Главная >  Атомное ядро и ядерные превращения 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

Выпрямители с удвоением и умножением напряжения

На схеме рис. 132 изображены два однополупериодных выпрямителя, подключенных параллельно к одному источнику переменного напряжения. Вентили этих выпрямителей включены, в противоположных направлениях, поэтому конденсаторы заряжаются с разной полярностью напряжения на них. Величина выпрямленного напряжения на каждом конденсаторе равна амплитудному значению переменного напряжения U . Напряжение между точками а и б равно, следовательно, 2U. Таким образом, схема обеспечивает выпрямление с одновременным удвоением напряжения.


а -ллw-


Рис. 132. Параллельное соединение выпрямителей

Рис. 133. Схема выпрямителя с удвоением на-лряжеиия (параллельная)

Рис. 134. Схема выпрямителя с удвоением напряжения (каскадная)

Включение нагрузки между точками а и б несколько изменяет работу схемы (рис. 133). Заряд одного из конденсаторов (например, Ci) сопровождается одновременным разрядом другого (Сг) через сопротивление нагрузки R (на чертеже зарядный ток показан сплошной стрелкой, а разрядный - пунктирной). В результате конденсаторы не заряжаются полностью до напряжения и напряжение на нагрузке получается несколько меньше 2U. . Разница получается небольшой, если постоянная времени цепи, через которую происходит разряд, намного больше периода переменного напряжения, т. е.

R.Ci = RnCT. (41)

Поэтому схема с удвоением напряжения применяется для питания нагрузок с большим сопротивлением.

Принцип удвоения может быть осуществлен и в другом варианте. Параллельное соединение выпрямителей можно заменить каскадным, как показано на рис. 134. В этой схеме второй выпрямитель присоединен к вентилю первого. Напряжение на этом вентиле, по закону Кирхгофа, равно сумме выпрямленного напряжения и переменного напряжения источника и~ , т. е. и. =

с, + сл (рис.135). Конденсатор Cj будет заряжаться до

максимального напряжения на первом вентиле, т. е. до 2 Uа яри наличии нагрузки -до несколько меньшего.

Каскадная схема удвоения может быть преобразована в схему умножения добавлением к ней новых каскадов, как показано

на рис. 136. Из рассмотрения процессов в схеме можно убедиться что конденсатор С\ будет заряжен до напряжения , а остальные - до 2 . На чертеже для примера показан путь тока в момент заряда конденсатора Cs. В этот момент переменное напряжение и. противоположно по знаку напряжению и сумма их равна нулю. По-

Рис. 135. Временные диаграммы напряжений в каскадной схеме выпрямителя с удвоением напряжения:

а - выпрямляемое переменное напряжение; б - напряжение иа первом конденсаторе; в - напряжение иа певвом вентиле

* *

Рис. 136. Схема выпрямителя с умножением напряжения

этому в указанной цепи действует только напряжение = = 2 и, заряжающее конденсатор Сз. Сочетая конденсаторы в различных комбинациях, можно получить различные постоянные напряжения, например 4 (точки а и б), 3 (точки в и г) и т. д. Схемы умножения также применяются для высоко-омных нагрузок, таких как счетчики и ионизационные камеры.

Сглаживающие фильтры

Как показано в предыдущем разделе, выпрямитель состоит из трансформатора (в некоторых случаях он может отсутствовать), вентиля и сглаживающего фильтра. Трансформатор повышает (а в некоторых случаях понижает) переменное напряжение, вентиль создает под действием этого напряжения пульсирующий ток одного направления, а фильтр сглаживает эти пульсации. Емкостный фильтр, рассмотренный выше, является простейшим. Его недостаток заключается в том, что с повышением: мощности, потребляемой нагрузкой, сглаживающее действие это-



то фильтра ухудшается. Действительно, повышение мошности нагрузки при постоянном напряжении означает уменьшение ее

сопротивления (согласно формуле Р=-), а это приводит к

уменьшению постоянной времени RC фильтра, к ускорению разряда (рис. 123) и, следовательно, к увеличению пульсаций.


Рис. 137. Схема выпрямителя с индуктивным фильтрам

По этой причине емкостный фильтр применяют лишь для питания маломощных нагрузок, т. е. нагрузок с большим сопротивлением (например, счетчиков и ионизационных камер, цепи сеточного смешения и т. д.).

На рис. 137 изображена схема выпрямителя с индуктивным фильтром, действие которого основано на том, что самоиндукция


Рис. 138. График изменения во времени тока в выпрямителе с индуктивным фильтром при различных значениях постоянной времени

препятствует как нарастанию, так и спаданию тока. При L = О сила тока изменялась бы по пунктирной кривой рис. 138, при L Ф Q она изменяется по сплошной кривой, причем чем больше постоянная времени , тем больше растянут во времени нм-

пульс тока.

При большом значении постоянной времени

по сравне

нию с периодом импульсы тока соседних периодов растягивают-

ся настолько, что сливаются между собой в сплошную слабо пульсирующую кривую. В двухполупериодной схеме рис. 139 пульсации получаются еще меньшими (рис. 140).


