Приборостроение полностью

Зачем нужны электронные устройства в ИП (измерительных приборах)? Для самых различных целей: от усиления слабых сигналов датчиков до преобразования или генерирования сигналов самых различных форм и частоты.

При их изготовлении используют электровакуумные лампы и полупроводниковые приборы, такие, как диоды, триоды и прочие. Эти РЭУ (радиоэлектронные устройства) работают в основном в двух режимах:

1) в режиме большого сигнала, когда при изменении электрических параметров в диапазоне их изменения могут оказаться и нелинейные участки ВАХ (вольтамперная характеристика) приборов;

2) в режиме малого сигнала, когда в диапазоне изменения оказываются в основном линейные участки ВАХ.

Усилители. Основным критерием выбора являются классы усиления, а для этого исходят из энергетического баланса (КПД – коэффициент полезного действия), последний характеризуется коэффициентом использования прибора по мощности

где P_kmax– максимальная мощность нагрузки; P_pmax – мощность, рассеиваемая во всех усилительных приборах каскада.

Сами классы усиления характеризуются длительностью протекания тока в выходной цепи. Величину этой длительности называют углом отсечки. Если исходить из качественных характеристик классов усилителей, то они различаются в основном величиной нелинейных искажений. По мере перехода от класса А к классам В, С, D искажения увеличиваются.

Модуляторы служат для преобразования сигналов, независимо от скорости их изменения, в переменные, но такое преобразование требует наличия ряда условий:

1) амплитуда переменного напряжения Ū ~ U_МГH – мгновенное значение напряжения сигнала;

2) частота Ū определяется модулятором, причем она равна частоте напряжения коммутации U_kom;

3) угол сдвига по фазе между Ū на выходе модулятора и U_kom изменяется, если изменить полярность напряжения сигнала.

В зависимости от величины и полярности U_kom, сопротивление в цепи, являющееся ключевым моментом модулятора, изменяется, и модулятор срабатывают. Эту цепь называют синхронным прерывателем. В зависимости от характера усиления по мощности, различают модуляторы пассивные, если происходит только модуляция без усиления мощности, и активные, если происходят оба процесса.

Демодуляторы, как видно из названия, служат для демодуляции (дешифрации) модулированного сигнала. При этом происходит преобразование переменного сигнала в форму, которая не является синусоидальной, поскольку содержит постоянную составляющую: мы ведем речь только о выходном сигнале.

Для работы модулятора без искажения требуется выполнение следующих условий:

1) постоянная составляющая выходного напряжения 

 – среднее выпрямленное напряжение;

2) частоты сигнала и коммутированного напряжения равны;

3) модуль |U_ВЫХ| и знак ±Ū_ВЫХ зависят от угла сдвига фаз между Ū и U_kom

Транзисторные переключающие устройства представляют собой усилители постоянного тока. Для их устойчивой работы и убыстрения переключений существует положительная обратная связь. Кроме того, эта устойчивость зависит от условий насыщения и запирания транзистора. При насыщении транзистора (р-п-р – переход) U_k>U_δ. Наряду с этим

где J_δ,J_k – ток базы и коллектора; R_H,U_H – сопротивление и напряжение нагрузки; В – параметр. При запирании транзистора (р-п-р)

где J_ko – обратный ток коллекторного перехода.

На переходе коллектор-эмиттер для запертого транзистора:

U_кэ.доп = U_кб.доп – U_бэ,

где индекс «доп» – допустимое.

Режим J_δ = 0 является недопустимым, поскольку из-за J_k = (B + 1)J_ko, напряжение U_кэ резко уменьшается и может произойти пробой транзистора.

Сглаживающие фильтры и стабилизаторы напряжения. Фильтры служат:

1) для приведения выпрямленного напряжения в непрерывный вид;

2) для нейтрализации дуг и искр, возникших в цепи при эксплуатации, например, при замыкании (размыкании) контактов;

3) для других целей, по замыслу конструктора. Фильтры, которые служат в источниках питания, характеризуются коэффициентом сглаживания:

где индексы п₁, п₂ указывают на величину пульсаций, соответственно, на входе и выходе.

Чтобы определить коэффициент пульсации, определяют отношение амплитуды I гармоники пульсации к амплитуде постоянного компонента входного напряжения.

Различают фильтры следующих типов: емкостные; индуктивно-емкостные (их называют также П-фильтрами); реостатно-емкостные (Г-фильтры).

Выбор фильтров зависит от замысла разработчика радиоэлектронного узла, а также от типа выпрямителей, которые различают от однополупериодных до мостовых. Если выбрать П-фильтр, то его элементы рассчитывают следующим образом:

где f – частота питающей сети; R_n – сопротивление нагрузки; С – емкость (конденсатор); L_др– индуктивность дросселя в цепи; мкф (микрофарад) и Гн (генри) – единицы измерения для емкости и индуктивности.

К_п1 ≈ (1–0,4) для двухполупериодного выпрямителя.