Как переводить с языка электрических схем

May 19, 2014 by admin Комментировать »

Я не знаю, есть ли в мире хотя бы один человек, который способен, взглянув на незнакомую электрическую схему, сразу её понять и оценить, и в целом, и во всех деталях

Полагаю, любой специалист «переводит» схему на понятный ему язык функциональных узлов, с которыми он встречался ранее, которые знает хорошо Иногда, в целях экономии места или по другим причинам, привычные узлы рисуют необычным образом Разбирая схему (переводя её на понятный вам язык), не бойтесь перерисовать её так, как вам привычнее

Вот пример двух изображений одной и той же схемы

                                                

Рис 812 Два варианта изображения электрической цепи

Если первая схема нам хорошо знакома, то вторая выглядит непривычно

Я бы сравнил сложную электрическую схему с шумом толпы До вас доносятся, порой, знакомые слова, иногда фразы, но вы не можете понять, кто с кем и о чём говорит

Для того мы и запускаем программу симуляции, чтобы поговорить с каждым в отдельности Мы можем каждому задавать вопросы, понять ответы, расспросить о чём-то подробнее В предыдущих главах я говорил, что на выходе выпрямителя добавляют конденсатор, который сглаживает пульсации Давайте «поговорим» с выпрямителем

Рис 813 Один «человек» из толпы

Конденсатор имеет ёмкость 1 нФ (или 1000 пикофарад) Установив маркер на графике к пику выпрямленного напряжения, мы можем сказать, что величина пульсаций 04 В

Увеличим ёмкость конденсатора до 10 нФ, а затем до 100 нФ

                                         

Рис 814 Графики выходного напряжения при увеличении ёмкости

В первом случае пульсации уменьшились до 02 В, во втором до 001 В Мы можем задать и другие вопросы Положим, уровень пульсаций в последнем случае нас устраивает Но что будет происходить с уровнем пульсаций при изменении нагрузки Сейчас сопротивление нагрузки (на рисунке не обозначено) 100 кОм Уменьшим это сопротивление до 10 кОм, до 1 кОм

                                          

Рис 815 Графики выходного напряжения при изменении нагрузки

В последних экспериментах я использовал программу Qucs Программа бесплатная, но не менее полезная для изучения электрических цепей, чем Multisim Конечно, Multisim в большей мере имитирует работу с макетом: вы добавляете виртуальный осциллограф, виртуальный генератор Но на экране осциллографа вас интересует график Программа Qucs даёт вам график, с которым вы можете спокойно работать Позже мы подробнее остановимся на том, как работать с этими программами Сейчас же мне хотелось показать, как лучше изучать язык электрических схем

Если вы задумали собрать сложную для вас схему, то обязательно начните с чтения описания работы схемы Это перевод графического изображения на обычный язык Часто такое описание начинается с перечня функциональных узлов (фраз графического языка схем) Иногда есть функциональная схема устройства Если нет, нарисуйте сами Например, так:

Рис 816 Функциональная схема устройства

Теперь каждый из этих функциональных узлов вы можете рассмотреть отдельно О каждом из них полезно почитать Наверняка, есть много книг, журналов или статей в Интернете, описывающих эти функциональные узлы Так, базовых схем выпрямителей не так много

Рис 817 Разные схемы выпрямителей

Каждая из этих схем имеет свои преимущества Но и свои недостатки Например, вторая схема требует в 4 раза больше диодов Последняя схема требует двух вторичных обмоток

Схем стабилизаторов напряжения существует превеликое множество Но к базовым я отнёс бы несколько: параметрический, компенсационный и импульсный Первые два выглядят так:

Рис 818 Параметрический и компенсационный стабилизаторы

Работу каждой из этих схем можно проверить, например, используя одну из программ симуляции Встречая схему стабилизатора, пусть и более сложную, её можно привести к виду базовой схемы, то есть, понять принцип работы схемы Или другими словами, прочитать схему

Сделать это тем легче, чем лучше вы поняли работу базовых схем Рассмотрим, что нужно знать, чтобы понять, как работают приведённые выше стабилизаторы Хватит ли тех знаний, что дали предыдущие главы

