Усилитель мощности с тремя состояниями. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

В статье описан нереверсивный усилитель мощности, работающий на постоянном токе в режиме переключений на активно-индуктивную нагрузку. С целью уменьшения энергопотребления после срабатывания исполнительного механизма нагрузку переводят с номинального постоянного напряжения в третье состояние - режим импульсного питания с нерегулируемой скважностью.

Активно-индуктивные нагрузки (соленоиды, муфты, электромагниты, реле и др.), работающие на постоянном токе, широко применяют как на производстве, так и в быту. Большинство таких нагрузок работают в режиме "включено-отключено", подключают их через усилители, и они не требуют реверса (изменения знака выходного напряжения). Обычно такой усилитель работает в релейном режиме, когда сигнал управления принимает только два крайних значения, соответствующих либо отсутствию тока в нагрузке, либо номинальному току. Величина тягового усилия исполнительного механизма обеспечивается номинальным током нагрузки. После того как исполнительный механизм сработал, проводимость его магнитной цепи увеличивается, и для поддержания его в рабочем состоянии ток нагрузки необходимо уменьшить, как раз в два раза по сравнению с номинальным током, что позволит экономить электроэнергию.

Релейный режим работы усилителя как бы исключает третье состояние цепи нагрузки без дополнительного балластного резистора, который гасит часть напряжения нагрузки, или без дополнительного источника питания с напряжением, равным половине от номинального. Такие усилители описаны, например, в [1], и известны под разными названиями. Наличие балласта или дополнительного источника питания является основным недостатком таких схем.

Устройства, описанные ниже, после включения в режим номинальных токов через некоторое заданное время переходят в третье состояние, при котором на нагрузке устанавливается часть номинального напряжения, причем нерегулируемая величина последнего получается в результате изменения относительной длительности импульсного напряжения на нагрузке, т.е. путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) усилителя. Управление усилителем ведут от ШИМ-модулятора, работающего на определенной частоте, зависящей от постоянной времени нагрузки.

(нажмите для увеличения)

Основные технические характеристики устройства:

• Номинальный ток нагрузки, А, не более.......2
• Номинальное напряжение нагрузки, В.......24...27
• Напряжение управления, В, не менее.......9
• Ток управления, мА, не менее.......2
• Рабочий ток нагрузки после срабатывания устройства, не менее.......0,5Iном
• Время удержания номинального тока нагрузки, с, не более.......8

Устройство (рис.1) состоит из усилителя мощности (УМ) на транзисторах VT1 и VT2, работающего в режиме переключений, и управляющей им логической схемы DD1, выполненной на одном корпусе микросхемы К561ЛН2. Питание микросхемы осуществляется от входного сигнала, причем дребезг входного сигнала для надежной работы устройства должен отсутствовать. На инверторах DD1.1 и DD1.4 выполнена схема задержки входного сигнала, на инверторах DD1.2, DD1.3 и DD1.5 - схема генератора прямоугольных импульсов, который может обеспечить как необходимую частоту (конденсатор С2), так и относительную длительность импульсов (резисторы R3, R4). Диод VD4 выполняет роль схемы антисовпадений, а инвертор DD1.6 используется для получения необходимой величины и фазы сигнала, управляющего УМ. Диоды VD5, VD6 защищают усилитель в случае короткого замыкания нагрузки, которая шунтируется обратным диодом VD7.

Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии входное напряжение не подано, микросхема не запитана, управляющее напряжение на вход УМ не поступает, нагрузка обесточена. При подаче на вход устройства напряжения управления на DD1 поступает напряжение питания, начинается заряд конденсатора С1, и до момента появления на конденсаторе напряжения, равного пороговому напряжению переключения инвертора (tвкл=0,7R1C1), напряжение на выходе 12 равно лог."0". Одновременно на выходе 6 генератора появляется прямоугольное напряжение со скважностью, равной 2, но до момента срабатывания схемы задержки на выходе 10 инвертора DD1.6 сохраняется напряжение лог."1". УМ включается, нагрузка питается номинальным напряжением. Это напряжение удерживается на нагрузке до момента окончания переходных процессов и может варьироваться от десятых долей секунды до нескольких секунд выбором конденсатора С1. После срабатывания схемы задержки при лог."1" на выходе 6 генератора появляется лог."1" на входе 11 инвертора DD1.6 и соответственно лог."0" на его выходе 10. УМ закрывается, напряжение с нагрузки снимается.

Появление лог."0" на выходе генератора приведет вновь к включению УМ, на нагрузку Y1 вновь будет подано напряжение и т.д. Если на выходе генератора имеются прямоугольные импульсы со скважностью 2, то на нагрузке будет напряжение, равное 0,5 Uном. Нагрузка питается модулированным по длительности импульсным напряжением с постоянной частотой следования.

