Какие существуют варианты схем ВРУ с двумя вводами. Как выбрать оптимальную схему ВРУ в зависимости от категории электроснабжения. Какие преимущества дает применение АВР в схемах ВРУ. На что обратить внимание при проектировании ВРУ с двумя вводами.
Особенности проектирования вводно-распределительных устройств с двумя вводами
Вводно-распределительные устройства (ВРУ) с двумя вводами применяются для повышения надежности электроснабжения потребителей. Наличие двух независимых вводов позволяет обеспечить резервирование питания в случае аварии на одном из вводов.
При проектировании ВРУ с двумя вводами необходимо учитывать следующие ключевые моменты:
- Категорию надежности электроснабжения объекта
- Требуемую мощность нагрузки
- Необходимость автоматического ввода резерва (АВР)
- Схему распределения нагрузки между вводами
- Организацию учета электроэнергии
Рассмотрим основные варианты схем ВРУ с двумя вводами и их особенности.
Схема ВРУ для III категории надежности электроснабжения
Для потребителей III категории надежности допускается перерыв электроснабжения на время ручного переключения на резервный ввод. Типовая схема ВРУ в этом случае выглядит следующим образом:
- Два ввода с рубильниками-переключателями
- Общий вводной автомат
- Общий учет электроэнергии
- Распределительная часть с отходящими линиями
Преимущества такой схемы:
- Простота и низкая стоимость
- Возможность ручного переключения между вводами
- Один комплект коммутационной аппаратуры
Недостатки:
- Отсутствие автоматического переключения на резерв
- Перерыв питания при переключении вводов
Схема ВРУ для II категории надежности электроснабжения
Для потребителей II категории требуется обеспечить питание от двух независимых источников с возможностью быстрого переключения. Возможны два основных варианта схемы ВРУ:
1. С одной секцией шин
- Два ввода с автоматическими выключателями
- Секционный автомат между вводами
- Общая система шин
- Распределительная часть
2. С двумя секциями шин
- Два независимых ввода с автоматами
- Две изолированные секции шин
- Секционный автомат между секциями
- Распределение нагрузки по секциям
Преимущества схемы с двумя секциями:
- Возможность распределения нагрузки между вводами
- Селективное отключение при авариях
- Удобство обслуживания и ремонта
Применение АВР в схемах ВРУ с двумя вводами
Для потребителей I и II категорий целесообразно применение устройств автоматического ввода резерва (АВР) в составе ВРУ. АВР обеспечивает автоматическое переключение на резервный ввод при исчезновении напряжения на основном вводе.
Основные преимущества использования АВР:
- Минимальное время восстановления питания
- Исключение человеческого фактора при переключении
- Повышение надежности электроснабжения
- Возможность мониторинга состояния вводов
В зависимости от требований к быстродействию и селективности применяются различные схемы АВР:
- Двухстороннее АВР с секционным выключателем
- АВР по схеме «крест»
- Моноблочное АВР на два ввода
Особенности схемы ВРУ 250А с АВР на 2 ввода по схеме «крест»
Схема ВРУ 250А с АВР на 2 ввода по схеме «крест» обладает рядом преимуществ:
- Высокое быстродействие переключения
- Возможность работы на общую нагрузку
- Селективное отключение при авариях
- Удобство эксплуатации и обслуживания
Основные элементы такой схемы:
- Два ввода с выключателями-разъединителями
- Два моноблочных АВР на 250А
- Перекрестное соединение АВР
- Распределительная часть на 2 секции
При пропадании напряжения на одном из вводов, АВР автоматически переключит питание на исправный ввод, обеспечивая бесперебойное электроснабжение потребителей.
Учет электроэнергии в ВРУ с двумя вводами
Организация учета электроэнергии — важный аспект проектирования ВРУ. Для схем с двумя вводами возможны следующие варианты:
- Общий учет на вводе ВРУ
- Раздельный учет по каждому вводу
- Комбинированная схема с общим и раздельным учетом
Выбор схемы учета зависит от требований энергоснабжающей организации и особенностей объекта. При использовании АВР рекомендуется устанавливать счетчики на каждом вводе для корректного учета потребления.
Рекомендации по выбору оптимальной схемы ВРУ
При проектировании ВРУ с двумя вводами следует учитывать следующие факторы:
- Категория надежности электроснабжения объекта
- Требуемая мощность и характер нагрузки
- Необходимость автоматического переключения
- Требования к учету электроэнергии
- Условия эксплуатации и обслуживания
Оптимальным решением для большинства объектов является применение схемы с двумя секциями шин и АВР. Это обеспечивает высокую надежность, гибкость в распределении нагрузки и удобство эксплуатации.
Преимущества заводского изготовления ВРУ
При реализации сложных схем ВРУ с двумя вводами и АВР целесообразно использовать готовые заводские решения. Это дает ряд преимуществ:
- Гарантированное качество сборки и комплектующих
- Проведение заводских испытаний
- Сокращение сроков монтажа на объекте
- Техническая поддержка производителя
- Заводская гарантия на изделие в сборе
Ведущие производители предлагают типовые и индивидуальные решения ВРУ с учетом специфики конкретных объектов.
Эксплуатация и обслуживание ВРУ с двумя вводами
Для обеспечения надежной работы ВРУ с двумя вводами необходимо соблюдать правила эксплуатации и своевременно проводить техническое обслуживание:
- Периодические осмотры и проверки состояния оборудования
- Контроль температурного режима
- Проверка работоспособности АВР
- Протяжка контактных соединений
- Замена изношенных элементов
Регулярное обслуживание позволит своевременно выявлять и устранять потенциальные проблемы, обеспечивая длительную и безаварийную эксплуатацию ВРУ.
ВРУ 200А с АВР, 2 ввода, 2 секции распределения (6х125А, 8х63А, 6х16А)
Вводно-распределительное устройство ВРУ 200А c АВР (ВРУ-Б-(200+200)-03-12).
Шкаф ВРУ-Б-(200+200)-03-12 напольного исполнения, с коммерческим учетом электроэнергии на вводах. Предназначен для ввода и распределения питания силового оборудования 1-й категории электроприемников — перерыв в электроснабжении может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб предприятию, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса и т.д. Перерыв в питании допускается на время включения резервного источника питания.
Оба ввода являются рабочими, каждая секция распределения питается от своего ввода. При нарушении питания на одном из вводов, происходит автоматическое переключение на питание от исправного ввода.
Характеристики:
- Вводные аппараты – выключатели-разъединители Nh50 400А с видимым разрывом.
- Автоматический ввод резерва с контролем напряжения по двум вводам выполнен на базе двух моноблочных АВР 200А серии NZ7, соединенных по схеме крест на крест (2-в-2).
В основе конструкции моноблочных АВР NZ7 автоматические выключатели в литом корпусе с одним общим моторным приводом. - Секции распределения выполнены на автоматических выключателях в литом корпусе NM1 и/или модульного типа NB1-63/DZ158. Максимальное количество отходящих автоматов 3Р на одну секцию — 20 шт:
- NXB-125C 3P 125A 10kA х-ка C — 6 шт.
- NXB-63C 3P 16A 6kA х-ка C — 6 шт.
- NXB-63C 3P 63A 6kA х-ка C — 8 шт.
- Габариты 2100х2400х600 мм.
Настройки АВР:
- Нижняя граница напряжения от 160В
- Верхняя граница напряжения до 290В
- Задержка времени перехода на резервный ввод от 0с до 180с. Предотвращает ложные срабатывания АВР при кратковременных просадках напряжения в сети.
Схема ВРУ-Б-(200+200)-03-12:
Преимущества работы с нами:
В короткий срок рассчитаем вам точную смету по проекту, объясним нюансы изготовления и предложим наиболее подходящие конструктивные решения.
Поставим необходимые электромонтажные изделия, а также изготовим шкафы и щиты для энергоснабжения объекта точно в срок. Обеспечим отсутствие проблем с монтажом, подключением, сдачей в эксплуатацию и последующими проверками. Отлаженная логистика нашими силами и за наш счет.
Поставим продукцию в соответствии с требованиями службы эксплуатации точно в срок и по минимальной цене.
Обеспечим быстрое согласование заявки с вашим энергетиком.
С удовольствием участвуем во внутренних тендерах предприятий среди поставщиков для предложения наиболее правильного технического решения и оптимальной стоимости.
Отлаженная логистика нашими силами и за наш счет.
Изготовим для вас надежное изделие, которое полностью решит требуемую технологическую задачу, либо поставим необходимые комплектующие для самостоятельной сборки.
Мы являемся официальным дистрибьютором CHINT в России, поэтому все комплектующие для сборки шкафов АВР мы получаем по оптовой цене без наценок посредников. Это позволяет нам предложить своим клиентам максимально выгодные условия.
Примеры наших проектов ВРУ:
Производственная площадка
Общая площадь производственных помещений 900 м²: сборочный цех, цех металлообработки, склад комплектующих и готовой продукции. На производстве заняты 56 мастеров и инженеров.
Кабельно-проводниковая продукция и медная шина для производства только ГОСТ.
