Прецизійні випрямлячі на операційних підсилювачах

Двухполуперіодний випрямлювач з нульовою крапкою.

Принципова схема й осцилограми напруги в різних крапках випрямляча приведені на малюнку.

U2 - Напруга на одній  половині вторинної обмотки трансформатора

Uн – Напруга на навантаженні.

Uн0 – Напруга на навантаженні  при відсутності конденсатора.

У цьому випрямлячі використовуються два вентилі, що мають загальне навантаження і дві однакові вторинні обмотки трансформатора(чи одну із середньою крапкою).

Практично схема являє собою два однополуперіодних випрямляча, що мають два різних джерела і загальне навантаження. В одному напівперіоді перемінної напруги струм у навантаження проходить з однієї половини вторинної обмотки через один вентиль, в іншому напівперіоді - з іншої половини обмотки, через інший вентиль.

Перевага: Ця схема випрямляча має в 2 рази менше пульсації в порівнянні з однополуперіодної схемою випрямлення. Ємність конденсатора при однаковому з однополуперіодної схемою коефіцієнті пульсацій може бути в 2 рази менше.

Недоліки: Більш складна конструкція трансформатора і нераціональне використання в трансформаторі міді і стали.

Безтрансформаторні схеми небезпечні для використання!

Для харчування малогабаритної портативної апаратури зі струмами до 15-20 міліамперів можна застосовувати однополуперіодні чи бруківки схеми з конденсаторами, що гасять.

У цій схемі конденсатор Сгас виконує роль “безватного” реактивного опору, що утворить з активним опором навантаження своєрідний дільник напруги.

Реактивний опір конденсатора, що гасить, зазначено у формулі.

Дана схема може знайти застосування для заряду малогабаритних акумуляторів радіоприймачів, радиостанций і радіотелефонів.

При конструюванні й експлуатації випрямляча також необхідно дотримувати обережність!

Деякі рекомендації з роботи з випрямлячами.

Вторинні обмотки трансформаторів необхідно завжди захищати плавкими запобіжниками. У цьому випадку коротке замикання в ланцюзі навантаження не приведе до таких наслідків як вихід з ладу трансформатора і тим більше не приведе до загоряння апаратури.

Часто при конструюванні випрямлювачів виявляється, що немає потрібних вентилів(діодів) чи конденсаторов.з потрібними характеристиками. У такому випадку можна застосувати рівнобіжне чи послідовне з'єднання чи вентилів конденсаторів.

Що при цьому потрібно пам'ятати?

Якщо наявні вентилі (діоди) по припустимому струмі менше розрахункового максимального струму, можна застосувати рівнобіжне з'єднання таких діодів, помноживши їхній припустимий струм на кількість діодів у “зв'язуванні”.

У випадку, якщо припустима зворотна напруга вентилів (діодів) менше розрахованого значення, можна застосувати їхнє послідовне з'єднання, уключивши паралельно кожному діоду шунтирующие резистори, що вирівняють зворотна напруга між діодами. Величину опору шунта розраховують по формулі:

Rш = 700 * Uобр / N для діодів  з Uобр менше 200 В и Імакс = 1 – 10 Ампер

Чи

Rш = 150 * Uобр / N для діодів  з Uобр більш 200 В и Iмакс менш 0,3 Ампер

У випадку якщо ємність конденсатора менше розрахункової, можна застосувати рівнобіжне включення декількох конденсаторів, що мають робочу напругу не менше розрахункового.

У випадку, якщо робоча напруга конденсаторів менше припустимого для конкретної схеми, можна застосувати послідовне включення конденсаторів, не забуваючи, що загальна ємність у цьому випадку зменшиться в стільки разів, скільки конденсаторів буде включено в послідовний ланцюг.

Таку схему застосовувати можна тільки в крайньому випадку, оскільки в такій схемі пробій(коротке замикання) одного конденсатора викликає “ланцюгову реакцію”, тому що на, що залишилися в роботі конденсатори буде прикладене більша напруга, чим було до замикання одного з них. Шунтування конденсаторів резисторами в цьому випадку не рятує апаратуру від послідовного виходу з ладу конденсаторів у всьому ланцюжку. Краще застосувати послідовне з'єднання декількох випрямлювачів, розрахованих на більш низьку напругу. Тоді при пробої одного з конденсаторів вихідна напруга проста знизиться.

У цій статті приведена тільки коротка інформація зі схем випрямлювачів. Більш докладно про розрахунок випрямлювачів можна прочитати у всілякій літературі.

При підготовці статті використана література:

В.Я. Брускин “Номограми для радіоаматорів” МРБ 1972 рік.