Как известно [2], в активно-индуктивной нагрузке ток может протекать непрерывно через транзистор от источника питания, а при закрытом транзисторе под действием ЭДС самоиндукции - через диод, шунтирующий нагрузку. Среднее напряжение на нагрузке неза-

 висимо от величины индуктивности Uн = kUп, где k - длительность импульса по отношению к периоду повторения импульсов (величина обратная скважности); Uп - напряжение источника питания нагрузки. С увеличением отношения постоянной времени нагрузки τ = Lн/Rн к периоду повторения импульсов наступает режим непрерывных токов нагрузки. С учетом минимальных пульсаций тока в нагрузке длительность импульса должна составлять

tи = τ/(5...7). (1)

Частота импульсов выбирается в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен (и даже тысяч) Гц в зависимости от постоянной времени τ.

Основные технические характеристики устройства по рис.2:

• Номинальный ток нагрузки, А, не более.......2
• Номинальное напряжение нагрузки, В.......24...27
• Напряжение управления, В, не менее.......9
• Ток управления, мА, не менее.......2
• Рабочий ток нагрузки после срабатывания устройства, не менее.......0,5Iном
• Время удержания номинального тока нагрузки, с, не более .......8
• Напряжение между входом и выходом, В, не более.......100

В показанных на рис.1 и рис.2 устройствах частота импульсов составляет 50 Гц, что подходит для большого класса активно-индуктивных нагрузок, для которых соблюдается условие (1).

В схеме рис.2 в модуле А1 по отношению к схеме рис.1 необходимо: 1) перемычку 4-5 снять; 2) установить перемычку 4-6; 3) на место диода VD4 установить перемычку; 4) установить R5 = R6 = 9,1 кОм.

Работает это устройство аналогично вышеописанному по рис.1.

Схемы, показанные на рис.3,4,5, являются вариантами основной схемы рис.1, но с такими изменениями в модуле А1:

Для рис.3 в модуле А1 необходимо: 1) перемычку 4-5 снять; 2) установить перемычку 4-6; 3) на место диода VD4 установить перемычку; 4) установить R5 = R6 =3,9 кОм; С1 = 0,47 мкФ; С2 = 0,01 мкФ.

Для рис.4 в модуле А1 необходимо: 1) перемычку 4-5 снять; 2) установить перемычку 4-6; 3) на место диода VD4 установить перемычку, вместо резисторов R5, R6 установить диоды катодом к выходу микросхемы; 4)установить С1 = 0,47 мкФ; С2 = 0,01 мкФ.

Для рис.5 в модуле А1 необходимо: 1) перемычку 4-5 снять; 2) установить перемычку 4-6; 3) на место диода VD4 установить перемычку; 4) установить С1 = 10 мкФ; С2 = 0,1 мкФ; R5 = R6 =3,9 кОм.

Схему рис.3 испытывали с нагрузкой в виде реле РЭН34 (паспорт ХП4.500.030-01) с номинальным напряжением 12 В, сопротивлением обмотки 75 Ом и током срабатывания 160 мА. При установке в схему модуля А1 конденсатора С1 = 0,1 мкФ на выходе генератора устанавливалось прямоугольное напряжение с частотой 50 Гц. При этом реле вибрировало. Когда вместо резисторов R3, R4 впаяли переменный резистор сопротивлением 220 кОм, на обмотке реле установилось напряжение с длительностью импульса 15 мс, паузы 25 мс, и дребезг реле прекратился, ток в обмотке реле стал непрерывным (140 мА), среднее значение напряжения на обмотке 10,4 В (экономичность режима при этом не достигнута). Если же установить номиналы: R2 = 82 кОм; R3 = 200 кОм; С2 = 0,01 мкФ, то прямоугольное напряжение следует с частотой 400 Гц, дребезга контактов нет. Среднее значение напряжения на обмотке 6 В, ток в обмотке непрерывен и равен 80 мА. В данном случае достигнута экономичность режима.

Схему рис.4 можно использовать для управления маломощной активно-индуктивной нагрузкой, рабочий ток которой соответствует входному току при лог."0" на выходе микросхемы.

Схему рис.5 можно использовать для управления лампой накаливания. Вначале на нагрузку поступает часть напряжения, а после прогрев нити накала напряжение становится номинальным.

Детали. Все резисторы в схемах типа МЛТ. Резисторы мощностью 0,25 Вт в модуле А1 можно заменить на резисторы мощностью 0,125 Вт, но габариты модуля это не уменьшит. Маломощные диоды можно заменить на КД102, КД103, диод КД226 - на КД213А. Конденсаторы типа К739, К73-17, МБМ. Электролитический конденсатор С1 типа К52, К53, К50-16, К50-24. Частоту генератора удобно выбирать конденсатором С2.

