Положительные полуволны

Режим В. Режим В характеризуется тем, что рабочую точку П выбирают в начале переходной характеристики транзистора ( 5.19). Эта точка называется точкой отсечки. В режиме В переменные составляющие тока и напряжения транзистора возникают лишь в положительные полупериоды входного напряжения. Выходное напряжение усилительного каскада при синусоидальном: входном напряжении имеет форму полусинусоиды, т. е. нелинейные искажения очень большие. Поэтому режим В используют, как правило,, только в двухтактных усилителях мощности.

Параметрические стабилизаторы переменного напряжения могут быть построены на стабилитронах. Для этой цели используют схему с двумя стабилитронами, включенными параллельно, но в противоположной полярности. В положительные полупериоды ток проводит один из стабилитронов, а в отрицательные — другой. Напряжение на выходе схем ограничивается рабочим напряжением стабилитронов. Схема очень проста, но в связи с вносимыми искажениями формы синусоидального напряжения на практике применяется редко.

Таким образом, при подведении переменного напряжения к диоду ток через него протекает только в положительные полупериоды напряжения между полупроводником с недостатком подвижных электронов и полупроводником с их избытком. При этом направление тока принимается от положительно к отрицательно заряженному электроду, т. е. навстречу направлению движения электронов (что эквивалентно направлению движения положительных зарядов).

лом. Таким источником может быть трансформатор, подключенный к приемной антенне, резонансный усилитель и т. п. Вследствие вентильного действия диода через него протекает в положительные полупериоды ток i, имеющий форму импульсов, величина которых пропорциональна амплитуде АМ-сигнала ( 3.42, в). Этот ток заряжает емкость С, которая в паузах между импульсами тока (при закрытом диоде) разряжается через сопротивление R. Однако разряд емкости получается незначительным, поскольку сопротивление R велико, а импульсы повторяются с высокой частотой. Поэтому емкость, не успевая существенно разрядиться, подзаряжается каждым последующим импульсом до соответствующего напряжения и. В результате это напряжение и растет или уменьшается вслед за изменением амплитуды импульсов тока, т. е. изменяется по закону модуляции АМ-сигнала ( 3.42, г).

Недостатком однотактных схем выпрямителей является плохое использование трансформаторов, у которых ток во вторичной обмотке протекает только в положительные полупериоды напряжения (в однофазных выпрямителях) и в течение одной трети каждого периода (в трехфазных выпрямителях).

В первом случае имеет место каскадное включение выпрямителя и инвертора, преобразующего выпрямленный ток в переменный ток заданной частоты. Недостатком такой схемы является наличие паузы между положительными и отрицательными импульсами тока низкой частоты, снижающей действующее значение сварочного тока. Коммутация тока в схеме производится двумя последовательно включенными игнитронами, что приводит к снижению ее к. п. д. Схема очень сложна: она имеет десять игнитронов и требует вспомогательного трехфазного трансформатора для питания анодных цепей выпрямителя. Поэтому более широкое распространение получила схема с непосредственным преобразованием частоты и числа фаз ( 14.6, а), которую можно представить как комбинацию поочередно действующих в противоположных направлениях выпрямителей. При этом положительные полупериоды тока пониженной частоты создаются одним выпрямителем, а отрицательные полупериоды — другим. Группа игнитронов +А, +В, -\-С пропускает положительную полуволну тока, группа игнитронов —А, —В, —С — отрицательную полуволну тока.

проходит только в положительные полупериоды напряжения «2 и, следовательно, имеет импульсную форму. Постоянная составляющая этого тока /0 определяет средним значением тока /2, проходящего через нагрузку /?„ за полупериод.

