Электротехника и электроника (стр. 18 из 19)
Полезной частью выпрямленного напряжения является его постоянная составляющая, или среднее значение, Uср , которое за весь период равно:
Uср
Um sin 
0,318Um0
Вычитая из пульсирующего напряжения его среднее значение, получим переменную составляющую U~ , которая имеет несинусоидальную форму. Для нее нулевой осью является прямая линия, изображающая постоянную составляющую. Полуволны переменной составляющей U~ заштрихованы (рис.9.3,б).
Переменная составляющая является «вредной» частью выпрямленного напряжения. Для ее уменьшения в нагрузочном резисторе и в выходном напряжении, т.е. для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры (СФ). Простейшим СФ является конденсатор большой емкости, через который ответвляется переменная составляющая тока, чтобы возможно меньшая часть ее проходила в нагрузку.
Конденсатор хорошо сглаживает пульсации, если его емкость Сф такова, что выполняется условие:
Rн.При наличии конденсатора большой емкости Uср приближается к Um и может быть равным (0,8…0,95)Um и даже выше.
Основными электрическими параметрами однополупериодного выпрямителя являются:
- средние значения выпрямленного тока и напряжения Iср , Uср ;
- мощность нагрузки Pср
Uср;- амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения ~ Um ;
Um ; - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения pUcp - действующие значения тока и напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора I1,U1 и I2 ,U2;
-
типовая мощность трансформатора Sтр 0,5( S1 
2) ), где S1 U1 I1, 
S2 U2 I2;- коэффициент полезного действия
,где Pmp - потери в трансформаторе; PД - потери в диодах.
Однополупериодный выпрямитель применяют обычно для питания высокоомных нагрузочных устройств малой мощности (электроннолучевых трубок и др.) допускающих повышенную пульсацию.
Наибольшее распространение получил двухполупериодный мостовой выпрямитель (рис.9.4).
Он состоит из трансформатора Тр и четырех диодов
Д1, Д2, Д3, Д4, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется обмотка Тр, а к другой – нагрузочный резистор Rн. Каждая пара диодов Д1, Д3 Д2, Д4 и работает поочередно.
Рисунок 9.4 – Схема (а) и временные диаграммы напряжений мостового двухполупериодного выпрямителя
Диоды Д1, Д3 открыты в I полупериод напряжения u2. когда потенциал точки a выше потенциала точки в .
В следующий полупериод напряжения u2 потенциал точки в выше потенциала точки a , диоды Д2, Д4 открыты, а диоды Д1, Д3 закрыты. В оба полупериода, как видно из рисунка 9.4 ток через нагрузочный резистор Rн имеет одно и то же направление.
Выражения для средних значений выпрямленных напряжения и тока имеют вид
.Rн
Анализ приведенных соотношений показывает, что при одинаковых значениях параметров трансформаторов и сопротивлений Rн мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет следующие преимущества:
- средние значения выпрямленных тока Iнср и напряжения Uнср в два раза больше;
- пульсации значительно меньше;
- частота пульсаций в два раза выше, что уменьшает габариты фильтра.
9.4 Транзисторы
9.4.1 Общие сведения. Транзисторы (Т) – полупроводниковые приборы, служащие для усиления мощности электрических сигналов. По принципу действия транзисторы делятся на биполярные и полевые (униполярные).
Э К Э К
а) б)
Рисунок 9.5 – Структура биполярного транзистора типов p n p (а), n p n (б) и их условное обозначение 
Биполярный транзистор (БТ) – представляет собой трехслойную структуру (рис.9.5) В зависимости от способа чередования слоев БТ называются транзисторами типа p n p или типа n p n(рис.9.5,а,б).
Транзистор называется биполярным, если физические процессы в нем связаны с движением носителей обоих знаков (свободных электронов и дырок).
В биполярном транзисторе средний слой называется базой (Б), один крайний слой – коллектором (К), а другой крайний слой – эмиттером (Э). Каждый слой имеет свой вывод, с помощью которых биполярный транзистор подключается в цепь.
Структура и условное обозначение одного из видов полевых транзисторов показана на рисунке 9.6. У полевых транзисторов так же, как и у биполярных – три электрода, называемые истоком, стоком и затвором.
Истоком (И) называется электрод, из которого в центральную область ПТ (канал) входят основные носители заряда n или p-типов. Сток (С) – электрод, через который основные носители уходят из канала.
Затвор (З) – электрод, управляющий потоком носителей заряда.
Поскольку в полевом транзисторе ток определяется движением носителей только одного знака p или n -типов, эти транзисторы называют также униполярными.
а) б) И
Рисунок 9.6 – Структура (а) и условное обозначение полевого транзистора с каналом p-типа
9.4.2 Усилители на транзисторах. Усиление электрических сигналов необходимо при приеме радиосигналов, контроле и автоматизации технологических процессов, при измерении электрических и неэлектрических величин и т.д.
Простейшим усилителем является усилительный каскад (рис.9.7), содержащий нелинейный управляемый элемент УЭ, как правило биполярный или полевой транзистор, резистор R и источник электрической энергии E.
Усилительный каскад имеет входную цепь, к которой подводится входное напряжение Uвх (усиливаемый сигнал) и выходную цепь, с которой снимается выходное напряжение Uвых (усиленный сигнал).
Усиленный сигнал имеет значительно большую мощность по сравнению с входным сигналом. Увеличение мощности сигнала происходит за счет источника электрической энергии. Процесс усиления осуществляется посредством изменения сопротивления управляемого элемента, а, следовательно, и тока в выходной цепи, под воздействием входного напряжения или тока.
Рисунок 9.7 – Структурная схема усилительного каскада
Выходное напряжение снимается с управляемого элемента или резистора R. Таким образом, усиление основано на преобразовании электрической энергии источника постоянной ЭДС E в энергию выходного сигнала за счет изменения сопротивления управляемого элемента по закону, задаваемому входным сигналом.
Основными параметрами усилительного каскада являются:
Uвых ;- коэффициент усиления по напряжению Кu
Uвх
Iвых ;- коэффициент усиления по току Кi
Iвх
- коэффициент усиления по мощности К p
Ki .Усилительный каскад имеет коэффициент усиления по напряжению Кu , равный нескольким десяткам.
Для получения больших значений Кu , достигающих многих тысяч и более, используют многокаскадные усилители, в которых каждый последующий каскад подсоединен к выходу предыдущего (рис.9.8).
Рисунок 9.8 – Структурная схема многокаскадного усилителя