24 Тема

Стабилитрон тірек кернеу көздері ретінде

Стабилитрон көмегі арқылы кернеуді алудың қарапайым әдісі

6.1 сурет.

Тұрақтандыру коэффициенті ; 10 -нан 100 шейін

r_ст – стаблизатордың дифференциалды кернеуі

26-тема 2. Өрістік транзисторлардағы тірек кернеу көздері

Тұрақтандыру коэффициентін жоғарлатуға болады, егер R1 шектеулі тоқ резисторын тұрақты тоқ көзімен ауыстырса, мысалы өрістік транзистор базасындағы 6.2 суреттегідей көрсетілген.

6.2 сурет – Тұрақтандыру коэффициенті 10000 шейін

27-тема 3. ОК тірек кернеу көзі

Тірек кернеу көзі ретінде ОК операциялык күшейткіштер қолданылады

6.3 сурет – тірек кернеудің инверттік қорек көзі

6.4 сурет – инверттік емес тірек кернеу көздері

Стабилитрон шығыс тұрақтандырғыш коэффициенті 10000дейін жиі қосылады.

U_ОП температуралық тұрақтылық тұрақтандырғыштың кернеу тұрақтылығымен және ОК шығыс кернеуімен анықталған. ( ) ИОН көпнүктелі құрылуы температуралық қамтамасыз ету элементтерін сұлбаға енгізумен және тірек тұрақтандырғыштын тоқтың уақытша тұрақтылығымен байланысты.

Тема29

Биполярлы транзистордағы стабилизатор тоғы

Идеалды тоқ көзі R_Н жүктемесінде ондағы кернеудің төмендеуінен тәуелді емес тоқты қамтамасыз етеді_.

Сурет 7.1 – Кернеу бөлгіші бар бірқалыпты тоқ көзі

Транзистор қаныққан кезде шығыс тоқ өзгеріссіз қалады

Шығыс тоқ қоректенетін кернеуден тәуелді болмас үшін R2 -ні стабилитронмен ауыстырады.

Рисунок 7.2

Тема30

Сурет 7.3 – Бұл сызба биполярлы транзисторлардағы сызбаға ұқсас

Өрістік транзисторлардың ерекшеліктеріне байланысты тоқ тұрақтандырғышы кез-келген омдық кедергі орнына қосуға болатын тұрақтандырғыш тоғы екіполюстік тәрізді көріне алады.

Сурет 7.4

,

мұндағы I_С0 – ағын тоғы U_3и = 0 болғандағы.

U_п – алдағы кернеу U_3и ондағы тоқ I_С минималды мәнге ие болады. R кедергісін табу үшін U_3и шамасын берілген тұрақтану тоғына I транзистор сипаттамасы бойынша анықтау керек.

3. ОК-тегі тоқ стабилизаторлары

Биполярлы және өрістік транзисторлардағы сызба кемшіліктері шығыс тоғын U_БЭ және U_3И кернеулерден тәуелді болған соң дәл таба алмағандықтан болады. Бұл тәуелділікті жою үшін сызбаға ОК –ні енгізу жеткілікті.

, болғанда

мұндағы В – тоқ бойынша (h_Э21) күшейю коэффициенті

Сурет 7.5

Сурет 7.6

болғанда

Сурет 7.7

30 тема 2. Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Рисунок 7.3 - Схема аналогична схеме на биполярных транзисторах

Из-за особенностей полевых транзисторов стабилизатор тока может выглядеть как двухполюсник, который можно включить вместо любого омического сопротивления

Рисунок 7.4

31 тема ??? 3. Стабилизаторы тока на ОУ

Недостаток схем на биполярных и полевых транзисторах состоит в том, что выходной ток нельзя точно определить так как он зависит от напряжения U_БЭ и U_3И. Для исключения этой зависимости достаточно ввести в схему ОУ.

при ,

где  – коэффициент усиления транзистора по току (h_Э21)

Рисунок 7.5

Рисунок 7.6

при

Рисунок 7.7

3. ОК-тегі тоқ стабилизаторлары

Биполярлы және өрістік транзисторлардағы сызба кемшіліктері шығыс тоғын U_БЭ және U_3И кернеулерден тәуелді болған соң дәл таба алмағандықтан болады. Бұл тәуелділікті жою үшін сызбаға ОК –ні енгізу жеткілікті.

, болғанда

мұндағы В – тоқ бойынша (h_Э21) күшейю коэффициенті

Сурет 7.5

Сурет 7.6

болғанда

Сурет 7.7

32 тема 1. Измерение напряжений

Чтобы измерить напряжение на выходе высокоомного источника сигнала и при этом не внести заметной погрешности, можно использовать для преобразования импеданса электрометрический усилитель. Причем экран соединяют не с корпусом, а с выходом усилителя, как показано на рисунке 8.1. В этом случае влияние емкости уменьшается благодаря дифференциальному усилению операционного усилителя. Емкостные шумы значительно сокращаются

Рисунок 8.1 - Уменьшение емкости экрана и шумов экранирования

посредством привязки потенциала экрана, к измеряемому потенциалу

Измерение разности потенциалов

Измерение разности потенциалов можно в принципе осуществить с помощью вычитателя.

При построении схем в вычислительной технике в качестве источника сигнала применяют, как правило, операционный усилитель с отрицательной обратной связью, обладающий очень малым выходным сопротивлением, поэтому его влиянием можно пренебречь.

В измерительной технике достаточно малое сопротивление источника обеспечивается с помощью повторителя напряжения; Для иллюстрации этого положения обратимся к универсальной схеме дифференциального усилителя (потенциометрического), показанной на рисунке 8.2. При R₁ =  ОУ 1 и ОУ 2 работают как повторители напряжения.

Достоинством схемы является также и то, что, варьируя сопротивление одного резистора, можно регулировать дифференциальный коэффициент усиления. Как следует из рисунке 8.2, разность потенциалов на резисторе R₁ составляет V₂ — V₁. Отсюда

Эта разность с помощью вычитающего усилителя ОУ 3 передается на заземленный выход.

Рисунок 8.2 - Электрометрический вычитатель

Изолированный усилитель

Диапазон управляемого напряжения вычитающего усилителя ограничен напряжением питания. Он может быть расширен до  100 В.

Однако во многих случаях требуется измерить напряжение порядка нескольких киловольт, т.е. значительно превышающее допустимое синфазное напряжение. Для решения этой задачи измерительную схему разбивают, как показано на рисунке 8.3, на две гальванически изолированные части. Передающая часть работает под измеряемым потенциалом, а приемная-под нулевым. Для реализации подобного устройства необходимо, чтобы передающая часть имела отдельный, изолированный от земли источник тока, общая точка которого («плавающая» земля) является одним из дифференциальных входов.

Рисунок 8.3 - Принцип измерения напряжения с помощью гальванически изолированного усилителя

Существуют две возможности передачи результата измерения на электрически изолированную приемную часть: с помощью трансформатора или оптической связи. При передаче с помощью трансформатора необходимо применить модуляцию достаточно высокой несущей частоты (амплитудную или частотную). При оптической связи, напротив, можно непосредственно передавать постоянное напряжение. При высоких требованиях к точности можно преобразовать аналоговый сигнал на передающей части в цифровую форму и передавать числовую величину на приемную часть с помощью оптической связи, как показано на рисунке 8.3. При этом нелинейность оптической связи не играет роли.

Возможность оптической передачи аналогового сигнала иллюстрируется рисунком 8.4.

Изолированные усилители с трансформаторной или оптической связью поступают в продажу в виде готовых модулей. На передающей стороне расположены электрометрический или фазоинверсный усилитель, а также электрометрический вычитатель. Большинство типов модулей содержит встроенный в передающую часть преобразователь постоянного напряжения для незаземленного источника тока, так что снаружи необходимо подключить только заземленный источник тока. Допустимая разность потенциалов между передающей и приемной частями составляет, как правило, несколько киловольт.

Рисунок 8.4 - Оптическая передача аналоговой величины

Тақырып 8. Өлшеуіш сұлбалар: кернеуді, тоқты өлшеу. (1 сағат)

Дәріс жоспары

1. Кернеуді өлшеу

2. Тоқты өлшеу

1. Кернеуді өлшеу

Жоғары омды белгі көзінің шығысындағы кернеуді өлшеуде байқалатын кателік келтірмей өлшеу үшін электромагнитті күшейткішті импедансты түрлендіруге қолдануға болады. Бірақ бұл жағдайда жоғарыомды байланыстың кіріс жолы сыйымдылық жетекшілерге өте сезімтал екенін ескеру керек.

Басқа мәселесі ол – бұл сыйымдылықтың шамасының уақыт бойынша өзгеруі, мысалға, механикалық ауысумен болғанын айтуға болады.

Бұл қиындықтарды болдырмас үшін, яғни экран және ішкі өткізгіш арасындағы потенциялдар айырымын төмендету үшін электромагнитті күшейткішті қолданады, онда экранды корпуспен емес, күшейткіш шығысымен, 8.1 суретінде көрсетілгендей жалғайды. Бұл жағдайда сыйымдылықтың төмендеуі операционды күшейткіштің дифференциялды күшеюіне байланысты болады.

Сурет 8.1 – Экран потенциялының өлшенетін потенциялға түйісу көмегімен экран сыйымдылығының және экрандау шуларының төмендеуі.

Сыйымдылық шулары әлдеқайда қысқарады, себебі өткізгіштер арасындағы потенциялдар тек операционды күшейткіштің кернеуінің орын ауысуымен анықталады.

Потенциялдар айырымын өлшеу

Потенциялдар айырымын өлшеуді оқып білгіш көмегімен жүзеге асыруға болады. Синфазалық құраушыны баяулатуын _N және _Р кедергілер жұбының қатынас дәлдігімен анықтауға болады. Бірақта, бұл қатынасқа белгі көзінің ішкі кедергілері де кіреді. Есептеуіш техникада сызбаларды сызуда әдетте өте аз кедергісі, теріс кері байланысы бар операциялық күшейткішті белгі көзі ретінде қолданады, сондықтан оның әсерін ескермеуге болады.

Өлшеуіш техникада қорек көзінің аз кедергісі кернеу қайталағышы көмегімен қамтамазыздандырылады; Бұл жағдайдың көрінісін алу үшін 8.2 суретте көрсетілген, дифференциялды күшейткіштің (потенциометрлік) әмбебап сызбасына жүгінеміз. R₁ =  болғанда ОК 1 және ОК 2 кернеу қайталағыштары ретінде жұмыс істейді.

Сызбаның жетістігі болып, бір резистордың кедергісін түрлендіріп отырып күшейюдің дифференциялды коэффициентін реттеуге болатындығы болып табылады. 8.2 суретінде келтірілгендей R₁ резисторындағы потенциялдар айырымы V₂ — V₁ –ді құрайды. Бұдан

ОК 3 оқитын күшейткіштің көмегімен бұл айырым жерлестірілген шығысқа беріледі.

Сурет 8.2 – Электрометрлік оқығыш.

Изоляцияланған күшейткіш

Оқылатын күшейткіштің басқарылатын кернеуінің диапазоны қорек көзі кернеуімен шектелген. Ол  100 В-ке дейін ұлғаюы мүмкін.

Бірақта кейбір жағдайларда бірнеше киловольт кернеуін, яғни рұқсат етілген синфазалық кернеуді әлдеқайда асып кететін кернеуді өлшеу талап етіледі. Бұл тапсырманы шешу үшін өлшеуіш сызбаны 8.3 суретте көрсетілгендей екі гальваникалық изоляцияланған бөлікке бөледі. Беру бөлігі өлшенетін потенциял бойынша, ал қабылдағышы нөлдікпен жұмыс істейді. Мұндай құрылғыны жүзеге асыру үшін беру бөлігінің жеке, жерден изоляцияланған, ортақ нүктесі («плавающая» земля) дифференциялдық кірістердің бірі болған тоқ көзі болу керек.

Сурет 8.3 – Галваникалық изоляцияланған күшейткіш көмегімен кернеуді өлшеу принципі.

Электрлік изоляцияланған қабылдағыш бөлікке өлшеу нәтижесін берудің екі мүмкіндігі бар: трансформатор немесе оптикалық байланыс көмегімен. Трансформатор көмегімен тасымалдау кезінде тасымалдайтын жоғары жиіліктің модуляциясын қолдану керек (амплитудалық немесе жиіліктік). Оптикалық байланыста, керісінше, тұрақты кернеуді тасымалдауға болады. Дәлдікке жоғарғы талаптарда, беру бөлігіндегі аналогтық белгіні цифрлық формаға түрлендіруге болады және 8.3 суретте көрсетілгендей, сандық шаманы қабылдағыш бөлікке оптикалық байланыс көмегімен тасымалдауға болады. Бұл жағдайда оптикалық байланыстың сызықты еместігі ешқандай рөл ойнамайды.

Аналогты сигналдың оптикалық тасымалдау мүмкіндігі 8.4 суретімен көрсетілген.