а) разряд между анодом и катодом существует только в положительные полупериоды питающего напряжения. Гашение разряда происходит поэтому автоматически при нулевом анодном напряжении. Это обеспечивает возможность иметь быструю сменность светящихся площадок при визуальном экране п нужное чередование цифр и знаков на экране;

увеличивается, в результате чего увеличивается ток базы и коллекторный ток и рабочая точка плавно перемещается из положения А и А' соответственно в положение С и С'. В положительные полупериоды напряжение сигнала, складываясь с отрицательным напряжением смещения, снижает напряжение смещения базы, поэтому токи базы и коллектора уменьшаются, а рабочая точка плавно перемещается в положение В и В'. На выходной характеристике соответственно С" и В". Токи ('Б и i'K изменяются в фазе с изменениями мгновенного значения суммарного напряжения (УОБ + "с- В цепи источник э. д. с. смещения — коллекторный переход проходит пульсирующий ток, состоящий из постоянной /ок и переменной i'K составляющих тока такой же формы, как и входной сигнал. Переменная составляющая тока создаст на резисторе RK падение напряжения, амплитуда которого U &кт равна амплитуде выходного сигнала Usmm. При этом напряжение на резисторе изменяется синфазно, а выходное напряжение находится в противофазе с напряжением сигнала ( 18. 10, в). При большом сопротивлении RK амплитуда выходного сигнала Uemm значительно больше амплитуды напряжения сигнала Ucm (напряжение сигнала порядка десятка милливольт, ток — десятка микроампер, а выходное напряжение порядка нескольких вольт, ток — нескольких миллиампер). Таким образом, в приборе происходит усиление как напряжения, так и тока сигнала, а следовательно, и мощности.

Напряжение на активно-индуктивной нагрузке «о по форме повторяет положительные полупериоды напряжения вторичной обмотки трансформатора ( 5.21, д).

В схеме 8.5, а в моменты времени, когда сигнал на входе положителен (например, в положительные полупериоды гармонического напряжения), г (i) = rnp
Как правило, отрицательные полуволны периодических токов, напряжений и э.д.с. повторяют их положительные полуволны. Поэтому под средними значениями периодических токов напряжений и э.д.с. понимают средние максимальные значения их полуволн:

На 3-10 приведены схемы трехфазного выпрямления с тремя и шестью диодами. В схеме с тремя диодами ( 3-10, а), предложенной В. Ф. Миткевичем в 1904 г., нагрузка включена между узлом, образованным диодами, и нейтральной точкой трехфазного источника питания. На 3-10, б показаны положительные полуволны фазных напряжений UA, UB, «с- Рассматривая идеальные диоды, легко убедиться в том, что диоды будут работать поочередно: когда положительное ив превысит UA, диод в фазе А окажется запертым и работать начнет диод в фазе В. Затем, когда положительное значение ыс превысит ив, диод в фазе В запрется, откроется диод в фазе С и т. д.

Кривая тока в сопротивлении подобна кривой, показанной на 3-10, б жирной линией, огибающей положительные полуволны фазных напряжений.

крыт, а вентиль Vi открыт, поэтому ток имеется в контуре: часть вторичной обмотки Ъ — вентиль Va — нагрузочный резистор К„. Направление тока в нагрузке одинаково в течение обоих полупериодов. Ток („ в резисторе /?н в течение полупериода совпадает по фазе с напряжением вторичной обмотки трансформатора, а напряжение ин по форме изменяется так же, как ток (две положительные полуволны в течение одного периода входного напряжения). Это показано на 11.9, б, где графики напряжения и тока совмещены, что возможно при соответствующем выборе масштабов. Напряжение на нагрузке имеет постоянную составляющую ?/он = 0,9(/2, где t/2 — действующее напряжение одной из двух частей вторичной обмотки трансформатора.

Более выгодным в энергетическом отношении является режим класса В ( 9.12, б), теоретический КПД которого равен 100 я/4 = 78,6 %. Благодаря резкому снижению тока покоя (за счет смещения рабочей точки каскада на начальный участок динамической переходной характеристики) транзистор работает с отсечкой и пропускает только положительные полуволны входного сигнала. Вследствие пульсирующего характера коллекторного тока нелинейные искажения значительные, поэтому при усилении гармонических сигналов режим класса В используется только в двухтактных схемах, где оба плеча работают поочередно и формируют на нагрузке напряжение почти синусоидальной формы (см. § 9.6). Этот режим усиления наиболее подходящий для мощных выходных каскадов (10 Вт и выше). Отличительной их особенностью являет ся незначительное потребление тока при отсутствии входного сигнала или при его малой величине.

