Разделы сайта

Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора пилообразного напряжения

В простейшем случае, когда не требуется высокая линейность рабочего участка выходного напряжения, применяют заряд или разряд конденсатора через резистор R. После размыкания ключа Кл конденсатор заряжается по закону

u=E (1-e - t/τ), где τ=RC.

Если во время рабочего хода использовать лишь начальный участок экспоненты, т.е. при tраб<<τ, или, другими словами, при Um<<E, можно считать u (t) при 0≤t≤tраб линейно изменяющимся напряжением. Учитывая, что iнач=E/R, а iкон= (E-Um) /R, находим согласно (1) коэффициент нелинейности:

ε=Um/E. (7)

Можно определить ε и по формуле

ε=Um/E=1-e-tраб/τ≈ tраб/τ.

Из (7) следует, что коэффициент нелинейности ε оказывается равным Um/E. Обычно это соотношение называется коэффициентом использования источника питания. При этом для получения достаточно малого значения ε приходится выбирать значение E во много раз большим амплитуды Um т.е. плохо использовать напряжение источника питания. Таким образом, простейшая схема с зарядом или разрядом конденсатора через резистор оказывается пригодной лишь при сравнительно невысокой линейности (примерно 10%).

Принципиальная схема простейшего ГПН с транзисторным ключом и соответствующие временные диаграммы напряжения приведены на (рисунок 3, б, в).

В исходном состоянии, при t<t`, транзистор насыщен и ток базы I1б≈Eн/Rб>Iб. н=Iк. н/β=Eк/βRк. Предполагается, что Rг>>Rвх (Rвх - входное сопротивление открытого транзистора, выходное напряжение u=uк. н≈0).

Формирование рабочего хода происходит в интервале времени tраб, когда транзистор заперт благодаря воздействию отрицательного входного импульса (в действительности, начало рабочего хода оказывается задержанным относительно момента t` на значение t301, обусловленное процессом рассасывания заряда из базы насыщенного транзистора, но обычно t301<<tраб и на временной диаграмме этот интервал не показан). В конце рабочего хода (момент t``) напряжение на выходе (и на коллекторе транзистора) примерно равно Um, причем Um<Uк. доп. Однако при случайном увеличении длительности управляющего импульса или обрыве в цепи конденсатора C возможен пробой транзистора (обычно Eк>>Um); для предотвращения пробоя включается фиксирующий диод Дф; при напряжении u≥Еф (Um<Eф<Uк. доп) отпирается диод и фиксируется коллекторное напряжение на уровне Eф (при u<Еф диод закрыт). Коэффициент нелинейности согласно (7) ε=Um/Eэкв, где из-за наличия сопротивления Rн, учитывающего сопротивление нагрузки и выходное сопротивление закрытого транзистора, Еэкв=ЕкRн/ (Rк+Rн) (влиянием тока Iк.0 пренебрегаем, так как Ек>>RIк.0).

ε= (8)

Рис. 3 Временные диаграммы напряжения

Из (8) видно, что сопротивление нагрузки оказывает существенное влияние на коэффициент нелинейности и в этом заключается еще один недостаток рассматриваемого ГПН. Только Rн>>Rк имеем ε≈Um/Eк.

Обратный ход формируется после прекращения действия входного импульса; при t>t`` транзистор отпирается и, хотя ток базы I1б большой, он работает в активном режиме, так как напряжение на коллекторе благодаря наличию конденсатора не изменяется скачком. Конденсатор разряжается практически постоянным током iСразр=β I1б-iR ≈β I1б, так как iR≈Iк. н< β I1б; длительность обратного хода

tобр≈≈ (9)

Учитывая, что длительность рабочего хода

tобр≈≈≈ (10)

получаем

tобр/tраб=Iк. н/β I1б=1/S, (11)

где S - коэффициент насыщения транзистора.

Для сокращения tобр при заданном tраб можно было бы увеличить коэффициент насыщения S (уменьшить Rб), но это приводит к увеличению длительности задержки выключения транзистора.

Самое читаемое:

Исследование системы управления цифрового исполнительного устройства фирмы Metso
Для улучшения эксплуатационных качеств регулирующих клапанов они оснащаются исполнительными механизмами с позиционером и ручным дублером привода. Позиционеры являются комплектующими изделиями исполнительных механизмов. Они предназначены для управления пневматическими поршневыми или пружинно-мембранными исполнительными механизма ...