Для производства напольных корпусов мы используем только оцинкованный металл толщиной 2 мм для большей стойкости к коррозии и жесткости каркаса. Для навесных шкафов используем холоднокатаный стальной лист толщиной 1,5 мм.
В цехе металлообработки стоит один координатно-револьверный пробивной пресс Abamet AMPe-750 и два гидравлических листогибочных пресса Abamet AMB-10031.
Сертифицированное качество
На все устройства ввода и распределения электроэнергии даём расширенную гарантию 2 года. Но реальный срок эксплуатации значительно больше — при правильном использовании изделие прослужит вам 25 лет.
У нас есть обязательный сертификат на продукцию собственного производства ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» и сертификаты менеджмента качества ISO 9001:2005 / DAkkS DIN EN ISO 9001:2015. Поэтому мы так уверены в качестве своей продукции.
Остались вопросы? — Отправьте запрос на [email protected], позвоните по телефону, указанному на сайте или оформите заказ.
Наши менеджеры свяжутся с Вами в кратчайшие сроки и ответят на все интересующие Вас вопросы.
Возникли сложности с выбором распределительного устройства? — обращайтесь, и мы подберем нужный вариант, ответим на вопросы и сориентируем по ценам и срокам.
Характеристики
Артикул: ВРУ-Б-(200+200)-03-12
Производитель: BONPET
тип коммутации АВР: моноблок
исполнение: напольное
количество вводов: 2
комплектующие: CHINT Electric
степень защиты корпуса: IP31
номинальный ток: 200А
Проектирование ВРУ (ГРЩ) в зависимости от категории электроснабжения
Конфигурация любого вводного устройства здания зависит от категории электроснабжения.
По поводу отходящих линий ни у кого вопросов возникнуть не должно, а вот с вводными аппаратами и организацией учета электроэнергии х могут появиться трудности, особенно у начинающих проектировщиков.
Рассмотрим вводные устройства в зависимости от категории надежности электроснабжения.
1 III категория элекроснабжения.
Схема 1 ВРУ (ГРЩ) по III категория элекроснабжения
Данная схема вводного устройства самая простая. Питающий кабель приходит на вводной рубильник QS1. При расчетном токе до 100А это может быть обычный модульный выключатель нагрузки ВН, при токе более 100А – выключатель-разъединитель типа ВР 32 на одно направление. Защитный автоматический выключатель QF1 до 100А может быть модульным, более 100А – автомат серии ВА88. На схеме выполнен учет электроэнергии с электросчетчиком трансформаторного включения. До 100А применяют счетчики прямого включения.
2 II категория элекроснабжения.
При проектировании вводного устройства по II категории можно выделить две основные схемы.
Схема 2 ВРУ (ГРЩ) по II категория элекроснабжения на 1 панель
Эта схема отличается от предыдущей лишь вводным отключающим аппаратом.
Чаще всего в качестве QS1 применяют выключатель-разъединитель типа ВР 32 на два направления. Иногда при небольших нагрузках, например щит в ИТП, я применяю обычный пакетный переключатель серии ПП 3. Недостатком данный схемы является то, что под нагрузкой находится только один кабель, а для кабеля это не очень хорошо.
Схема 3 ВРУ (ГРЩ) по II категория элекроснабжения на 2 панели
Вторая схема (схема 3) более предпочтительна, особенно на промышленных объектах. Она позволяет контролировать расход электроэнергии по обоим питающим кабелям, равномерно распределять нагрузку на оба ввода. Схему крестообразного перекидного рубильника можно собрать на двух рубильниках-разъединителях типа ВР 32 на два направления.
3 I категория элекроснабжения.
Существует много схем вводного устройства по I категория элекроснабжения. Я разберу две наиболее распространенные с применением блока АВР 2.0 и АВР 2.1. В водных устройствах I особой категории элекроснабжения используют блоки АВР 3.
0 и АВР 3.1.
Схема 4 ВРУ (ГРЩ) по I категория элекроснабжения на 1 панель
В данной схеме в работе находится только один кабель. При пропадании питании на одном вводе блок АВР 2.0 переключает питание на второй ввод. При необходимости можно поставить общий учет электроэнергии, сэкономив при этом на одном счетчике.
Схема 5 ВРУ (ГРЩ) по I категория элекроснабжения на 2 панели
Эта схема аналогична схеме 4 с теми же преимуществами, только переключение выполняется автоматически блоком АВР 2.1. При пропадании напряжения отключается ввод без напряжения и включается секционной автомат.
P.S. 1 В ВРУ (ГРЩ) перед защитным аппаратом (автоматическим выключателем) должен быть установлен отключающий аппарат для вывода защитного аппарата в ремонт. 2 Перед счетчиком прямого включения должен быть установлен отключающий аппарат.
Советую почитать:
Идеальный операционный усилитель (операционный усилитель)
Абсолютная электроника: проектирование и анализ практических схем
≡ Оглавление
»
7.
2
Идеальная модель операционного усилителя является ключевым строительным блоком при разработке аналоговых фильтров, усилителей, генераторов, источников и многого другого. 13 мин чтения
Операционные усилители, обычно сокращенно просто «операционные усилители», являются важным строительным блоком аналоговых электронных систем. В различных конфигурациях с несколькими другими компонентами операционные усилители могут использоваться для обработки и управления аналоговым сигналом напряжения различными способами. Сюда входят многие виды фильтров (НЧ, ВЧ, полосовой, интегратор, дифференциатор), усилители (буферные, инвертирующие, неинвертирующие, дифференциальные, суммирующие, инструментальные), генераторы, компараторы, источники (напряжения, тока). ), преобразователи (напряжение-ток, ток-напряжение) и даже некоторые нелинейные приложения.
Эти приложения чрезвычайно полезны, и мы рассмотрим каждое из них в отдельности в следующих разделах, но сначала давайте разберемся с идеальным операционным усилителем отдельно.
Сегодня операционный усилитель представляет собой интегральную схему (ИС), содержащую несколько десятков отдельных транзисторов и пассивных компонентов. Исторически сложилось так, что до эпохи ИС (1960–1970-е годы) большинство усилителей или каскадов обработки аналоговых сигналов были специально разработаны для конкретного приложения, чтобы избежать относительно высокой сложности и стоимости операционных усилителей. Но теперь, когда операционные усилители на ИС имеют всего несколько выводов и стоят всего несколько копеек, обычно имеет смысл воспользоваться их огромным потенциалом для упрощения аналоговых схем.
Большинство операционных усилителей стремятся работать как идеальный операционный усилитель , теоретическая модель, которая хорошо работает в моделировании и позволяет легко решать схемы вручную. В результате большая часть проектирования и анализа будет рассматривать операционный усилитель как идеальный, и именно с этого мы и начнем.
Позже мы обсудим, как эта идеальность нарушается в реальных неидеальных операционных усилителях.
Эти ограничения имеют решающее значение для понимания того, когда вы можете приблизить свой анализ к идеальному операционному усилителю, а когда нет. Они также могут помочь вам выбрать правильный операционный усилитель для реализации вашего проекта.
Идеальный операционный усилитель — это усилитель напряжения с двумя входами и одним выходом:
Символ идеального операционного усилителя
Circuitlab.com/c42kpkxv8a43k
Править — Моделирование
Два входа называются неинвертирующим входом (+) и инвертирующим входом (-) .
Внимательно следите за знаками + и — внутри треугольника! Операционный усилитель обычно рисуется в любом случае, с + вверху или внизу, в зависимости от того, что облегчает рисование остальной схемы. (В CircuitLab выберите операционный усилитель и нажмите «V», чтобы перевернуть символ по вертикали.) Если вы непреднамеренно поменяете местами два входа, ваш проект не будет работать ни на бумаге, ни в реальном мире!
Концептуально идеальный операционный усилитель вычитает два входа, а затем умножает эту разницу на огромное число, называемое коэффициентом усиления без обратной связи AOL :
Vout=AOL(V+−V-)
В качестве шагов обработки сигнала это вычитание и умножение выглядит так:
Вычитание и умножение идеальных операционных усилителей
Circuitlab.
com/cv47d3w6nc9cs
Править — Моделирование
В качестве альтернативы идеальный операционный усилитель можно смоделировать как источник напряжения, управляемый напряжением (VCVS):
Идеальный операционный усилитель в качестве VCVS
Circuitlab.com/cs79ppnt7dr8f
Править — Имитация
Если внимательно присмотреться, приведенная выше модель VCVS поднимает новый вопрос: почему внутри операционного усилителя внезапно появилось заземление? Поскольку напряжения всегда относительны, это означает, что Voffset=0 в более полном и правильном уравнении:
(Vout-Voffset)=AOL(V+-V-)Vout=AOL(V+-V-)+Voffset
Если мы возьмем операционный усилитель и закоротим входные клеммы так что V+−V-=0
, выход будет Vout=Voffset
. В реальном мире, в реальном операционном усилителе с закороченными входами, на выходе не обязательно будет какое-то конкретное напряжение, и какое бы оно ни было, оно, безусловно, будет относиться к тому, что мы измеряем.
Однако при анализе схемы идеального операционного усилителя мы обычно принимаем Voffset=0.