Сурет 8.4 – Аналогтық шаманың оптикалық тасымалдануы

Трансформаторлық немесе оптикалық байланыспен изоляцияланған күшейткіштер сатылуға дайын модульдер түрінде енеді. Беру жағында электрометрикалық немесе фазоинверстік күшейткіш орналасқан, сонымен қатар электрометрикалық оқығыш орналасқан. Модульдердің көптеген типтерінде беру бөлігіне құрылған жерлестірілмеген тоқ көзі үшін тұрақты кернеудің түрлендіргіші бар, сондықтан да сыртынан тек жерлестірілген тоқ көзін қосу. Беру және қабылдау бөліктерінің арасындағы рұқсат етілген потенциялдар айырымы, әдетте бірнеше киловольтті құрайды.

33 тема 2. Измерение тока

Изолированные от земли амперметры с малым падением напряжения

Изолированный от земли амперметр можно реализовать при помощи электрометрического вычитателя, показанного на рисунке 8.2, подключив между его входами токоизмерительный резистор.

Рисунок 8.5 - Незаземленный амперметр с малым падением напряжения

Из-за введения этого резистора теряется малое входное сопротивление усилителя. Однако если, как показано на рисунке 8.5, в цепь отрицательной обратной связи входных усилителей включить измерительный резистор, то падение напряжения на изолированном амперметре будет очень мало. Выходное напряжение при R₁ =R'₁ = R₂= R'₂ будет равно U_a = 2RI.

Благодаря отрицательной обратной связи через резисторы R₂ и R'₂ потенциал V_N устанавливается равным V_e. Разность потенциалов между входами 1 и 2 также равна нулю. На вычитающий усилитель ОУ3 поступает разность V₁ — V₂. Его выходное напряжение составляет

U_a = R₁(1 + R²/ R'₂)I.

Это напряжение пропорционально протекающему току.

2. Тоқты өлшеу

Жерден изоляцияланған кернеуінің түсуі аз амперметрлер

Жерден изоляцияланған амперметрді 8.2 суретінде көрсетілген электрометрлік оқығыш көмегімен, олардың кірістері арасындағы тоқөлшегіш резисторды қосып жүзеге асыруға болады. Бұл резисторды қосу арқылы күшейткіштің кіріс кедергісі жоғалады. Бірақта 8.5. суретте көрсетілгендей, кіріс күшейткіштерінің теріс кері байланысының тізбегіне өлшегіш резисторды қосса, онда изоляцияланған амперметрдегі кернеудің төмендеуі аз болады. R₁ =R'₁ = R₂= R'₂ болғандағы кіріс кернеуі мынаған тең U_a = 2RI.

Теріс кері байланыс үшін R₂ және R'₂ резисторлары V_N потенциалы V_e-ге тең болып қалыптасады. 1 және 2 кірістері арасындағы потенциялдар айырымы дәл солай нөлге тең. Оқығыш күшейткіш ОК 3-ке V₁ — V₂ айырымы түседі . Оның шығыс кернеуі келесіні құрайды.

U_a = R₁(1 + R²/ R'₂)I.

Бұл кернеу өтетін тоққа пропорционал.

Сурет 8.5 – Кернеу түсуі аз жерлестірілмеген амперметр

Жоғарғы потенциялдағы тоқты өлшеу

Қарастырылған сызба қорек көзі кернеуінен аспайтын кенеуде тоқты өлшеуге жарамды. Тоқты жоғарғы потенциялда өлшеу үшін, егер изоляцияланған күшейткішті «жүзіп жүрген» жерге («плавающей» земле) қосса қарапайым сызба жеткілікті. Шығыс кернеу изоляцияланған күшейткіш көмегімен нөлге қатысты анықталады.

Аппаратуралық шығындар әжептәуір қысқаруы мүмкін, егер тоқты өлшегенде кернеудің түсуін 1-ден 2В-ке дейін рұқсат етсек (мысалға, анодты тізбектегі жоғарғывольтті радиолампалар). Бұл жағдайда өлшенген тоқ оптикалық жұбының светодиоды арқылы өтуі мүмкін. Мұндай жағдайда жерден изоляцияланған тоқ көзі керек жоқ. Беріліс сипаттамасының , 8.6 суретіндегідей сызықтылығы үшін қабылдағыш жағында тіректік оптикалық байланысты (жұбын) қолдануға болады. Оның кіріс тоғы I₂ операциялык күшейткіш көмегімен тірек және өлшеу жұбы өзара жойылатындай етіліп құрылады. Егер де екі байланыс та өзара жақсы келіскен болса, онда I₂ = I болады. Бұл тоқ жерлескен резисторда R құрылған кернеу түсуімен өлшенуі мүмкін.

U_a = RI.

Сурет 8.6 – Тоқты өлшеу үшін изоляцияланған қарапайым күшейткіш.