Работа параметрического стабилизатора на рисунке выше обусловлена в первую очередь свойствами стабилитрона Упоминая стабилитрон, даже показав результат эксперимента с ним, я забыл упомянуть, что этот полезный компонент появился из-за неприятного свойства, обнаруженного у выпрямительных диодов: когда величина обратного напряжения достигает некоторого значения, то ток через диод резко возрастает, что приводит к выходу диода из строя Об этом я тоже упоминал, но с тем, чтобы подчеркнуть важность такого параметра, как предельно допустимое обратное напряжение

Учёные, продолжая совершенствовать конструкцию диода, выбирая материалы, вместе с тем заинтересовались этим негативным эффектом, и стало понятно, что его можно обратить на пользу, если использовать диод в паре с резистором, который будет ограничивать ток Если ток через диод при обратном напряжении начинает возрастать, то напряжение на добавочном резисторе будет увеличиваться, а, значит, напряжение на диоде уменьшаться При уменьшении обратного напряжения на диоде, ток через него уменьшается Два процесса взаимодействуют, балансируя на грани равновесия Или другими словами при некотором напряжении устанавливается равновесие, работоспособность диода сохраняется, а напряжение «равновесия» сохраняется в достаточно широких пределах изменения обратного  тока через диод и напряжения на входе цепочки резистор-диод

Изменением конструкции диодов и выбором материалов, добиваются того, что сегодня стабилитроны выпускаются с разными напряжениями стабилизации от нескольких вольт, до сотен вольт При выборе рабочей точки стабилитрона учитывают начальный ток через него, при котором начинается процесс стабилизации, и максимально допустимый через него ток Часто выбирают среднее значение разницы этих токов Задаваясь границами допустимых токов, зная величину резистора при заданном входном напряжении, мы можем определить и границы изменения напряжения на входе, когда напряжение на выходе будет оставаться почти постоянным И, конечно, мы учтём и рассеиваемую на стабилитроне мощность, при необходимости используем теплоотвод

Это, что касается стабилитрона Но начали  мы с рассмотрения  работы параметрического стабилизатора От того, как нарисована схема, не зависит то, как она работает Но вспомним, что изменение рисунка схемы может облегчить её понимание

Поэтому перерисуем схему параметрического стабилизатора

Рис 819 Базовая схема параметрического стабилизатора

Стабилитрон D1 имеет напряжение стабилизации 56 В Это напряжение будет оставаться стабильным в некоторых пределах при изменении напряжения батарейки V1 Резистор R2 – это сопротивление нагрузки

Как напряжение на стабилитроне D1 распределяется между выходным напряжением и напряжением база-эмиттер транзистора T1

UD1 = Uб-э + Uвых

Напряжение база-эмиттер невелико (порядка 06 В) и изменяется незначительно Значит, и выходное напряжение будет изменяться незначительно при изменении напряжения V1 (пока остаётся стабильным напряжение на стабилитроне D1)

Зачем тогда транзистор T1 Это справедливое  замечание Подключая  нагрузку  к самому стабилитрону, мы получим на сопротивлении нагрузки стабильное напряжение, обусловленное свойствами стабилитрона Существенным в данном случае будет только сопротивление нагрузки, вернее, ток, потребляемый нагрузкой и определяемый сопротивлением нагрузки Если сопротивление нагрузки очень велико, ток через неё очень мал Например, сопротивление нагрузки 1 МОм, ток через нагрузку около 5 мкА При рабочем токе стабилитрона, скажем, 15 мА влиянием тока нагрузки можно пренебречь И транзистор нам не нужен Но, если ток через нагрузку нам нужен такой, что он соизмерим с рабочим током стабилитрона или даже больше него, то в этом случае транзистор уменьшает нам ток, который мы «отберём» у стабилитрона Базовый ток транзистора в «Вст» раз меньше, чем ток, протекающий через нагрузку При Вст = 100 и сопротивлении нагрузки 1 кОм (как на схеме), ток, ответвляющийся в нагрузку (базовую цепь транзистора), составит 50 мкА, что тоже мало повлияет на работу стабилитрона

И ещё, мы можем задаться вопросом, чем мешает большой ток, потребляемый нагрузкой Почему мы должны что-то придумывать, чтобы уменьшить его Давайте проведём…

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты