|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Obliczanie obwodów nieliniowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Początkujący amator radiowy Obwody liniowe to takie, których właściwości nie zależą od przyłożonego napięcia lub prądu. Element liniowy to rezystor (o ile prąd nie jest zbyt duży, a rezystor nie przegrzewa się i nie przepala), kondensator (o ile napięcie na nim jest poniżej napięcia przebicia) i wiele innych. Do tej pory zajmowaliśmy się tylko takimi. Jednak w niektórych przypadkach właściwości elementów zmieniają się w zależności od napięcia na nich lub prądu. Takie elementy i obwody, w których są zawarte, nazywane są nieliniowymi. Typowymi i najczęściej spotykanymi elementami nieliniowymi są przyrządy półprzewodnikowe (diody, tranzystory), przyrządy wyładowcze i lampy próżniowe. Istnieją nieliniowe rezystory (warystory) i nieliniowe pojemności (warykapy). Cewka indukcyjna z rdzeniem magnetycznym jest zawsze do pewnego stopnia nieliniowa. W zależności od przeznaczenia elementu starają się albo zmniejszyć nieliniowość (na przykład we wzmacniaczach), albo odwrotnie, maksymalnie ją podkreślić (w detektorach i prostownikach, w stabilizatorach napięcia i prądu). Rozważ najpierw zachowanie nieliniowych elementów półprzewodnikowych przy prądzie stałym, przechodząc od prostych do złożonych. Nawet charakterystykę prądowo-napięciową konwencjonalnej diody można opisać jedynie w przybliżeniu analitycznie (za pomocą wzoru). Można to ustawić w formie tabeli odnoszącej prąd płynący przez element do napięcia na jego zaciskach, ale najlepiej zrobić to graficznie. Nie bez powodu charakterystyki diod i tranzystorów są podawane w podręcznikach w formie wykresów! na ryc. 18 pokazuje charakterystykę prądowo-napięciową prądu i przez pewną abstrakcyjną diodę w zależności od napięcia na jej zaciskach U. Przy napięciu wstecznym na diodzie (na lewo od punktu 0 na wykresie) prąd płynący przez diodę jest bardzo mały ( prąd wsteczny). Przy napięciu przewodzenia poniżej pewnego progu Upop, prąd jest również mały, ale sytuacja zmienia się, gdy U>Upor. Teraz prąd gwałtownie rośnie, a krzywa idzie stromo w górę. Napięcie progowe zależy od substancji półprzewodnika. Dla diod germanowych jest to około 0,15 V, dla krzemu - 0,5 V.
Nachylenie charakterystyki prądowo-napięciowej w każdym punkcie określa rezystancję różnicową diody. Łatwo to określić, ustawiając pewien przyrost napięcia D11 i znajdując odpowiedni przyrost prądu Δi1; Vdiff = ΔU1/Δi1. Po lewej stronie wykresu jest duży, a po prawej mały – tam taki sam przyrost napięcia ΔU2 = ΔU1 odpowiada znacznie większemu przyrostowi prądu Δi2. Silna zależność Vdiff od napięcia lub prądu płynącego przez diodę jest szeroko stosowana w inżynierii radiowej. Obliczmy na przykład najprostszy stabilizator napięcia (ryc. 19), zawierający diodę półprzewodnikową VD1 i rezystor ograniczający prąd R1. Jest całkiem oczywiste, że suma spadków napięć na rezystorze i na diodzie jest równa napięciu wejściowemu Uin. Nazwijmy spadek napięcia stabilizacji diody Ust. Wtedy Ust = Uin - iR1. Ale prąd w obwodzie zależy od Ust, dlatego nie można rozwiązać tego równania analitycznie, ale łatwo to zrobić graficznie.