как упрощающее предположение, потому что либо:
- Операционный усилитель используется в конфигурации с обратной связью с обратной связью , где статическое смещение становится неактуальным после применения правил обратной связи (особенно с учетом того, что усиление AOL такой большой), или
- Операционный усилитель используется в конфигурации без обратной связи без обратной связи, и в этом случае мы все равно быстро насыщаем выход до нелинейного, неидеального поведения.
Насколько велик выигрыш? В реальных неидеальных операционных усилителях типичные значения коэффициента усиления без обратной связи составляют от сотен тысяч до десятков миллионов:
AOL,non-ideal,typ=105 до 107
Это действительно много! Разница в милливольтах на входе становится сотнями или тысячами вольт на выходе! Он настолько велик, что при анализе идеальных операционных усилителей мы делаем еще одно упрощающее предположение, принимая предел, предполагая, что коэффициент усиления стремится к бесконечности:
Vout=AOL(V+−V-)AOL,ideal→∞ алгебраическая модель идеального операционного усилителя : он вычитает напряжение на инвертирующем входе из неинвертирующего входа, а затем умножает разницу на очень большой коэффициент усиления, приближающийся к бесконечности.
Даже для реальных операционных усилителей спецификация часто гарантирует только минимальное усиление без обратной связи, но не максимальное. Вы не можете и не должны проектировать схему, полагаясь на точное значение коэффициента усиления без обратной связи операционного усилителя.
Трудно думать о бесконечности! Один из полезных умственных приемов — поставить время на паузу и представить, что происходит в динамике: вместо того, чтобы сразу прыгать в бесконечность, представьте, что при небольшой разнице входных сигналов выходное напряжение идеального операционного усилителя просто начинает расти, расти, расти до бесконечности! Когда позже мы представим различные конфигурации обратной связи с обратной связью, вы увидите, что это быстрое повышение выходного напряжения в конечном итоге возвращается к одному или обоим входам одного и того же операционного усилителя, так что не пугайтесь: бесконечности не продлится очень долго.
Алгебра с бесконечностями тоже может быть сложной.
Предложение состоит в том, чтобы сохранить AOL
вместо переменной и только в конце взять предел AOL→∞
.
Идеальный операционный усилитель постоянно измеряет напряжения на своих входах и регулирует выходное напряжение:
- операционный усилитель увеличит свое выходное напряжение.
- Если неинвертирующий (+) вход находится на уровне ниже напряжения, чем на инвертирующем (-) входе, операционный усилитель снизит свое выходное напряжение.
В форме уравнения:
Vout увеличивается, если V+>V-Vout уменьшается, если V+ Если обратная связь присутствует и имеет правильное направление, то операционный усилитель будет постоянно корректировать свой выходной сигнал напряжения до тех пор, пока два входных напряжения не станут одинаковыми. Существует ряд других предположений инженеров об идеальных операционных усилителях. Все эти предположения неверны для реальных (неидеальных) операционных усилителей, поэтому следите за тем, как они могут повлиять на вашу схему. Узнав об этих предположениях об идеальности, мы можем решить, когда мы можем спроектировать схему, предполагая, что операционный усилитель идеален (и, таким образом, его намного легче анализировать), и когда эта упрощенная модель, вероятно, столкнется с реальностью. Мы рассмотрим эти вопросы более подробно в последующих разделах. Никакой ток не может протекать через входные клеммы идеального операционного усилителя. Входные клеммы могут измерять только свои напряжения. Из Эквивалентных цепей Thevenin это все равно, что сказать, что входной импеданс, смотрящий на входные клеммы, бесконечен: Zin=∞ Выход идеального операционного усилителя может удерживать Vout
и подавать любое количество тока, входящего или исходящего, без изменения напряжения. В эквивалентной модели Thevenin, рассматривающей выходную клемму (и землю), она выглядит как источник напряжения с нулевым сопротивлением – следовательно, с нулевым выходным импедансом: Zout=0 В идеальных операционных усилителях мы предполагаем, что неинвертирующий и инвертирующий входы идеально сбалансированы, так что Vout=AOL(V+−V-)
. Схематическое обозначение идеального операционного усилителя не включает подключения к источнику питания, но настоящий операционный усилитель должен откуда-то получать питание и подавать питание на схему. В таблице данных это начинается с тока покоя операционного усилителя IQ.
. (Обсуждение учета мощности и энергии в цепях см. в разделе «Мощность».) В идеальных операционных усилителях мы рассматриваем это как VCVS: это активный источник, который может подавать питание в схему. Скорость, с которой операционный усилитель может изменить свое выходное напряжение, называется скорость нарастания . В реальных операционных усилителях существует предел скорости нарастания или падения выходного сигнала, измеряемый в Вс.
