким, а при нажатии S2 выход становится низким.

Вместо переключателей, если мы подаем серию положительных и отрицательных импульсов на соответствующие контакты, как показано на рисунке, мы можем получить прямоугольный волновой выход.

Итак, это три конфигурации IC 555. Теперь давайте рассмотрим некоторые из очень интересных приложений, которые используют эти конфигурации.

Генерация PAM — PWM — PPM с использованием IC555

Беспроводное управление скоростью шагового двигателя с помощью лазера и IC555

Беспроводное управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью ИК-порта и IC555

Беспроводное управление скоростью двигателя переменного тока с помощью ИК-порта и ZCD

]]>

]]> ]]>
В рубрике: Рекомендуемые материалы
С тегами: ИС таймера 555, режимы работы

Транзистор NPN: Что это? (Символ и принцип работы)

Что такое транзистор NPN

Транзистор NPN является наиболее часто используемым транзистором с биполярным переходом и создается путем размещения полупроводника P-типа между двумя полупроводниками N-типа.Транзистор NPN имеет три вывода — коллектор, эмиттер и базу. Транзистор NPN ведет себя как два диода с PN-переходом, соединенных спина к спине.

Эти встречные диоды с PN переходом известны как переход коллектор-база и переход база-эмиттер.

Что касается трех выводов транзистора NPN, эмиттер — это область, используемая для подачи носителей заряда в коллектор через базовую область. Область коллектора собирает больше всего носителей заряда, испускаемых эмиттером.Область Base запускает и контролирует количество тока, протекающего через эмиттер к коллектору.

Эквивалентная схема NPN-транзистора показана на рисунке ниже.

Эквивалентная схема NPN-транзистора

Напомним, полупроводник N-типа — это полупроводник, в котором доступно большое количество свободных электронов, и он действует как основной носитель заряда. Под действием разности потенциалов электроны получают достаточную энергию и переходят из валентной зоны в зону проводимости.Из-за движения электронов ток будет течь через полупроводник N-типа.

И наоборот, в полупроводниках P-типа электроны недоступны, и дырка действует как основной носитель заряда. Из-за движения дырок ток будет течь через полупроводник P-типа.

Конструкция NPN-транзистора

Как обсуждалось выше, NPN-транзистор имеет два перехода и три вывода. Конструкция транзистора NPN показана на рисунке ниже.

Конструкция NPN-транзистора

Слои эмиттера и коллектора шире по сравнению с базой. Излучатель сильно легирован. Следовательно, он может инжектировать в базу большое количество носителей заряда.

Основание слегка легировано и очень тонкое по сравнению с двумя другими областями. Больше всего переносчиков заряда он передает на коллектор, который излучается эмиттером.

Коллектор умеренно легирован и собирает носители заряда из базового слоя.

Обозначение транзистора NPN

Обозначение транзистора NPN показано на рисунке ниже.Стрелка показывает обычное направление тока коллектора (I C ), тока базы (I B ) и тока эмиттера (I E ).

Обозначение транзистора NPN

Как работает транзистор NPN

Переход база-эмиттер подключен в состоянии прямого смещения напряжением питания V EE . И переход коллектор-база подключен в состоянии обратного смещения напряжением питания V CC .

В состоянии прямого смещения отрицательная клемма источника питания (V EE ) подключена к полупроводнику N-типа (эмиттер).Точно так же в состоянии обратного смещения положительный вывод источника питания (V CC ) подключен к полупроводнику N-типа (коллектор).

Работа NPN-транзистора

Область истощения области эмиттер-база тонкая по сравнению с областью истощения перехода коллектор-база (обратите внимание, что область истощения — это область, где нет подвижных носителей заряда, и она ведет себя как барьер. который противодействует течению тока).

В эмиттере N-типа основной носитель заряда — электроны.Следовательно, электроны начинают течь от эмиттера N-типа к базе P-типа. И из-за электронов ток начнет течь по переходу эмиттер-база. Этот ток известен как ток эмиттера I E .