Narysujmy Uin na osi poziomej i narysujmy charakterystykę obciążenia odpowiadającą wybranemu rezystorowi R1 (linia prosta na ryc. 18). Przypomnijmy, że jest ona poprowadzona przez dwa punkty na osiach: Uin oraz iK3 = Uin/R1. Tylko w jednym punkcie prądy płynące przez diodę i rezystor pokrywają się - w punkcie przecięcia charakterystyki diody z linią obciążenia - inne tryby w obwodzie są niemożliwe. Punkt przecięcia i daje żądaną Ust. Graficznie możesz zobaczyć, jak zmienia się Ust, gdy zmienia się Uin lub rezystancja rezystora R1. W praktyce konwencjonalne diody stabilizujące napięcie są rzadko stosowane, tylko wtedy, gdy wymagane są niskie napięcia. Diody Zenera są szeroko stosowane, produkowane dla szerokiej gamy napięć. To też diody, ale pracujące na odwrotnej gałęzi charakterystyki. Przy pewnym napięciu następuje w nich odwracalna awaria lawinowa, a prąd gwałtownie wzrasta. Obwód włączania diody Zenera zamiast diody pokazano na ryc. 19 linii przerywanych. Ponieważ charakterystyka diody Zenera w regionie Ust jest bardzo stroma, a Ust jest prawie niezależny od prądu, obliczenia obwodu są uproszczone: biorąc pod uwagę prąd płynący przez diodę Zenera i, znajdujemy R1 = (Uin-Ust) / I. Jeżeli obciążenie jest podłączone równolegle do diody Zenera, zużywając pewien prąd iH, to i = ist + iH, gdzie ist jest prądem płynącym przez diodę Zenera. Należy zauważyć, że stabilizacja jest tym lepsza, im większy jest prąd diody Zenera w stosunku do prądu obciążenia. Jako inny przykład obliczmy tryb prostego stopnia wzmacniającego tranzystora (ryc. 20).
Tranzystor krzemowy, na przykład serii KT315, otwiera się przy napięciu bazy około 0,5 V, jednak niemożliwe jest zastosowanie takiego odchylenia ze źródła napięciowego (źródła o niskiej rezystancji wewnętrznej), ponieważ najmniejsza zmiana napięcie polaryzacji doprowadzi do dużej zmiany prądu przez tranzystor. Wskazane jest dostarczanie prądu polaryzacji przez rezystor o dużej rezystancji R1, ale nie ze źródła zasilania (co czasami jest robione niepoprawnie), ale w celu ustabilizowania trybu z kolektora tranzystorowego. Wskazane jest ustawienie napięcia na kolektorze równego połowie napięcia zasilania: UK = Upit/2. Zapewni to dobrą liniowość wzmacniacza i symetryczne obcinanie silnych sygnałów. Ustawiamy prąd kolektora tranzystora (z uzasadnionych powodów - dla kaskad małej mocy od ułamków do kilku miliamperów) i znajdujemy R2 = Upit / 2iK. Impedancja wyjściowa kaskady będzie taka sama. Teraz bierzemy współczynnik przenoszenia prądu tranzystora h21E z książki referencyjnej i znajdujemy prąd bazowy ib = iK / h21E- Pozostaje znaleźć rezystancję rezystora polaryzacji R1 = Upit / 2ib. Łatwo zauważyć, że R1 = R2 h21E. Obliczenia są zakończone, jednak jeśli h21E tranzystora bardzo różni się od wartości wziętej z danych odniesienia, może być konieczne dobranie rezystora R1, aż do uzyskania UK = Upit / 2. Zatrzymajmy się krótko nad zachowaniem obwodów nieliniowych pod wpływem prądu przemiennego i jako przykład rozważmy działanie symetrycznego ogranicznika wykonanego na dwóch diodach krzemowych połączonych antyrównolegle (ryc. 21).
Jeżeli napięcie wejściowe Uvx jest znacznie większe niż Uthr, prąd w obwodzie zależy tylko od napięcia wejściowego i rezystancji rezystora R1: i = Uvx / R1. Charakterystyka prądowo-napięciowa diod zostanie przedstawiona jako symetryczna krzywa, pokazana na ryc. 22. Po zbudowaniu wykresu prądu po lewej stronie (na przykładzie sinusoidy) łatwo jest wykreślić punkt po punkcie wykres napięcia na diodach (krzywa poniżej). Widzimy, że wynikowy kształt napięcia jest zbliżony do prostokąta, z amplitudą około 0,5 V.
