5.3. Разновидности синхронных машин

Гидрогенератор — явнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от гидравлической турбины (при низких скоростях вращения 50-600 об/мин).

Турбогенератор — неявнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от паровой или газовой турбины при высоких скоростях вращения ротора (6000 (редко), 3000, 1500 об/мин.)

Синхронный компенсатор — синхронный двигатель, предназначенный для выработки реактивной мощности, работающий без нагрузки на валу (в режиме холостого хода); при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения коэффициента мощности или в режиме стабилизации напряжения. Дает ёмкостную нагрузку.

Машина двойного питания (в частности АСМ) — синхронная машина с питанием обмоток ротора и статора токами разной частоты, за счёт чего создаются несинхронные режимы работы

Ударный генератор — синхронный генератор (как правило, трёхфазного тока), предназначенный для кратковременной работы в режиме короткого замыкания (КЗ).

Также существуют безредукторные, шаговые, индукторные, гистерезисные, бесконтактные синхронные двигатели.

Основы электроники, Основные понятия. Электронные приборы и устройства

Технологические основы и элементы полупроводниковой электроники.

Постоянное расширение  выполняемых электронными средствами функций, улучшение эксплутационных свойств (надежности, быстродействия), снижение затрат и стоимости требует совершенствования их элементной базы и методов проектирования.

Современные электронные системы создаются с использованием  интегральных микросхем высокой степени интеграции, а также кристаллов с программируемой структурой. Весьма сложные устройства, как правило, создаются на основе использования типовых многократно повторяющихся объектов (элементов).

Элементную базу достаточно сложных функциональных микроэлектронных устройств составляет конечный набор типовых блоков, на основе которых строят аналоговые и цифровые преобразователи. Построение устройств на основе типовых модулей упрощает моделирование сложных структур и проектирование электронных средств с использованием различных уровней элементной базы (элемент, модуль, блок). Характеристики и параметры элементной базы существенно влияют на свойства устройства в целом.

Наиболее распространенными простыми типовыми элементами являются устройства (каскады), построенные на базе полупроводникового прибора с цепями электропитания, обеспечения режима работы, ввода и вывода сигналов.

Типовые транзисторные каскады и узлы.

В качестве полупроводникового прибора, определяющего основные характеристики каскада, применяются биполярные или полевые транзисторы. Во входных и выходных схемах, обеспечивающих режим работы каскада, используются линейные и нелинейные пассивные компоненты, а также источники стабильных напряжений и токов.

 Схемы каскадов ИМС создают с учетом особенностей интегральной полупроводниковой технологии:

- формирование пассивных элементов на основе транзисторных структур;

- преимущественное использование в схемах транзисторов одного типа, вследствие различия технологических операций изготовления биполярных и МДП структур;

- исключение из схем индуктивных катушек и конденсаторов больших номиналов;  

- жесткое ограничение суммарного сопротивления резисторов, связанное с уровнем рассеиваемой кристаллом мощности.

Простые каскады выполняются на биполярных или полевых транзисторах различного типа. По назначению каскады делятся на входные (предварительные), промежуточные и выходные (мощные). Они различаются назначением и основными параметрами. Например, выходные каскады предназначены для обеспечения передачи максимальной мощности в нагрузку при заданном уровне искажений сигналов.

Транзистор можно рассматривать как прибор с тремя зажимами, соединение которых с цепями ввода и вывода может различаться. В зависимости от наименования электрода, который является общим для входной и выходной цепи каскады на биполярных транзисторах выполняются по схеме с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). Соответственно каскады на полевых транзисторах имеют схемы с общим истоком (ОИ) или стоком (ОС).

Логические и запоминающие цифровые элементы.

Основой построения любого устройства, использующего цифровую информацию, являются элементы двух типов: логические и запоминающие. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровыми сигналами. Запоминающие элементы служат для хранения цифровой информации (состояния разрядов кодовой комбинации).