Б.Богданович, Е.Ваксер “Короткий радіотехнічний довідник” Бєларус 1968 рік.

7777ДВУХПОЛУПЕРІОДНИЙ ВИПРЯМЛЯЧ І ПРИНЦИП ЙОГО РОБОТИ

 

Випрямлячем називають перетворювачі електричної енергії, що представляють собою напівпровідникові або електровакуумні пристрої, перетворюють змінний вхідний струм в постійний вихідний. ЕФС будують за полумостовой або мостовою схемою, докладний утворення якої ми і розглянемо.

Суть і пристрій двухполуперіодних випрямлячів

Велика частина зазначених приладів створює односпрямоване пульсує напруга. Щоб згладити пульсацію, використовують спеціальні фільтри.  
Для поліпшення параметрів випрямляча необхідно забезпечення протікання струму до обох напівперіодами вхідної напруги. З цією метою використовуються два типи схем однополупериодного випрямлення, які працюють як противофазно, так і синхронно з єдиною навантаженням.

При такому включенні буде потрібно два джерела первинної напруги, які будуть володіти загальною крапкою. Така схема носить назву «ЕФС з середньою точкою». При цьому середнє значення напруги струму в навантажувальних резисторах при двопівперіодним випрямленні буде перевищувати подібні показники однополуперіодної схеми вдвічі.

Необхідно відзначити, що у двухполупеіодной схеми, що володіє середньою точкою, є свої негативні моменти. Коли струм мине один діод, на протилежному зворотна напруга в піковій фазі досягає свого подвоєного вхідного максимальної напруги, про що необхідно пам’ятати, вибираючи діоди для випрямляча.

У зв’язку з цим розглянемо більш детально ЕФС, що володіє металлоемкой схемою , що має велике активне еквівалентне внутрішньо опір. Це обумовлює наявність великих втрат, пов’язаних із значним нагрівом обмотки трансформатора.

При побудові такої схеми, яка має згладжуючим конденсатором, необхідно враховувати те, що вимірювання змінної напруги завжди здійснюється в діючих значеннях, які значно менше максимальної амплітуди. При відсутності навантаження на конденсаторі випрямлена напруга завжди одно амплітудному. Це означає, що ЕФС, що має однофазний змінний струм 12 В на конденсаторі, при відсутності навантаження отримає напругу, рівну 17 В. Виходячи з цього, можна зробити висновок про те, що під навантаженням випрямлена напруга знижується, але не стає менше існуючого напруги змінних струмів і визначатиметься ємністю згладжує конденсатора.

Схему такого випрямляча можна описати таким чином. З метою придушення перешкод первинна обмотка трансформатора підключається до фільтру, до складу якого входять два конденсатори з приєднаною середньою точкою до землі. Вони в обов’язковому порядку однополярні, а з метою зменшення ймовірності пробою номінальну напругу у них становить 200 В.

Як правило, вмикач встановлюється перед конденсатором, що необхідно для перешкоджання подачі мережевої напруги при працюючому випрямлячі на конденсатори. ЕФС має вторинну обмотку трансформатора з центральним висновком, але при бруківці схемою в даному виведенні немає необхідності. Фільтром для випрямляча служать два конденсатори і послідовний резистор. Однак при низькому рівні пульсації допустимо додавання на виході ще одного конденсатора і резистора.

Так як електричні машини працюють за принципом оборотності, випрямлячі напругиразом з інвертором є двома типами електричної машини. Інвертором називають пристрій, перетворювати постійну напругу в змінну.

 

 

Внутрішня структура таймера

     Мікросхема складається з дільника напруги з двома опорними напругами для порівняння , двох прецизійних компараторів (низького і високого рівнів), RS -тригера з додатковим входом скидання , транзисторного ключа з відкритим колектором і вихідного підсилювача потужності для збільшення навантажувальної здатності (Рис 1.1.).

Рис. 1.1. Внутрішня структура таймера NE555

       Номінальна напруга живлення базової версії мікросхеми може перебувати в межах від 5 В ± 10 % до 15 В ± 10 % (тобто 4,5 ... 16,5 В) , проте деякі виробники підняли верхню межу напруги живлення до 18 В . КМОП- версії відрізняються можливістю роботи при зниженій напрузі живлення(від 2 В).

      Максимальний вихідний струм для вітчизняної КР1006ВІ1 і КМОП- версій таймера становить 100 мА. Більшість нині випускаються зарубіжних аналогів , виконаних за біполярної технології , допускає вихідний струм до 200 мА і більше.

       NE555 найчастіше випускається в корпусі PDIP8 і SO8, але зустрічаються й інші варіанти корпусу. На схемах звичайно позначається у вигляді прямокутника з написом "G1/GN", яка розшифровується як спеціалізований генератор, який використовується для формування одиночних імпульсів або серій імпульсів. Розташування виходів є стандартним.

Значення виводів:

1. Земля (GND). Мінус живлення.
2. Запуск (Trigger). Коли напруга на цьому виході стає нижче 1/2 від CTRL, на виході з'являється напруга високого рівня, починається відлік часу.
3. Вихід (Output). На цьому виводі формується один з двох напруг, приблизно відповідних GND і VCC - 1,5 В, в залежності від стану таймера.
4. Скидання (Reset). При подачі на цей вхід напруги менше 0,7 В вихід мікросхеми примусово переходить в стан низького рівня (перемикається на GND). Це відбувається незалежно від стану інших входів, тобто даний вхід має найвищий пріоритет. Іншими словами, високий рівень напруги на даному вході (більше 0,7 В) дозволяє запуск таймера, в іншому випадку запуск заборонений.
5. Контроль (Control Voltage).  Підключений безпосередньо до внутрішнього дільнику напруги. При відсутності зовнішнього сигналу має напругу 2/3 від VCC. Визначає пороги зупинки і запуску.
6. Стоп (Threshold). Коли напруга на цьому виводі перевищує напругу на виводі CTRL, на виході встановлюється напруга низького рівня, інтервал закінчується. Зупинка можлива, якщо на вхід TRIG не надходить сигнал запуску, тому що вхід TRIG має пріоритет над THR (виняток - мікросхема КР1006ВІ1).
7. Розряд (Discharge). Вихід типу «відкритий колектор», зазвичай використовується для розрядки часозадающего конденсатора між інтервалами. Стан цього виходу повторє стан основного виходу OUT, ​​тому можливо їх паралельне з'єднання для збільшення навантажувальної здатності таймера по втікающому току.
8. Живлення (Vcc). Плюс живлення.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Генератори на таймері NE555

      Діапазон частот , генерований таймером , досить широкий: від найнижчої частоти , період якої може досягати декількох годин , до частот у кілька десятків кілогерц . Все залежить від елементів ланцюга,котрі задають час.

      Якщо не потрібно строго прямокутна форма сигналу , то можна згенерувати частоту до декількох мегагерц. Іноді таке цілком допускається , - форма не важлива , але імпульси присутні. Найчастіше така недбалість з приводу форми імпульсів допускається в цифровій техніці. Наприклад , лічильник імпульсів реагує на фронт або спад імпульсу. Погодьтеся , в цьому випадку « прямоугольность » імпульсу ніякого значення не має. Розглянемо принцип роботи генераторів на прикладі генератора імпульсів форми меандр.

2.1.Генератор імпульсів  форми меандр

      Один з  можливих варіантів генератора  імпульсів форми меандр показаний  на рис 2.1.

Рис 2.1 . Схема генераторів імпульсів форми меандр

Тимчасові діаграми роботи генератора показані на рис 2.2 . 

Рис 2.2. Тимчасові діаграми роботи генератора

     Верхній графік  ілюструє сигнал на виході ( вивід 3 ) таймера. А на нижньому графіку  показано , як змінюється напруга  на конденсаторі,що задає час.

     Справа в  тому , що при включенні схеми  на конденсаторі C1 напруга дорівнює  нулю , саме воно і переведе  вихід таймера в стан високого  рівня , як показано на Рис2.2 . Конденсатор C1 починає заряджатися через резистор R1.

      Напруга  на конденсаторі зростає по  експоненті доти , поки не досягне  порога верхнього порогу спрацьовування 2 / 3 * U. В результаті таймер перемикається  в нульовий стан , тому конденсатор C1 починає розряджатися до нижнього  порогу спрацьовування 1 / 3 * U. По  досягненні цього порога на  виході таймера встановлюється  високий рівень і все починається  спочатку. Формується новий період  коливань .

     Тут слід звернути увагу на те , що конденсатор C1 заряджається і розряджається через один і той же резистор R1. Тому час заряду і розряду рівні , а , отже , форма коливань на виході такого генератора близька до меандру .

     Частота коливань такого генератора описується формулою :

 

     Якщо опір резистора R1 при розрахунках вказати в Омах , а ємність конденсатора C1 в Фарадах , то частота вийде в Герцах . Якщо ж у цій формулі опір буде виражено в кілоомах ( КОМ) , а ємність конденсатора в мікрофарадах ( мкФ ) результат вийде в кілогерц ( КГц) . Щоб вийшов генератор з регульованою частотою , то досить резистор R1 замінити змінним .