|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Розрахунок нелінійних кіл. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору Лінійними ланцюгами називаються такі властивості яких не залежать від прикладеної напруги або струму. Лінійним елементом виявляється резистор (доки струм не надто великий і резистор не перегрівається і не згоряє), конденсатор (поки напруга на ньому нижче напруги пробою) і багато інших. Досі ми тільки з такими мали справу. Однак у ряді випадків властивості елементів змінюються в залежності від напруги на них або струму. Такі елементи та ланцюги, до яких вони включені, називають нелінійними. Типовими та найпоширенішими нелінійними елементами є напівпровідникові прилади (діоди, транзистори), газорозрядні прилади, вакуумні радіолампи. Бувають нелінійні резистори (варистори) та нелінійні ємності (варикапи). Котушка індуктивності з магнітним сердечником у тому чи іншою мірою завжди нелінійна. Залежно від призначення елемента намагаються або зменшити нелінійність (наприклад, у підсилювачах), або, навпаки, якомога сильніше підкреслити її (у детекторах і випрямлячах, у стабілізаторах напруги та струму). Розглянемо спочатку поведінку напівпровідникових нелінійних елементів постійному струмі, рухаючись від простого до складного. Навіть вольт-амперну характеристику звичайного діода лише приблизно вдається описати аналітично (за допомогою формули). Її можна задати у вигляді таблиці, яка зв'язує струм через елемент з напругою на його висновках, але найкраще це зробити графічно. Не дарма ж у довідниках наводяться характеристики діодів та транзисторів у вигляді графіків! На рис. 18 показана вольт-амперна характеристика залежності струму i через абстрактний діод залежно від напруги на його висновках U. При зворотному напрузі на діоді (лівіше точки 0 на графіці) струм через діод дуже малий (зворотний струм). При прямій напрузі нижче деякого порогового Uпop струм теж невеликий, але ситуація змінюється при U>Uпop. Тепер струм різко зростає і крива йде круто догори. Порогова напруга залежить від речовини напівпровідника. Для германієвих діодів воно становить приблизно 0,15, для кремнієвих - 0,5 В.
Крутизна нахилу вольт-амперної характеристики у кожній точці визначає диференціальний опір діода. Його легко визначити, задавши деяке збільшення напруги Д11, і знайшовши відповідне збільшення струму Δi1; Вдіфф = U1/Δi1. У лівій частині графіка воно велике, а в правій мало - там такому ж збільшенню напруги U2 = U1 відповідає значно більше збільшення струму i2. Сильна залежність Вдіфф від напруги чи струму через діод широко використовують у радіотехніці. Розрахуємо, наприклад, найпростіший стабілізатор напруги (рис. 19), що містить напівпровідниковий діод VD1 і струмообмежуючий резистор R1. Цілком очевидно, що сума падінь напруги на резисторі та на діоді дорівнює вхідній напрузі Uвх. Назвемо падіння на діоді напругою стабілізації Uст. Тоді Uст = Uвх - iR1. Але струм у ланцюзі залежить від Uст тому вирішити це рівняння аналітично не вдається, зате це легко зробити графічно.
Відкладемо на горизонтальній осі Uвх і проведемо навантажувальну характеристику, що відповідає обраному резистори R1 (пряма лінія на рис. 18). Нагадаємо, що вона проводиться через дві точки на осях: Uвх та iK3 = Uвх/R1. Лише в одній точці струми через діод і резистор збігаються - в точці перетину характеристики діода з прямою навантажувальною - інші режими в ланцюгу неможливі. Точка перетину і дає шукане Uст. Графічно можна простежити, наскільки змінюється Uст за зміни Uвх чи опору резистора R1. Насправді звичайні діоди для стабілізації напруги використовують рідко, лише коли потрібно отримати малі напруги. Широко ж застосовуються стабілітрони, що випускаються на різні напруги. Це теж діоди, але що працюють на зворотній галузі характеристики. При певному напрузі в них настає оборотний лавинний пробій і струм різко збільшується. Схема включення стабілітрону замість діода показана на рис. 19 штриховими лініями. Оскільки характеристика стабілітрону в області Uст дуже крута і Uст майже не залежить від струму, розрахунок ланцюга спрощується: задавшись струмом через стабілітрон i, знаходимо R1 = (Uвх-Uст)/i. Якщо паралельно стабілітрон підключено навантаження, що споживає деякий струм iH, то i = iст + iH, де iст - струм через стабілітрон. Слід зазначити, що стабілізація виходить краще, що більше струм стабилитрона проти струмом навантаження. Як інший приклад розрахуємо режим простого транзисторного підсилювального каскаду (рис. 20).