Логическая операция состоит в преобразовании по определенным правилам входных цифровых сигналов в выходные. Математически цифровые сигналы обозначают поразрядно символами, например x1, x2, x3, x4. Их называют переменными. Каждая переменная может принимать значение "0" или "1". Результат логической операции часто обозначают F или Q. Он также может иметь значение "0" или "1". Математическим аппаратом логики является алгебра Буля. В булевой алгебре над переменными "0" или "1" могут выполняться три основных действия: логическое сложение, логическое умножение и логическое отрицание.

Логическое сложение (дизъюнкция или операция ИЛИ) записывается в виде

Правила выполнения операции ИЛИ заключаются в следующем:

0 + 0 = 0; 1 + 0 = 1; 0 + 1 = 1; 1 + 1 = 1.

(1)

Логические схемы, реализующие операцию ИЛИ; называют ячейками ИЛИ. Их схемное обозначение приведено на рис. 1а. Простейшая реализация логической ячейки ИЛИ на диодах приведена на рис. 1б. Напряжение на выходе схемы будет равно E (F=1), если хотя бы на один из входов будет подан единичный сигнал. Выбор типа выпрямителя.Так как однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель обладает рядом преимуществ по сравнению с другими схемами выпрямления, то его целесообразно выбрать в качестве схемы выпрямления.

Логическое умножение (конъюнкция или операция И) записывается в виде

Новое сообщение

Правила выполнения операции И заключаются в следующем 0 * 0 = 0; 1 * 0 = 0; 0 * 1 = 0; 1 * 1 = 1. Рис. 1 Рис. 2 Логические схемы, реализующие правила (Рис.2), называются ячейками И. Их схемное обозначение приведено на рис.2а. Простейшая реализация логической ячейки И на диодах приведена на рис. 2б. Напряжение на выходе  только в том случае, если все диоды будут закрыты, т. е. на всех входах будет потенциал Е (логическая 1). В противном случае открывшийся диод шунтирует нагрузку и . Логическое отрицание (инверсия или операция НЕ) записывается в виде и читается: F равно не x. Запоминающие устройства Запоминающие устройства (ЗУ) предназначены для хранения информации, выраженной двоичными числами. Такая информация заносится (записывается) в ЗУ и в нужные моменты из него выбирается (считывается). ЗУ – один из основных функциональных блоков электронных цифровых вычислительных машин; в нем хранятся числа, над которыми должны быть произведены определенные действия, и числа – коды команд, определяющие характер этих действий. ЗУ состоит из запоминающего массива и электронного обрамления. Запоминающий массив (накопитель) содержит запоминающие элементы (ЗЭ), каждый из которых может принимать состояния логической 1 или логического 0, т.е. хранить один бит информации. В запоминающем элементе хранится один разряд записанного двоичного слова; все п-разрядное слово записывается в запоминающих элементах, составляющих ячейку памяти. Ей соответствует определенный адрес, характеризующий положение этой ячейки в накопителе. Запись и считывание слова (обращение к ЗУ) производятся по адресу, которым выбирается определенная ячейка. Запоминающие элементы должны обладать двумя устойчивыми состояниями. К числу таких элементов относятся ферромагнитные сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса (магнитные ЗУ) и триггеры (полупроводниковые ЗУ). Электронное обрамление содержит, в частности, дешифраторы адреса и усилители записи и считывания. Код адреса, поступающий на входы дешифратора, возбуждает один из его выходов; этим разрешается запись слова в определенные ЗЭ или считывание из них. Из многих параметров ЗУ отметим информационную емкость и быстродействие. По характеру и использованию записанной информации ЗУ делятся на оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ).

Комбинационные сумматоры,

К настоящему времени разработано большое число схем сумматоров.

комбинационные сумматоры - устройства, не имеющие собственной памяти, и накапливающие сумматоры, снабженные собственной внутренней памятью, в которой аккумулируются результаты выполненной операции. При этом каждое очередное слагаемое прибавляется к уже имевшемуся в устройстве значению.