Эти электроны движутся дальше к базе. База — полупроводник P-типа. Следовательно, в нем есть дыры. Но основная область очень тонкая и слегка легированная. Итак, у него есть несколько дырок для рекомбинации с электронами. Следовательно, большая часть электронов пройдет базовую область, и лишь немногие из них рекомбинируют с дырками.

Из-за рекомбинации ток будет течь по цепи, и этот ток известен как базовый ток I B . Базовый ток очень мал по сравнению с током эмиттера. Обычно это 2-5% от общего тока эмиттера.

Большая часть электронов проходит через обедненную область перехода коллектор-база и проходит через коллекторную область. Ток, протекающий через оставшиеся электроны, известен как ток коллектора I C . Ток коллектора велик по сравнению с током базы.

Схема транзистора NPN

Схема транзистора NPN показана на рисунке ниже.

Схема транзистора NPN

Источники напряжения подключены к транзистору NPN, как показано на рисунке выше. Коллектор соединен с плюсовой клеммой напряжения питания V CC с сопротивлением нагрузки R L . Сопротивление нагрузки также используется для уменьшения максимального тока, протекающего через устройство.

Клемма базы подключается к положительной клемме напряжения питания базы V B с сопротивлением базы R B .Базовое сопротивление используется для ограничения максимального базового тока.

Когда транзистор включен, через устройство между коллектором и выводами эмиттера протекает большой ток коллектора. Но для этого небольшое количество базового тока должно течь через базовый вывод транзистора.

Согласно KCL, ток эмиттера складывается из тока базы и тока коллектора.

Режим работы транзистора

Транзистор работает в разных режимах или областях в зависимости от смещения переходов.Имеет три режима работы.

  • Режим отключения
  • Режим насыщения
  • Активный режим

Режим отключения

В режиме тока отключения оба перехода имеют обратное смещение. В этом режиме транзистор ведет себя как разомкнутая цепь. И это не позволит току течь через устройство.

Режим насыщения

В режиме насыщения транзистора оба перехода соединены прямым смещением. Транзистор ведет себя как замкнутая цепь, и ток течет от коллектора к эмиттеру, когда напряжение база-эмиттер высокое.

Активный режим

В этом режиме транзистора соединение база-эмиттер имеет прямое смещение, а соединение коллектор-база — обратное. В этом режиме транзистор работает как усилитель тока.

Ток протекает между эмиттером и коллектором, и величина тока пропорциональна току базы.

Режим работы транзистора

Переключатель транзисторов NPN

Транзистор работает как включенный в режиме насыщения и выключенный в режиме отсечки.

Когда оба перехода соединены в состоянии прямого смещения и на вход подается достаточное напряжение. В этом состоянии напряжение коллектор-эмиттер близко к нулю, и транзистор работает в режиме короткого замыкания.

В этом состоянии ток начнет течь между коллектором и эмиттером. Значение тока, протекающего в этой цепи, равно

Режим насыщения транзистора

Когда оба перехода соединены с обратным смещением, транзистор ведет себя как разомкнутая цепь или выключатель.В этом состоянии входное напряжение или базовое напряжение равно нулю.

Следовательно, все напряжение Vcc появляется на коллекторе. Но из-за обратного смещения области коллектор-эмиттер ток не может протекать через устройство. Следовательно, он ведет себя как выключатель.

Принципиальная схема транзистора в области отсечки показана на рисунке ниже.

Режим отсечки транзистора

Распиновка транзистора NPN

Транзистор имеет три вывода; коллектор (C), эмиттер (E) и база (B).В большинстве конфигураций средний вывод предназначен для базы.

Для идентификации выводов эмиттера и коллектора есть точка на поверхности транзистора SMD. Вывод, который находится точно под этой точкой, является коллектором, а оставшийся вывод — выводом эмиттера.

Если точка отсутствует, все булавки будут размещены с неравномерным пространством. Здесь средний штифт — основание. Ближайший штифт среднего штифта — эмиттер, а оставшийся штифт — коллектор.