Кремнієвий транзистор, наприклад, серії КТ315, відкривається при напрузі на базі близько 0,5 В, проте подавати таке зміщення від джерела напруги (джерела з малим внутрішнім опором) в жодному разі не можна, оскільки найменша зміна напруги зміщення призведе до великої зміни струму через транзистор. Доцільно подати струм зміщення через резистор з великим опором R1, але не від джерела живлення (як іноді неправильно роблять), а для стабілізації режиму колектора транзистора. Напруга на колекторі доцільно встановити рівним половині напруги живлення: UK = Uпит/2. Це забезпечить хорошу лінійність підсилювача та симетричне обмеження сильних сигналів. Задамо струм колектора транзистора (з розумних міркувань - для малопотужних каскадів від часток до кількох міліампер) і знайдемо R2 = Uпит/2iK. Таким самим буде і вихідний опір каскаду. Тепер із довідника візьмемо коефіцієнт передачі струму транзистора h21Е і знайдемо струм бази iб = iK/h21Е- Залишилося знайти опір резистора зміщення R1 = Uпіт/2iб. Легко помітити, що R1 = R2 · h21Е. Розрахунок закінчено, однак, якщо h21Е транзистора сильно відрізняється від значення, взятого з довідкових даних, може виявитися необхідним підбір резистора R1 до UK = Uпит/2. Стисло зупинимося на поведінці нелінійних ланцюгів при дії змінного струму, і як приклад розглянемо роботу симетричного обмежувача, виконаного на двох кремнієвих діодах, включених зустрічно-паралельно (рис. 21).
Якщо вхідна напруга Uвx набагато більша за Uпор, струм у ланцюгу визначається тільки вхідною напругою і опором резистора R1: i = Uвx/R1. Вольт-амперна характеристика діодів відобразиться симетричною кривою, показаною на рис. 22. Побудувавши зліва графік струму (у прикладі - синусоїда), нескладно побудувати по точках і графік напруги на діодах (крива знизу). Бачимо, що вийшла форма напруги, близька до прямокутної, з амплітудою близько 0,5 Ст.
Аналогічним чином можна знайти і форму струму чи напруги у будь-яких інших ланцюгах з нелінійними характеристиками. Зазначимо одну важливу обставину. Якщо в лінійних ланцюгах при синусоїдальній дії з певною частотою f ніяких сигналів з іншими частотами не виникає, то в нелінійних ланцюгах все інакше. У нашому прикладі на обмежувач подавалася синусоїдальна напруга однієї частоти f, а вихідна напруга містить цілий спектр частот, в даному випадку f, 3f, 5f і т. д. Кратні частоти називаються гармоніками. Якщо відключити один із діодів, обмеженими виявляться лише напівхвилі однієї полярності, при цьому з'являться і парні гармоніки. Ще складніше картина, якщо на нелінійний ланцюг надходить сума коливань з різними частотами f1 і f2 - тоді з'являться комбінаційні частоти f1 + f2, f1 - f2 та інші, в загальному випадку mf1 ± nf/2, де min - цілі числа. Оскільки амплітуда цих продуктів нелінійних спотворень прямо пов'язана з коефіцієнтом нелінійності, з'являється можливість оцінити останній, наприклад, підсилювачів звукової частоти, подаючи на вхід двотоновий сигнал і вимірюючи амплітуду побічних компонент на виході підсилювача. Питання для самоперевірки. Побудуйте вольт-амперну характеристику звичайної лампочки розжарювання, враховуючи, що опір нитки прямо пропорційно до абсолютної температури (нормальна кімнатна температура - 300°К, температура нитки при повному розжаренні - 3000°К). Зрозуміло, нам не під силу суворо вирішити термодинамічну задачу про залежність температури нитки лампи від напруги, що підводиться, струму або потужності, оскільки це вимагатиме вирішення диференціальних рівнянь. Однак наближений графік вольт-амперної характеристики (ВАХ) лампи ми побудувати можемо виходячи з наступного: при нульовому напрузі струму немає, температура нитки - 300 К і її опір дорівнює Ro. Це диференціальний опір у нульовій точці ВАХ, що визначає нахил кривої: α0~ΔI/ΔU=1/R0. Координати кінцевої точки ВАХ позначимо як Uном та Iном. Це номінальна напруга та струм лампи. Диференціальний опір у цій точці в 10 разів більше (оскільки температура – 3000 К). Відповідно α1 буде менше: α~ 1/10Ro Залишилося, маючи дві точки ВАХ та два напрями кривої у цих точках, з'єднати їх плавною лінією (рис. 62).
Як бачимо, звичайна лампа розжарювання має властивості стабілізатора струму - бареттера, оскільки при значних змінах напруги на лампі (особливо поблизу UHOM) струм через лампу змінюється мало. Автор: В.Поляков, м.Москва
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Медичні протези від Lamborghini ▪ Подібність осіб збільшує довіру між людьми однієї статі ▪ Монітор з природним підсвічуванням
▪ Розділ сайту Електромонтажні роботи. Добірка статей ▪ стаття Сьогодні я – геній. Крилатий вислів ▪ стаття Як було відкрито скло? Детальна відповідь ▪ стаття Жостер Пурша. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Термодатчики. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Загадкові хустки. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page