. (Это похоже на мысленный трюк с размышлениями о бесконечном усилении без обратной связи, о котором говорилось выше.) В идеальных операционных усилителях мы допускаем бесконечную скорость нарастания: выходной сигнал может двигаться бесконечно быстро. В дополнение к пределу скорости нарастания (который является нелинейным пределом) в реальных операционных усилителях существует также предел пропускной способности: они не реагируют на все частоты. Реальные операционные усилители имеют коэффициент усиления без обратной связи, зависящий от частоты, AOL(f).
, и он снижается на высоких частотах. В частности, произведение усиления на полосу пропускания (GBW) — это частота, при которой коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи падает до 1. Как подробно обсуждалось выше, мы предполагаем, что коэффициент усиления идеальных операционных усилителей приближается к бесконечности. Настоящие операционные усилители имеют конечное усиление без обратной связи, что может ограничить величину усиления, которую мы можем получить от одного каскада операционного усилителя. В идеальных операционных усилителях предполагается, что если мы удвоим разность входных напряжений, мы удвоим выходное напряжение. Настоящие операционные усилители состоят из нелинейных компонентов, и это неправда. Однако, поскольку операционные усилители используются в конфигурациях с обратной связью с обратной связью, обратная связь удерживает разность входных напряжений чрезвычайно малой, в пределах диапазона, в котором мы видим в основном линейное поведение. Идеальный операционный усилитель может иметь входы любого значения; имеет значение только их различие. Но в реальном операционном усилителе будут ограничения на допустимые входные напряжения, чтобы предотвратить повреждение входных транзисторов. Вычитание не будет работать должным образом, если ваши входные данные превышают эти пределы, и ваша схема не будет работать должным образом. (Что более тонко, вы получите нелинейные искажения до того, как достигнете жестких пределов.) В большинстве случаев предельные значения находятся как раз вокруг положительного и отрицательного напряжения питания, но вам следует проверить техническое описание, чтобы быть уверенным. Идеальный операционный усилитель может выдавать любое напряжение. Но в реальном операционном усилителе вы ограничены выходными транзисторами. Эти пределы обычно находятся рядом с положительным и отрицательным напряжением питания, но вы должны проверить техническое описание. Идеальный операционный усилитель реагирует только на изменение напряжения на его неинвертирующем и инвертирующем входных контактах. Но настоящий операционный усилитель может «просачивать» некоторые изменения с выводов источника питания на выход. (Это зафиксировано в спецификации коэффициента подавления источника питания [PSRR] в таблице данных.) Это позволяет шумному источнику питания загрязнять сигнал. Идеальный операционный усилитель не добавляет шума к сигналу. Но в реальном операционном усилителе шум добавляется и, возможно, даже усиливается. Идеальный операционный усилитель просто фантастический! К сожалению, все они распроданы. Настоящие операционные усилители на ИС, которые вы можете купить, не идеальны во всех отношениях, описанных выше, и производителям полупроводников приходится идти на собственные компромиссы, чтобы достичь своих целевых характеристик и цены. В результате, если проблема аналогового проектирования, которую вы пытаетесь решить, особенно сложна в каком-либо направлении, вы можете не захотеть использовать операционный усилитель. К счастью, в продаже имеются тысячи различных моделей операционных усилителей, и все они имеют разные компромиссы между этими неидеальностями. Во многих случаях, поняв свою проблему дизайна и то, как она соотносится с этими неидеальностями, вы сможете найти тот, который отвечает вашим потребностям прямо из коробки! Часто бывает полезно ослабить приведенное выше допущение о «неограниченном диапазоне выходного напряжения» и вместо этого смоделировать идеальный операционный усилитель с шинами напряжения , где выходной сигнал ограничен указанным диапазоном. Идеальный операционный усилитель с символом шины напряжения Circuitlab.com/c3nhuzcp8d3zc Править
—
Имитация Полезно запустить моделирование DC Sweep, чтобы увидеть, как выглядит выход идеального операционного усилителя, без обратной связи, с шинами напряжения и без них. Операционный усилитель с шинами напряжения и без них. Сравнение развертки постоянного тока Circuitlab.com/cy6wk2cksasa6 Править
—
Имитация Упражнение Нажмите, чтобы открыть и смоделировать приведенную выше схему и посмотреть, как один выходной сигнал обрезается при изменении входного сигнала. (Обратите внимание, что для многих реальных операционных усилителей его выход не может полностью качаться до положительной шины питания и не может полностью качаться до отрицательной.) Теперь, когда у нас есть идеальный операционный усилитель с шинами напряжения, мы можем использовать его без обратной связи в качестве компаратора напряжения. Это можно продемонстрировать, подключив два генератора синусоидальной функции с разными частотами к двум входам операционного усилителя: Операционный усилитель с шинами напряжения в качестве аналогового компаратора Circuitlab.com/c39z7cwks2hrz Править
—
Имитация Упражнение Нажмите, чтобы открыть и смоделировать приведенную выше схему. Посмотрите, как выходной сигнал колеблется в любую крайнюю точку при пересечении входных сигналов. В реальном мире операционный усилитель не является отличным аналоговым компаратором напряжения: существуют гораздо более совершенные специализированные компоненты. Тем не менее, это одно из немногих применений операционных усилителей без обратной связи, поэтому вы можете создать и протестировать его в своей лаборатории. Полезно моделировать схемы операционных усилителей в области Лапласа, потому что мы можем решать системы с обратной связью алгебраически. В частности, полезная модель идеального операционного усилителя предполагает наличие AOL с конечным коэффициентом усиления без обратной связи.
: Идеальный операционный усилитель с конечным коэффициентом усиления: блочная модель Лапласа Circuitlab.com/ctq3jgk8rqewh Править
—
Моделирование Еще более полезная модель включает конечное произведение коэффициента усиления на полосу пропускания GBW.
. Это моделируется как наличие AOL с конечным усилением.
при постоянном токе с однополюсным фильтром нижних частот с угловой частотой fc=GBWAOL
. Компонент нижних частот имеет передаточную функцию Glpf(s)=11+sω
, где ω=2πfc
. Объединение усиления и фильтра нижних частот дает нам: G(s)=AOL1+s(AOL2πGBW) и может быть реализовано в CircuitLab, как показано: Идеальный операционный усилитель с конечным усилением и полосой пропускания Продукт: блочная модель Лапласа Circuitlab. Править
—
Имитация Мы будем использовать эту модель в следующих разделах приложений для алгебраического решения примеров обратной связи с обратной связью. Насколько полезно иметь усилитель с действительно огромным (в идеале бесконечным!) коэффициентом усиления? Сам по себе не очень. В этом разделе мы рассмотрели поведение без обратной связи, и наиболее полезным результатом является посредственный аналоговый компаратор напряжения. 9. Оказывается, наличие компонента «вычитание и умножение на бесконечность» является практически волшебным строительным блоком для широкого спектра потребностей в обработке аналоговых сигналов. Мы рассмотрим их в следующих нескольких разделах, начиная с одного из самых простых: буфера напряжения операционного усилителя. ≡
Оглавление » 7.2 Роббинс, Майкл Ф. — Реклама — Цифровой сигнал — это тип сигнала, который имеет два дискретных уровня: ВЫСОКИЙ (1) или НИЗКИЙ (0). Эти два уровня обычно представлены: Концепция двоичной системы счисления заключается в точном представлении цифровых сигналов. Цифровые сигналы работают на принципах булевой алгебры, бинарной математики, разработанной Джорджем Булианом. Цифровые сигналы работают на высоких скоростях и управляют цифровыми схемами, которые содержат некоторые основные компоненты, такие как диоды, катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы, батареи и логические элементы. — Реклама — Многие семейства Logic следуют принципу цифровых сигналов. Примеры таких семейств логики рассматривают напряжение от 3,5 В до 5 В как высокую логику и от 0 В до 1 В как низкую логику. Это означает, что напряжение в диапазоне от 3,5 В до 5 В будет представлено 1, а напряжение в диапазоне от 0 В до 1 В будет представлено 0. Фактическое значение напряжения не имеет значения для цифровых сигналов. Представление диапазона напряжений в виде 1 или 0 упрощает работу с цифровыми схемами по сравнению с аналоговыми или нечеткими схемами. Работа только в двух состояниях, высоком или низком, делает эти сигналы быстрыми и менее чувствительными к шуму, температуре и независимо от старения компонентов. По сравнению с аналоговыми системами цифровые схемы следуют концепциям анализа электрических сетей и имеют «память». Существует два типа цифровых схем : комбинированные цифровые схемы и последовательные цифровые схемы. Цифровые схемы разработаны с использованием логических вентилей, диодов, транзисторов, катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов. Поскольку цифровые схемы следуют булевым законам, логические выражения должны быть упрощены для небольшой схемы. Чем меньше цифровая схема, тем легче ее встроить в интегральные схемы (ИС). Это связано с тем, что основной целью аппаратных систем является уменьшение количества пакетов ИС. Входами первого полусумматора являются две одиночные двоичные цифры A и B. Бит переноса D подается непосредственно на клемму 2 на L второго полусумматора. Выходной сигнал переноса получается через Y второго полусумматора. Логическое выражение для выходной суммы S первого полусумматора, S= A ⊕ B первого полусумматора на входе 1 и бита переноса на входе 2 второго полусумматора X= A ⊕ B ⊕ D Следовательно, выражение для суммы двух половинных сумматоров такое же, как и для суммы