NPN и PNP-транзистор

Основные различия при сравнении NPN-транзисторов и PNP-транзисторов суммированы в таблице ниже:

9089 9089 9089 Структура имеет два полупроводника N-типа и один полупроводник P-типа.—1 Смещение 9089 Медленный переход находится в прямом смещении, а переход коллектор-база — в обратном.
NPN-транзистор PNP-транзистор Имеет один полупроводник N-типа и два полупроводника P-типа.
Направление тока Ток будет течь через коллектор к эмиттеру. Ток будет течь через эмиттер к коллектору.
Мажоритарный носитель заряда Электрон Отверстия
Мажоритарный носитель заряда Отверстия Электроны
Время переключения Основание 908
Переход эмиттер-база в обратном смещении, а переход коллектор-база в прямом смещении.
Символ
Напряжение коллектор-эмиттер Положительное Отрицательное
Стрелка эмиттера Выделено 3 Пределы питания 988 988 Блок питания 988 Предел питания 900

Методы и схемы ограничителей тока с использованием диодов и транзисторов для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.


Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Цепи ограничителя тока являются ключевыми для источников питания, защищая их в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.

Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки почти всегда устанавливаются ограничители тока, и они являются стандартной функцией, встроенной в ИС регулируемых источников питания.

Как следует из названия, схема ограничения тока ограничивает ток от регулируемого источника питания до максимальной величины, определяемой цепью, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и цепи, на которую подается питание. .

Эти схемы больше подходят для линейных источников питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.

Виды ограничения тока

Как и в случае с любой технологией и типом электронной схемы, есть несколько вариантов, из которых можно выбрать. То же самое и с ограничителями тока, используемыми в регулируемых источниках питания.

Существует два основных типа цепи ограничителя тока:

  • Ограничение постоянного тока: При использовании ограничения постоянного тока выходное напряжение поддерживается по мере роста тока до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой достигается максимум.В этот момент ток поддерживается на этом уровне, в то время как напряжение падает с увеличением нагрузки.

    Это основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но она не снижает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, и это может привести к повреждению схемы.

    Один из недостатков заключается в том, что когда начинает действовать ограничение тока, потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что на транзисторе последовательного прохода в регулируемом источнике питания повышается напряжение на нем.Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.

    В точке, где выходное напряжение почти равно нулю, протекает максимальный ток, в то время как напряжение на нем — это полное входное напряжение от схем сглаживания и выпрямителя. Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, что потребует, возможно, большего последовательного транзистора, а также дополнительных возможностей теплоотвода, что приведет к дополнительным затратам и размерам регулируемого источника питания.

  • Обратное ограничение тока: В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до момента, когда ограничение тока начинает действовать. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, он фактически начинает уменьшаться. Таким образом, ток уменьшается по мере увеличения перегрузки, и тем самым снижается риск повреждения.

    Ограничение тока обратной связи в регуляторе напряжения снижает потребление энергии, поскольку по мере увеличения перегрузки ток уменьшается и общая потребляемая мощность падает, сохраняя тепловыделение последовательного транзистора в более разумных пределах.

    Ограничение тока обратной связи, хотя и немного более сложное, может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов. Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемого источника питания, дополнительные затраты на использование ограничения обратного хода по сравнению с ограничением постоянного тока не заметны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется ограничение тока обратной связи.

    Ограничитель обратной связи усложняет линейный источник питания, поскольку требует большего количества электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока.Также существует возможность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, потребляющими постоянный ток независимо от напряжения питания. Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы помочь избежать проблемы с блокировкой.

Две разные формы линейного ограничения тока источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.

Основная схема ограничения постоянного тока

Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из простейших схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.

Простой регулируемый источник питания с ограничением тока

В цепи ограничителя тока источника питания используется считывающий резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного проходного транзистора. Два диода, помещенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают действие по ограничению тока.

Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение база-эмиттер транзистора меньше, чем падение на двух диодных переходах, необходимое для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток.Однако с увеличением тока увеличивается и напряжение на резисторе.

Когда оно равно напряжению включения диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает понижать напряжение на базе транзистора, тем самым ограничивая потребляемый ток.

Схема этого диодного ограничителя тока для линейного источника питания особенно проста, и, соответственно, конструкция электронной схемы также очень проста.

Значение последовательного резистора можно рассчитать так, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше убедиться, что есть некоторый запас, ограничивая ток от простого регулятора источника питания до того, как будет достигнут абсолютный максимальный уровень.

Двухтранзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в схемы линейного источника питания, которые используют обратную связь для определения фактического выходного напряжения и обеспечения более точно регулируемого выходного сигнала.Если точка измерения выходного напряжения берется после резистора измерения последовательного тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.

Схема линейного источника питания с обратной связью и ограничением тока

Схема ограничения тока обратной связи транзистора

Схема ограничения тока обратной связи дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более основных приложениях источника питания.

Транзисторный линейный стабилизатор источника питания с ограничением тока обратной связи

В схеме обратной связи используется еще несколько электронных компонентов, в том числе транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и схемы, на которую подается питание.

Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки возрастающая пропорция напряжения между эмиттером и землей падает на резисторе R3 — по мере уменьшения нагрузки эффект делителя потенциала означает, что большее напряжение падает на R3.

Достигнута точка, когда транзистор Tr3 начинает включаться. Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.

Если сопротивление нагрузки становится меньше, тогда напряжение на R3 увеличивается, включает Tr3 больше, и это дополнительно снижает ток, уменьшая уровень подаваемого тока.

Существует несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы, обеспечивающих требуемый максимальный ток для линейного регулятора напряжения, а также уровень обратного тока при коротком замыкании.

Для максимального тока от линейного регулятора напряжения:

Imax = 1R3 ((1 + R1R2) VBE + R1R2Vreg)

Для тока короткого замыкания линейного регулятора напряжения:

Отношение максимального тока к току короткого замыкания:

ImaxISC = 1 + (R1R1 + R2) VregVBE

Где:
I max = максимальный ток регулятора напряжения до ограничения тока
В BE = напряжение, при котором транзистор начинает включаться — обычно 0.6V
V reg = выходное регулируемое напряжение
I SC = ток, обеспечиваемый при коротком замыкании.

Ввиду того, что точка считывания регулятора находится после резистора считывания тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, так как оно будет компенсироваться регулятором. (Это предполагает наличие достаточного напряжения на последовательном транзисторе для его правильной регулировки.) Таким образом, резистор считывания тока не вызовет никакого снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.

Схема ограничителя тока источника питания может быть включена в различные схемы с использованием транзисторов и полевых транзисторов в качестве элемента последовательного прохода. Операционные усилители могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей для обеспечения требуемого опорного напряжения для выходных устройств.

Основная проблема с обратным ограничением тока заключается в том, что оно не всегда хорошо работает с нелинейными нагрузками. Например, если бы он управлял лампой накаливания, где сопротивление в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, регулятор напряжения с ограничителем тока обнаружит очень низкое сопротивление и войдет в откидную панель, не допуская лампа для нагрева и запуска.Индуктивные нагрузки могут столкнуться с аналогичными проблемами — двигатели и т. Д. Имеют большой пусковой ток. Это означает, что базовое ограничение тока обратной связи в большинстве случаев не подходит для этих типов нагрузки.

Ограничение тока — ключевая особенность всех источников питания. Поскольку электронные устройства остаются включенными почти постоянно и часто остаются без присмотра, функции безопасности, такие как ограничение тока, имеют важное значение в линейных источниках питания, а также в импульсных источниках питания.

К счастью, ограничение тока легко реализовать, оно не требует включения множества дополнительных электронных компонентов, а если оно содержится в интегральной схеме, дополнительные затраты не заметны.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.