Рис. 139. Схема двухполупериодного выпрямителя с индуктивным фильтро.м

Так как с увеличением мощности нагрузки ее сопротивление уменьшается (по формуле Р =-), то постоянная времени -

Ra R

увеличивается. Следовательно, фильтрующие свойства индуктивного фильтра улучшаются с увеличением мощности нагрузки; в этом состоит его основное преимущество перед емкостным

I о.


Рис. 140. Иллюстрация сглаживающего действия индуктивного фильтра:

а - однополупериоднын выпрямитель; б - двухполу-периодный выпрямитель; / - активная нагрузка; 2 - индуктивная нагрузка

фильтром. Другое преимущество заключается в том, что ток, текущий через вентиль, не имеет вида импульсов, а течет более равномерно! Это позволяет пользоваться вентилями, рассчитанными на меньшую силу тока, чем в схемах с емкостным фильтром, в которых вентили рассчитываются на пиковое значение тока.

Недостатком индуктивного фильтра является меньшее напряжение на нагрузке, чем в схеме с емкостным фильтром. Действительно, конденсатор емкостного фильтра заряжается почти до амплитудного значения переменного напряжения. В схеме с ин-

20 Защита от радиоактивных излучений



дуктивным фильтром напряжение на нагрузке уменьшается, не успев нарасти до амплитудного значения, причем чем лучше

фильтр (т. е. чем больше постоянная времени - ), тем меньше

максимальная величина тока и, следовательно, напряжения на нагрузке (см. рис. 138). Кроме того, индуктивный фильтр имеет большие габариты и стоимость, чем емкостный.

Работу индуктивного фильтра также можно объяснить с точки зрения спектрального разложения импульсов тока. Действительно, постоянная составляющая тока вызовет падение напряжения только на сопротивлении нагрузки, дроссель имеет почти нулевое сопротивление для постоянного тока. Переменные составляющие тока вызовут падение напряжения на дросселе и во много раз меньшее падение напряжения на сопротивлении нагрузки при условии, что самоиндукция дросселя столь велика, что уже для первой гармоники колебаний частоты со ,

nRn. (42)

Таким образом, если в цепи У? С происходит разделение составляющих тока, то в цепи /? L разделяются составляющие напряжения.

Лучшие результаты дают фильтры, в которых используются и емкость и самоиндукция, комбинируемые в различные схемы - Г-образную (рис. 141, а) 7-образную (рис. 141, б) и Я-образ-ную (рис. 141, в). Работу этих схем можно объяснить с точки

ляллг

. , к нагрузи9 . .

. . Хнаг£цзиг

Рис. 141. Схема сложных фильтров: Г-образного (с), Т-образного (б). П-образногд (в)

зрения разделения составляющих токов и напряжений. Так, в схеме рис. 141, а составляющие напряжения разделяются между дросселем L и звеном С, так как переменные составляющие тока создают падение напряжения на дросселе, а постоянная (и в небольшой степени переменные) -на звене /? С.

В Звене /? С разделяются составляющие тока; переменная течет через конденсатор, а постоянная с небольшими пульсациями-через нагрузку /? . Аналогичные процессы происходят в схеме рис. 141, б с той разницей, что в этой схеме получается

дополнительное разделение составляющих между нагрузкой и вторым дросселем, подавляющим остаточные пульсации. Работа схемы рис. 141, в отличается от работы схемы рис. 141, а предварительным отделением переменной составляющей тока первым конденсатором.

По своим свойствам 7-образный фильтр аналогичен дроссельному, а Я-образный - емкостному фильтру. Действительно, в Я-образном фильтре первый конденсатор в каждый период быстро заряжается почти до амплитудного значения напряжения. Это вызывает, с одной стороны, бросок тока (недостаток), с другой стороны, - большое напряжение (преимущество). Кроме того, с уменьшением сопротивления нагрузки второй конденсатор разряжается быстрее, что увеличивает пульсации и снижает выпрямленное напряжение (т. е. это напряжение зависит от нагрузки).

В Г-образном фильтре первый дроссель не дает конденсатору зарядиться - это ограничивает, бросок тока (преимущество) и уменьшает выпрямленное напряжение (недостаток). Второй дроссель препятствует разряду конденсатора, поэтому при уменьшении нагрузки не получается такого увеличения пульсации и уменьшения выпрямленного напряжения, как в Я-образном фильтре.

Выбор того или иного фильтра зависит от типа нагрузки и от того, какое из приведенных соображений более важно по условиям работы схемы.

§ 3. УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Процесс усиления электрических колебаний заключается в том, чтобы увеличить все мгновенные значения напряжения или тока в цепи, не изменяя в то же время формы кривой, изобра-

Рис. 142. Усилитель как устройство с двумя пара.ми клемм- входными и выходными


жающей их зависимость от времени. Устройство, осуществляющее этот процесс, называется усилителем. Если отвлечься от конкретного содержания этой схемы, то ее можно изобразить в виде прямоугольника с двумя парами клемм - входными и выходными (рис. 142). Если на входных клеммах имеется переменное напряжение произвольной формы (рис. 143, а), то задачей усилителя является создание на его выходных клеммах переменного напряжения той же формы, но большей абсолютной величины, чем входное напряжение (рис. 143, 6).



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70