Временные диаграммы трехфазных ЭДС вторичных обмоток трансформатора показаны на 8.6, б. Положительные полуволны синусоиды открывают диоды катодной группы, а отрицательные полуволны — диоды анодной группы. При этом в схеме одновременно пропускают ток два диода: один из катодной группы, потенциал анода которого наиболее высокий относительно нулевой точки трансформатора, и второй из анодной группы, потенциал катода которого наиболее низкий. Например, в интервал времени t\ — t2 ( 8.6, б) наиболее высокий положительный потенциал будет на аноде диода Да(е2а), а наиболее высокий отрицательный — на катоде диода Дз(еы). Поэтому ток замыкается по цепи: фаза а — диод Д2 — нагрузка RH — диод Дз — фаза Ь. В момент времени /2 ЭДС фаз b и с сравниваются по значению, а затем (интервал времени 1ч — ^з) более отрицательной становится ЭДС фазы с, которая прикладывается к катоду диода Дз. Поскольку в этом интервале времени наиболее положительной является ЭДС фазы а, диод Д2 продолжает проводить ток (iaz на 8.6, в), однако в катодной группе открывается диод Дь (при этом диод Дз запирается), через который ток замыкается по цепи: фаза а — диод Д2 — нагрузка /?„ — диод Дъ — фаза с. В интервале времени ^з — ^4 продолжает пропускать ток ias диод Дв анодной группы, однако в катодной группе ток проходит через диод Д4, поскольку наиболее положительной является ЭДС фазы Ь, в цепь которой включен этот диод, и т. д. (см. 8.6, в).

Кривая тока в сопротивлении подобна кривой, показанной на 3-10,6 жирной линией, огибающей положительные полуволны фазных напряжений.

Временные диаграммы трехфазных э.д.с. вторичных обмоток трансформатора показаны на 5.5,6. Положительные полуволны синусоиды открывают вентили катодной группы, а отрицательные полуволны - вентили анодной группы. При этом ток одновременно пропускают два вентиля: один из катодной группы, потенциал анода которого наиболее высокий относительно нулевой точки трансформатора, и второй из анодной группы, потенциал катода которого наиболее низкий. Например, в интервал времени cot! — cot2 ( 5.5,6) наиболее высокий положительный потенциал будет на аноде вентиля Вг (^2я), а наиболее отрицательный — на катоде вентиля В3 (егъ)-Поэтому ток замыкается по цепи: фаза а — вентиль В2 -нагрузка RH — вентиль Въ — фаза Ь. В момент времени t2 э.д.с. фаз' b и с сравниваются, а затем (в интервал времени cot2 — o>t3) более отрицательным становится э.д.с. фазы с, которая прикладывается к катоду вентиля В5. Поскольку в этот интервал времени наиболее положительным является напря-

Когда вентиль проводит ток, к нагрузке прикладывается напря-кение, представляющее собой положительные полуволны синусоиды вторичной обмотки трансформатора:

Во [второй полупериод полярность напряжения на обмотках трансформатора меняется. Поэтому ток будет проходить через вентиль В2 и нагрузку. Вентиль BI в это время находится под обратным напряжением и тока не пропускает. Ток в нагрузке протекает в одном « том же направлении в течение обоих полупериодов. Формы кривой тока и напряжения на нагрузке приведены на 5.4, в. Кривая напряжения на нагрузке по величине и форме повторяет положительные полуволны напряжений вторичных полуобмоток трансформатора.

Трехфазная система напряжений вторичных обмоток трансформатора показана на 5.8, б. Положительные полуволны синусоиды выпрямляются вентилями катодной группы, так как это направление напряжения является для них проводящим, а отрицательные — вентилями анодной группы. В результате к нагрузке оказывается приложенной сумма выпрямленных напряжений анодной и катодной групп (см. 5.8, г и заштрихованную область на 5.8, б). Мгновенные значения напряжений этой суммы представляют собой разность фазовых напряжений вторичной обмотки, т. е. линейное напряжение чередующихся фаз вторичной обмотки.