По способу тактирования различают синхронные и асинхронные сумматоры. В синхронных сумматорах время выполнения операции арифметического суммирования двух кодов не зависит от вида самих кодов и всегда остается постоянным. В асинхронных сумматорах время выполнения операции зависит от вида слагаемых.

Поэтому по завершении выполнения суммирования необходимо вырабатывать

специальный сигнал завершения операции.

В зависимости от используемой системы счисления различают двоичные,

двоично-десятичные и другие типы сумматоров.

распределители,

Распределителями называют функциональные узлы, распределяющие поток импульсов последовательно, импульс за импульсом, по нескольким выходам. Распределитель можно рассматривать как одну из форм счетчика и могут строиться по различным схемам. Например, функции распределителя выполняет двоичный счетчик с дешифратором, подключенным к его выходам С}и Счетчик последовательно перебирает двоичные коды, дешифратор в соответствии с ними последовательно возбуждает свои выходы.

дешифраторы

В общем случае дешифратор—это устройство, преобразующее цифровой сигнал, представленный в какой-либо одной из кодировок, в другую, незакодированную форму. Схемное обозначение одного из вариантов такого дешифратора приведено на рис. 1. Описываемый дешифратор имеет три входа данных D0, D1 и D2. Вход выбора микросхемы CS. А также восемь выходов, обозначенных цифрами от 0 до 7.

Рис. 1. Простейший дешифратор

Логика работы микросхемы такова: на входы данных микросхемы подается цифровой код. В данном случае — это любое трехразрядное двоичное число. Смысл работы такого дешифратора — выдать активный сигнал только на одном из своих выходов. На том выходе, номер которого соответствует двоичному коду, присутствующему на его входах D0...D2.

В большинстве современных дешифраторов активным сигналом на выходе считается низкий логический уровень. Это значит, что при поступлении на входы D0—D1 сигнала 0002, на выходе «0» будет логический ноль, а на всех остальных выходах— единица. Состояние выходов дешифратора при других значениях входного сигнала приведено в табл. 1.2.

Табл. 1.2 — это таблица истинности данного дешифратора. Важное значение имеет вход выбора микросхемы CS. Этот вход позволяет включить или выключить всю микросхему. Микросхема работает только в том случае, если на вход CS дешифратора подан разрешающий нулевой сигнал. В противном случае микросхема выключается и на всех ее выходах устанавливается сигнал логической единицы.

Входы				Выходы
D2	D1	D0	CS	7	6	5	4	3	2		0
0	0	0	0								0
0	0	1	0							0
0	1	0	0						0
0	1	1	0					0
1	0	0	0				0
1	0	1	0			0
1	1	0	0		0
1	1	1	0	0
X	X	X	1	1

Главное назначение линейного дешифратора—функция выбора одного из нескольких электронных устройств. Например, выбор одной из нескольких микросхем памяти. Каждая такая микросхема должна иметь свой собственный вход CS. К каждому выходу дешифратора подключается одна такая микросхема. Вернее, подключается ее вход CS.

Теперь, если на входы D0—D1 дешифратора подать номер выбираемой микросхемы, она включится, а остальные семь микросхем отключатся. При выключении самого дешифратора отключаются и все подключенные к нему микросхемы.

Микросхемы последовательностного типа характеризуются наличием памяти. Запись информации в ячейки памяти этих микросхем или изменение содержащейся в них информации производится импульсами. Входы микросхем для подачи импульсов записи могут быть статическими или динамическими. Статические входы характеризуются тем, что импульс, поданный на этот вход, действует в течение всего времени, пока он подан. Как правило, это входы сброса триггеров, счетчиков и регистров, входы, стробирующие предварительную установку.

Для динамических входов характерно срабатывание по фронту, то есть микросхема чувствительна не к самому импульсу в течение всего времени, пока он подан, а лишь к его фронту или спаду. Точнее, запись (изменение) информации происходит только в моменты смены сигнала на динамическом входе с лог. 1 на лог. 0 или с лог. 0 на лог. 1. Основу последовательностных цифровых структур составляют триггеры различных типов, которые могут использоваться самостоятельно или в составе счетчиков, регистров и т. д.

