4. Содержание отчета

В отчете необходимо представить :

цель проведения работы, схемы исследуемых компараторов (Зшт), та­блицы с экспериментальными данными и результатами расчета (Зшт), осциллограмму переходного процесса с результатами определения вре­мени t_в, графики статических характеристик (З семейства).

5. Контрольные вопросы

5.1. Область применения однопорогового, регенеративного и двухпороговото компараторов.

5.2. Назначение каждого элемента в схемах компараторов.

5.3. Принцип действия компараторов.

5.4. Вид статической характеристики компараторов.

5.5. Чем определяется величина выходного напряжения?

5.6. От каких факторов зависит зона переключения регенеративного и двухпорогового компараторов?

5.7. От каких факторов зависит точность работы однопорогового компаратора?

5.8. Как оценивается быстродействие компараторов?

5.9. От каких факторов зависит быстродействие однопорогового и двухпорогового компараторов?

5.10. Когда целесообразно применение компараторов на основе ОУ вместо интегрального?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Исследование системы импульсно-фазового управления тиристорами

1. Цель работы

Изучение принципа действия и характеристик системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения.

2. Основные теоретические положения

Система импульсно-фазового управления СИФУ предназначена для преобразования уровня входного напряжения в фазовый угол выходных импульсов. Основное применение СИФУ находит в широко распространенных тиристорных преобразователях для регулирования ско­рости электродвигателей, температуры электронагревателей или дру­гих технологических параметров. Кроме того, СИФУ может использоваться в измерительных устройствах для осуществления широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Схема СИФУ для однофазного тиристорного регулятора (рис. 2.1) содержит генератор пилообразного напряжение (ГПН), устройство синхронизации (УС), компаратор (К), дифференцирующую цепь (ДЦ) и импульсный усилитель мощности (ИУМ), который подключен к управляющему электроду тиристора VD1.

Тиристор VD1 с нагрузочным резистором R_н питается пульсирующим выпрямленным напряжением +Е от мостового выпрямителя (В) (рис.2.2а). Из этого же напряжения с помощью УС формируются короткие импульсы U_с (рис.2.2б), обеспечивающие запуск ГПН синхронно с частотой напряжения питания Е (рис.2.2в). Пилообразное напряжение U_n при помощи К сравнивается с входным сигналом U_вх. В момент их равенства компаратор меняет свое состояние, в результате чего на его выходе образуются прямоугольные импульсы U_к , длительность которых зависит от уровня U_вх (рис.2.2г).

Передний фронт импульсов компаратора U_к преобразуется ДЦ в короткие остроконечные импульсы (рис.2.2д), которые усиливаются с помощью ИУМ и подаются на управляющий электрод тиристора VD1 (рис.2.2е). Фазовый угол  импульсов управления U_у является вы­ходным параметром СИФУ. При изменении входного сигнала U_вх передний фронт импульсов U_к смещается, что вызывает изменение угла . Зависимость =f(U_вх) теоретически прямо пропорциональна (рис. 2.3), так как U_вх и  связаны как стороны подобных треуго­льников (рис.2.2в).

При поступлении управляющих импульсов U_у тиристор VD1 включается и остается открытым до конца периода питающего напряжения Е, после чего закрывается по аноду. В результате этого через нагрузку R_н протекает прерывистый ток и создается напряжение U_н, форма которого в каждый период представляет собой остатки си­нусоиды напряжения питания E(t) (рис.2.2ж).

Рисунок 2.1

Рисунок 2.2

Рисунок 2.3 Рисунок 2.4

Рисунок 2.5

При изменении фазового угла  меняется длительность включенного состояния тиристора и среднее значение напряжения на нагрузке U_н.ср.=U_вых. Зависимость U_вых =f() имеет нелинейный обратный харак­тер (рис.2.4) и определяется выражением:

Форма напряжения на аноде тиристора U_а также представляет собой остатки синусоиды и дополняет форму напряжения на нагрузке U_н в начале периода таким образом, что их сумма соответствует синусоиде напряжения питания Е(t) = U_н (t)+ U_а(t).

При практической реализации СИФУ функциональные элементы могут выполняться по различным схемам. В лабораторное стенде ГПН построен на основе зарядно-разрядной цепи R3- С1, которая коммутируется ключом на транзисторе VТ1(рис.2.5). На базу этого транзистора подается синхронизирующий импульсный сигнал U_с, ко­торый образуется за счет суммирования отрицательного пульсирующего напряжения Е, ограниченного по амплитуде диодом VD1, и по­ложительного напряжения смещения, подаваемого через резистор R2 от источника постоянного напряжения E_к.

Под действием отрицательных импульсов синхронизирующего сигнала U_с транзистор VT1 закрывается и конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R3. При поступлении коротких положительных импульсов U_с транзистор VT1 открывается и С1 быстро разряжается через малое сопротивление открытого транзистора.

Так как напряжение на конденсаторе С1 нарастает по экспоненте, то форма пилообразного напряжения ГПН будет нелинейной. В связи с этим статическая характеристика СИФУ отличается от теоретической (рис.2.3 - кривая 2). Для уменьшения нелинейности характеристики необходимо использовать начальный участок экспоненты, близкий к линейной функции. С этой целью емкость конденсатора С1 выбирают из условия R3С1Т, где Т - период напряжения питания Е.

Каскад на транзисторе VT2 в схеме ГПН (рис. 2.5) является эмиттерным повторителем с большим входным сопротивлением, умень­шающим влияние последующих элементов на работу ГПН.

Для сравнения сигналов U_п и U_вх используется однопороговый компаратор на операционном усилителе, соединенном с дифференцирующей RС-цепью.

В качестве ИУМ применяется транзисторный каскад, включенный по схеме эмиттерного повторителя.

Рабочий диапазон изменения фазового угла , при котором обеспечивается плавное регулирование выходного напряжения U_н меньше теоретического (0) и определяется порогом чувствительности компаратора, длительностью заднего фронта пилообразного на­пряжений U_п, а также влиянием противо-э.д.с. на переключение ти­ристора при индуктивной нагрузке L_н.