Устройства, описанные выше, можно применять на производстве для различных типов исполнительных устройств, но надежность их работы в неноминальных режимах должна быть проверена на практике. В частности, их применение зависит от повторно-временного режима работы исполнительного механизма.

Литература:

1. Арнольдов С. Электронный коммутатор электромагнитов с малым энергопотреблением // Радіоаматор. -1995. -№11. - С.11.
2. Коссов О. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. М.: Энергия, 1971.

Автор: В.А.Ермолов

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Стерильного нейтрино не существует 15.01.2026

В физике элементарных частиц поиск новых, пока не обнаруженных объектов играет ключевую роль в понимании устройства Вселенной. Иногда такие поиски приводят к громким открытиям, а иногда - к не менее важным отрицательным результатам, которые позволяют отбросить неверные направления. Именно к таким случаям относится недавний вывод ученых о судьбе стерильного нейтрино - одной из самых интригующих гипотетических частиц последних десятилетий. Исследователи из американской лаборатории Fermilab официально сообщили, что им не удалось найти доказательства существования стерильного нейтрино. К такому выводу пришла команда эксперимента MicroBooNE после многолетнего анализа столкновений нейтрино, которые ранее рассматривались как возможный намек на существование четвертого типа этих частиц. Предполагалось, что стерильное нейтрино взаимодействует с материей исключительно через гравитацию, что делало его крайне трудным объектом для обнаружения. В рамках современной физики нейтрино известны в т ...>>

Беспроводные наушники и колонки Fender 15.01.2026

Музыкальная индустрия постепенно адаптируется к цифровым технологиям, и известный производитель музыкальных инструментов Fender расширяет свое присутствие за пределы гитар и усилителей, представляя современные решения для прослушивания музыки. Новые беспроводные наушники и Bluetooth-колонки Fender объединяют богатый звук, модульность и удобство использования как для дома, так и для профессиональной работы. Флагманской новинкой стали наушники Fender Mix, отличающиеся модульной конструкцией. Динамики подключаются к оголовью через порт USB Type-C и могут быть сняты вместе с амбушюрами, что облегчает уход и транспортировку. Один из динамиков оснащен встроенным адаптером USB Type-C для подключения к источнику звука без потерь, поддерживая кодеки LDHC и Fire, а также функцию Auracast. На другом динамике размещен съемный аккумулятор, который обеспечивает до 100 часов работы без активного шумоподавления; при включении ANC время работы сокращается до 52 часов. Наушники доступны по цене $299 ...>>

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Случайная новость из Архива У каждого - своя реальность 26.02.2021 Новый эксперимент в области квантовой физики продемонстрировал потрясающую идею, которая раньше высказывалась лишь в рамках теории. Оказалось, что при правильных условиях два человека могут наблюдать одно и то же событие с различным результатом - и оба будут правы. Согласно исследованию, опубликованному на портале ArXiv, физики из университета Хериот-Ватта впервые продемонстрировали, как два человека могут получить опыт "разной реальности", воссоздав на практике классический умозрительный эксперимент из квантовой физики. В эксперименте принимают участие два человека, которые наблюдают один и тот же фотон - наименьшую количественную единицу света, которая в разных условиях может проявлять свойства как волны, так и частицы. Фотон может существовать в одном из этих двух состояний, но до того, как кто-либо измерит его, он находится в так называемой "суперпозиции" - то есть, оба условия выполняются в одно и то же время. В рамках мысленного эксперимента один ученый спокойно анализирует фотон и определяет его положение. Другой же, не зная об измерении первого, способен подтвердить, что фотон (а значит и измерение первого ученого) все еще существует в квантовой суперпозиции всех возможных результатов. В результате, каждый ученый находится в своей собственной реальности. Причем технически оба правы даже в том случае, если не согласны друг с другом. Чтобы воплотить эту теорию в жизнь, нужна была экспериментальная лазерная установка с системой расщепления лучей и серия из 6 фотонов, которые были измерены различными устройствами, которые заменяли двух ученых.

Другие интересные новости:

▪ Водолечение спины

▪ Видеокарта GIGABYTE GeForce GTX 1650 D6 Eagle OC

▪ Новый вид дельфинов

▪ Изменения климата повлияли на вкус кофе

▪ Motorola научит смартфоны залечивать трещины на экране

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Биографии великих ученых. Подборка статей

▪ статья Фиговый листок. Крылатое выражение

▪ статья Как некоторые растения помогают найти себя летучим мышам? Подробный ответ

▪ статья Яблоня домашняя. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Индикатор КЗ-витков в катушках с ферромагнитными магнитопроводами. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Внешний преобразователь напряжения для ноутбука. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026