триггеры

Триггер - это устройство, имеющее два устойчивых состояния и способное под действием управляющих сигналов скачкообразно переходить из одного состояния в другое.

RS-триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set – установить англ.) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние. Вход R (Reset – сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход триггера Q (Quit – выход англ.) в нулевое состояние.

Для реализации RS-триггера воспользуемся логическими элементами “2И-НЕ”. Его принципиальная схема приведена на рисунке 2.

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->

Рисунок 1. Схема простейшего триггера на схемах "И". Входы R и S инверсные (активный уровень'0').

Рассмотрим работу изображенной на рисунке 1 схемы подробнее. Пусть на входы R и S подаются единичные потенциалы. Если на выходе верхнего логического элемента “2И-НЕ” Q присутствует логический ноль, то на выходе нижнего логического элемента “2И-НЕ” появится логическая единица. Эта единица подтвердит логический ноль на выходе Q. Если на выходе верхнего логического элемента “2И-НЕ” Q первоначально присутствует логическая единица, то на выходе нижнего логического элемента “2И-НЕ” появится логический ноль. Этот ноль подтвердит логическую единицу на выходе Q. То есть при единичных входных уровнях схема RS-триггера работает точно так же как и схема на инверторах.

Подадим на вход S нулевой потенциал. Согласно таблице истинности логического элемента “И-НЕ” на выходе Q появится единичный потенциал. Это приведёт к появлению на инверсном выходе триггера нулевого потенциала. Теперь, даже если снять нулевой потенциал с входа S, на выходе триггера останется единичный потенциал. То есть мы записали в триггер логическую единицу.

Точно так же можно записать в триггер и логический ноль. Для этого следует воспользоваться входом R. Так как активный уровень на входах оказался нулевым, то эти входы - инверсные. Составим таблицу истинности RS-триггера. Входы R и S в этой таблице будем использовать прямые, то есть запись нуля, и запись единицы будут осуществляться единичными потенциалами (таблица 1).

Таблица 1. Таблица истинности RS-триггера.

R	S	Q(t)	Q(t+1)	Пояснения
0	0	0	0	Режим хранения информации R=S=0
0	0	1	1
0	1	0	1	Режим установки единицы S=1
0	1	1	1
1	0	0	0	Режим записи нуля R=1
1	0	1	0
1	1	0	*	R=S=1 запрещенная комбинация
1	1	1	*

Существующие типы триггеров могут быть классифицированы по различным признакам. Например, по типам основных информационных входов триггера:

R – раздельный вход сброса триггера (Q = 0);

S – раздельный вход установки триггера (Q = 1);

K – вход сброса универсального триггера (Q = 0);

J – вход установки универсального триггера (Q = 1);

T – счетный вход триггера;

D – информационный вход переключения триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе;

C – управляющий или синхронизирующий вход.

счетчики,

Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчёта числа импульсов поданных на вход. Они, как и сдвигающие регистры, состоят из цепочки триггеров. Разрядность счетчика, а следовательно, и число триггеров определяется максимальным числом, до которого он считает.

Рисунок 1

Счетчики могут выполнят функции делителей частоты, т. е. устройств, формирующих из импульсной последовательности с частотой f_вх импульсную последовательность на выходе, последнего триггера с частотой fвых, в К раз меньшую входной. При таком использовании счетчиков нет необходимости знать, какое число в нем записано в настоящий момент, поэтому делители в некоторых случаях могут быть значительно проще счетчиков.

регистры цифровые узлы.

Регистр (to register - регистрировать) - это цифровой узел, предназначенный для записи и хранения числа. Некоторые регистры могут преобразовывать информацию из последовательной формы в параллельную и наоборот. Для начала рассмотрим регистр хранения. Существует достаточно большое количество разновидностей регистров: регистр хранения, регистр сдвига, регистр последовательных приближений.