схемы полного сумматора. Логическое выражение для переноса вывода в точке Y представляет собой операцию ИЛИ над переносом вывода первого и второго сумматоров. Y= ( A ⊕ B) D + AB Для этого необходимо решить логическое выражение, По электрической схеме, Y= (A’B + AB’) D + AB Y= A’BD + AB’D + AB Путем вставки логического закона ИЛИ, 1+D= D Y= A’BD+ AB’D + AB (1+D) Y = A’BD+ AB’D + AB + ABD Y= BD (A’+A) + AB’D + AB Используя булев закон ИЛИ, A+A’= 1 Y= BD + AB’D + AB Подставляя булев закон ИЛИ, 1+D= 1 Y= BD + AB’D + AB (1+D) Y= BD + AB’D + AB + ABD Y= BD + AD (B’+B) + AB Используя булев закон ИЛИ, B+B’= 1 Y= BD + AD + AB Выражение для переноса двух половинных сумматоров такое же, как и для полного сумматора. Следовательно, используя комбинационную цифровую логику, мы можем разработать полный сумматор, используя два половинных сумматора. На вход первого полувычитателя подаются два одиночных двоичных разряда А и В. Выход первого полувычитателя разности D поступает на вход второго полувычитателя клеммы 1 на К. Разность выход второй половины вычитателя получается через X. Бит заимствования P применяется непосредственно через клемму 2 на L второго вычитателя половин. Выход заимствования получается через Y вычитателя второй половины. Логическое выражение для выходной разности в точке D первой половины вычитателя: D= A ⊕ B D первого полувычитателя на входной клемме 1 и бит заимствования P на входной клемме 2 второго полувычитателя. X= A ⊕ B ⊕ P Следовательно, выражение для разности между двумя половинными вычитателями такое же, как разность схемы полного вычитателя. Логическое выражение для выходного заимствования в точке Y представляет собой операцию ИЛИ для выходного заимствования вычитателей первой и второй половин. Так как XNOR является дополнением XOR, Путем вставки логического закона ИЛИ, 1+P= 1 Используя булев закон ИЛИ, B+B’= 1 Выражение для заимствования Выход двух половинных вычитателей такое же, как и для полного вычитателя. Следовательно, используя комбинационную цифровую логику, мы можем разработать полный вычитатель, используя два половинных вычитателя.
В реальном мире из-за производственных процессов существует некоторое входное напряжение смещения, такое как Vout=AOL(V+-V-+Vinput offset)
. Вы можете думать об этом концептуально, просто добавив небольшой источник напряжения последовательно с одним из входов. Если важна точность постоянного тока, это входное смещение (даже всего несколько милливольт!) может иметь большое значение, особенно потому, что оно может дрейфовать во время работы схемы. Но в идеальном операционном усилителе мы предполагаем: Vinput offset=0
Примечательно, что коэффициент усиления начинает снижаться задолго до этой частоты. Но в идеальных операционных усилителях мы предполагаем, что коэффициент усиления без обратной связи постоянен и велик (приближается к бесконечности) для всех частот.
Можно с уверенностью предположить линейность идеального операционного усилителя.
Например, если вам нужно спроектировать усилительный каскад с максимально высокими частотными характеристиками или с абсолютно низким энергопотреблением, вы, вероятно, не будете использовать операционный усилитель.
Две выходные кривые перекрываются посередине, когда пределы не превышены. Но с шинами напряжения линия В (Output_with) обрезается, чтобы быть плоской и горизонтальной, как только пределы превышены:
Бесконечный коэффициент усиления идеального операционного усилителя фактически равен отменил , установив предельные значения выходного напряжения, таким образом:
.
com/can8pyj7dxf2b
Абсолютная электроника: проектирование и анализ практических схем. CircuitLab, Inc., 2021, Ultimateelectronicsbook.com. Доступ . (Авторское право © 2021 CircuitLab, Inc.) Проектирование цифровых схем | Типы, применение, примеры
Разработка цифровых схем 
Выход суммы S первого полусумматора подается на вход второго терминала полусумматора 1 на K. Выход суммы второго полусумматора получается через X. 