Podobnie można znaleźć postać prądu lub napięcia w dowolnych innych obwodach o nieliniowej charakterystyce. Zwracamy uwagę na jedną ważną okoliczność. Jeśli w obwodach liniowych o działaniu sinusoidalnym o określonej częstotliwości f nie powstają sygnały o innych częstotliwościach, to w obwodach nieliniowych wszystko jest inne. W naszym przykładzie do ogranicznika przyłożono napięcie sinusoidalne o jednej częstotliwości f, a napięcie wyjściowe zawiera już całe spektrum częstotliwości, w tym przypadku f, 3f, 5f itd. Wiele częstotliwości nazywamy harmonicznymi. Jeśli jedna z diod zostanie wyłączona, ograniczone zostaną tylko półfale o jednej polaryzacji, a nawet pojawią się harmoniczne. Obraz jest jeszcze bardziej skomplikowany, jeśli suma oscylacji o różnych częstotliwościach f1 i f2 wejdzie w obwód nieliniowy - wtedy pojawią się kombinacje częstotliwości f1 + f2, f1 - f2 i inne, w ogólnym przypadku mf1 ± nf / 2, gdzie min są liczbami całkowitymi. Ponieważ amplituda tych nieliniowych produktów zniekształceń jest bezpośrednio związana ze współczynnikiem nieliniowości, możliwe staje się oszacowanie tego ostatniego, na przykład we wzmacniaczach częstotliwości audio, poprzez zastosowanie dwutonowego sygnału na wejściu i pomiar amplituda składowych bocznych na wyjściu wzmacniacza. Pytanie do autotestu. Sporządzić wykres charakterystyki prądowo-napięciowej zwykłej żarówki, biorąc pod uwagę, że rezystancja żarnika jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej (normalna temperatura pokojowa wynosi 300°K, temperatura żarnika przy pełnym nagrzaniu wynosi 3000°K). Oczywiście nie możemy ściśle rozwiązać problemu termodynamicznego zależności temperatury żarnika lampy od przyłożonego napięcia, prądu lub mocy, ponieważ będzie to wymagało rozwiązania równań różniczkowych. Możemy jednak zbudować przybliżony wykres charakterystyki prądowo-napięciowej (CVC) lampy na podstawie: przy zerowym napięciu nie ma prądu, temperatura żarnika wynosi 300 K, a jego rezystancja Ro. Jest to rezystancja różnicowa w punkcie zerowym VAC, która określa nachylenie krzywej: α0~ΔI/ΔU=1/R0. Oznaczamy współrzędne punktu końcowego CVC jako Unom i Inom. Są to nominalne napięcie i prąd lampy. Opór różnicowy w tym punkcie jest 10 razy większy (ponieważ temperatura wynosi 3000 K). Odpowiednio α1 będzie mniejsze: α~ 1/10Ro. Co pozostaje, mając dwa punkty CVC i dwa kierunki krzywej w tych punktach, połącz je gładką linią (ryc. 62).
Jak widać, zwykła żarówka ma właściwości stabilizatora prądu - barteru, ponieważ przy znacznych zmianach napięcia na lampie (szczególnie w pobliżu UHOM) prąd płynący przez lampę niewiele się zmienia. Autor: V.Polyakov, Moskwa
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Przyjazny dla środowiska smar na bazie oleju roślinnego ▪ Jaszczurka robota podróżuje przez piasek ▪ Połączenie dwóch teorii czasu ▪ Najbardziej odległy obiekt w Układzie Słonecznym
▪ sekcja serwisu Biografie wielkich naukowców. Wybór artykułu ▪ artykuł Jerome Stridonsky'ego. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Gejzer w domu. Laboratorium naukowe dla dzieci ▪ artykuł Lakier do cyny. Proste przepisy i porady
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony