гой стабилитрон (в зависимости от полярности вых) открывается и шунтирует резистор 10 кОм, уменьшая коэффициент усиления усилителя и предотвращая тем самым достижение напряжением С/вых уровня ± С/нас Потенциометр 25 кОм позволяет регулировать амплитуду Свых в пределах от 1,5 С/ст :=8 В до ±С/нас. Получаемая в результате синусоида имеет очень малые нелинейные искажения. Чтобы исключить влияние нагрузки на генератор в особо важных случаях, следует подключать к его выходу повторитель напряжения.

Задачи

6.1. В примере 6.1 напряжения насыщения равны ±10 В. Найдите fo.,

и и . .

6.2. Определите период колебаний мультивибратора на рис. 6.1, если Ro.c = 10 кОм, а С=0,01 мкФ.

6.3. Определите частоту колебаний в задаче 6.2.

6.4. Каков должен быть отрицательный перепад Ех на рис. 6.4, а, чтобы переключить ждущий мультивибратор в режим отсчета времени (выдержки)?

6.5. Какие еще названия ждущего мультивибратора Вы знаете?

6.6. На рис. 6.4 i?o.c=10 кОм, С=0,1 мкФ. Вычислите длительность импульса на выходе схемы.

6.7. Если на рис. 6.4 изменить полярность включения Д1 на обратную, то как это повлияет на работу схемы?

6.8. Выч1!слите, чему равно напряжение на конденсаторе на рис. 6.5, а через 10 с после замыкания ключа.

6.9. На схеме рис. 6.7, с резистор Rx заменен на 10 МОм, а конденсатор С - на 10 мкФ. С какой скоростью (в В/с) будет падать t/вых?

6.10. В примере 6.7 значение t/on изменено на 5 В. Сколько времени пройдет до вхождения ОУ в насыщение?

6.11. В примере 6.8 напряжения насыщения равны ±10 В. Найдите новые значения t/n.B, t/n.H и t/pBCT.

6.12. Напряжения насыщения в примере 6.9 изменены до ±10 В. Чему равна новая частота генерации.

6.13. На рис. 6.11,а /?dx=1i1 МОм, С=Л мкФ. Чему равна частота колебаний, если ключ на короткий промежуток времени замыкается при fc=5 В?

6.14. Если Евх на рис. 6.12,а уменьшить в 2 раза (до 0,5 В), то чему будет равна новая частота генерации?

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

и УСИЛИТЕЛИ мощности

7.0. Введение

Для работы большинства электронных устройств необходимы источники питания постоянного тока. В маломощных или портативных устройствах используются батареи, однако время их работы ограничено и батареи нужно заменять (а аккумуляторы заряжать). Наиболее доступным источником питания является силовая сеть переменного напряжения 110 В, 60 Гц>. Схема, которая преобразует неременное напряжение в постоянное, называется источником питания постоянного тока.

Самый экономичный источник питания постоянного тока - выпрямитель. К сожалению, на выходе этой схемы на постоянное напряжение наложена значительная пульсация, иоэтому схема выпрямителя не дает действительно постоянного напряжения. Другое, столь же нежелательное свойство этой схемы источника - уменьшение постоянной составляющей выходного напряжения при увеличении тока, отбираемого от источника. Поскольку в выпрямителе постоянное напряжение не стабилизировано (т. е. изменяется при изменении тока нагрузки), источник питания такого типа называется нестабилизированным (в разд. 7.1 и 7.2 даются основные понятия о такого рода источнике). Прежде чем мы сможем за счет введения стабилизации свести к минимуму или устранить нежелательные свойства, присущие нестабилизированным источникам, необходимо с этими свойствами ознакомиться.

Схема, которая эффективно устраняет (компенсирует) колебания напряжения питания при изменении тока нагрузки, называется стабилизатором напряжения. Обычно эта схема также полностью уничтожает пульсации входного напряжения. В результате подключения стабилизатора напряжения к схеме .выпрямителя мы получаем стабилизированный источник питания.

Стабилизаторы напряжения с очень хорошими характеристиками нетрудно создать, используя ОУ. Операционный усилитель может дать даже больше чем простую стабилизацию: сего помощью-.ier,Ko реализуются дополнительные функции, например защита-стабилизированного источника питания от короткого замыкания

> В СССР частота сети равна 50 Гц, а напряжение сети составляет 220 ii.iH 127 В.-Прим. ред.

на выходе. Путем некоторых незначительных изменений при весьма небольших затратах стабилизатор можно превратить в усилитель мошности, способный соперничать по своим параметрам с высококачественными усилителями низкой частоты.

7.1. Введение в нестабилизированный источник питания

7.1.1. Силовой трансформатор. Трансформатор необходим для понижения переменного напряжения сети ПО В до уровня, требуемого для работы транзисторов, ИМС и других электронных устройств. Напряжения на обмотках трансформатора даются в эффективных (действующих) значениях. Показанный на рис. 7.1 трансформатор обозначается в документации как понижающий со ПО на 24 В со средней точкой; при подаче на первичную обмотку этого трансформатора ПО В (эфф.) на вторичной обмотке его

нов (эдоф.

ZM4B

-оС7

12xf4B

тВ(здхр.) ГЮЦ4В

Рис. 7.1. Силовой трансформатор. Амплитуды напряжений для положительного (с) и отрицательного (б) полупериодов.

> Так называемыми усилителями с высокой верностью воспроизведения хай-фи-усилители). - Прим. перев.

2 См. примечанпе на предыдущей странице. - Прим. ред.

flO/2B

fW ВСэсрср.) 60 Гц

Выпрямленное а отфил1>тро6о ое опряом:ение

Рис. 7.2. Нестабилизированный источник питания.

а - трансформатор и мостовой выпрямитель; б - мостовой выпрямитель н конденсатор

фильтра.

между зажимами У и 2 выделяется напряжение 24 В (эфф.). Третий провод, идущий от середины вторичной обмотки, называется средней точкой (СТ). Напряжение между зажимами СТ и У или СТ и 2 равно 12 В (эфф.).

На этом же рисунке показаны синусоидальные напряжения, которые можно увидеть на экране осциллографа. Максимальное мгновенное значение макс связано с эффективным значением эфф соотношением >

эфф-

(7.1)

На рис. 7.1, а полярность напряжений дана для положительного полупериода входного напряжения; для отрицательного полупериода полярность показана на рис. 7.1,6.

I) Точнее £ акс=1/2£эфф. - Прим. ред.

к MOcmoBoMi Выпрямителю (рис. 7.2)

24 20

- Ц,

пост, х.х

при полтй /foept/j/fe

AV (измеряется по осцилмогра(р1)

1пост.п.н24В (измеряется ipoJib/ninempoM постоянного тока)

16.6.

Рис. 7.3. Подключение нагрузки к источнику питания по рис. 7.2 (о) и изменение иапряження на выходе источника питания при таком подключении (б).

получение почти неизменного напряжения постоянного тока Uh. В качестве фильтрующего конденсатора обычно используют электролитический конденсатор большой емкости (500 мкФ и более).

7.1.4. Нагрузка. На выходе схемы рис. 7.2,6 включен только конденсатор фильтра. Про такой нестабилизированный источник питания говорят, что он не имеет нагрузки. Это означает, что на выходе источника протекает ток холостого хода. Обычно максимально ожидаемый ток нагрузки или ток полной нагрузки, который должен отдавать источник питания, известен. Эта нагрузка моделируется резистором Rh (рис. 7.3,а). Как указывалось во введении к главе, напряжение на нагрузке в нестабилизированном источнике при изменении тока нагрузки изменяется. Ниже рассматривается, как это происходит.

7.2. Определение коэффициента стабилизации и величины пульсаций

7.2.1. Вариации напряжения на нагрузке при изменении тока нагрузки. Вольтметр постоянного тока, подключенный к выходным зажимам схемы рис. 7.2,6, измеряет нарцряжение холостого хода

и -Е

Из примера 7.1 следует, что LnocT.x.x = 34 В. Осциллограф покажет то же самое напряжение без пульсаций (рис. 7.3,6). Подключим теперь нагрузку Rh (рис. 7.3,а), отбирающую от источника максимальный ток /н=1 А. На экране осциллографа мы увидим при этом, что среднее значение напряжения на нагрузке Uh (или постоянное напряжение С/пост) при этом уменьшается. Кроме того, напряжение имеет пульсирующую составляющую AU, наложенную на это постоянное значение. Среднее значение, измеренное вольтметром постоянного тока, составит 24 В. Двойная амплитуда напряжения пульсаций AU равна 5 В.

Из рис. 7.3,6 следуют два вывода. Во-первых, постоянное напряжение нагрузки падает при увеличении тока нагрузки; насколько-сильно оно падает, можно определить очень просто, воспользовавшись способом, описанным в разд. 7.2.2. Во-вторых, напряжение пульсаций увеличивается от О В на холостом ходу до большого значения (при токе полной нагрузки). Фактически оно пропорционально току нагрузки. Величину пульсаций можно оценить, способом, изложенным в разд. 7.2.3.

7.2.2. Характеристика стабилизации. В схеме нестабилизированного источника питания (рис. 7.4, а) сопротивление нагрузки Rh. можно изменять, записывая соответствующие значения тока и напряжения нагрузки. Приборы постоянного тока реагируют толь-

Пример 7.1. Найти £ыакс между зажимами 1 и 2 ка рис. 7.1. Решение. Из уравиеиия (7.1) имеем £ акс= 1,4-24 В 34 В.

7.1.2. Выпрямительные диоды. Четыре диода иа рис. 7.2, а образуют структуру в виде ромба, называемую двухполупериодным .мостовым выпрямителем. Этот выпрямитель включен между зажимами 1 и 2 трансформатора, изображенного на рис. 7.1. При положительном напряжении на зажиме / относительно зажима 2 проводят диоды Дг и Дг. При обратной полярности напряжения между зажимами 1 и 2 проводят диоды Дз и Д4. В результате между выходными зажимами моста выделяется пульсирующее напряжение.

7.1.3. Конденсатор фильтра. Пульсирующее напряжение на рис. 7.2, а, хотя и содержит постоянную составляющую, не является постоянным, поэтому мы подключим к выходным зажимам мостового выпрямителя фильтрующий конденсатор, как показано на рис. 7.2, б. Этот конденсатор сглаживает пульсации и обеспечивает