вход Вход Регистрация



Операционные усилители характеризуются усилительными, входными, выходными, энергетическими, дрейфовыми, частотными и скоростными параметрами.

3.1.1 Характеристики ОУ

Основные характеристики ОУ такие же, что и УПТ: передаточные (амплитудные); амплитудно-частотные, фазочастотные, динамические.

 

Важнейшими характеристиками ОУ являются его амплитудные (передаточные) характеристики (рис. 3.2). Их представляют в виде двух кривых, относящихся соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам. Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов при нулевом сигнале на другом. Каждая из кривых состоит из горизонтальных и наклонного участков.

Горизонтальные участки кривых соответствуют режиму полностью открытого (насыщенного) либо закрытого транзистора выходного каскада (эмиттерного повторителя). При изменении напряжения входного сигнала на этих участках выходное напряжение усилителя остается без изменения и определяется напряжениями U+вых max и Uвых max.

Указанные значения максимальных выходных напряжений близки к напряжению Ек источников питания.

Рисунок 3.2 – Передаточные характеристики ОУ (а),

передаточные характеристики ОУ при наличии разбаланса (б)

 

Наклонному (линейному) участку кривых соответствует пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного. Угол наклона участка определяется коэффициентом усиления операционного усилителя. Значение КU ОУ зависит от типа ОУ и может составлять от нескольких сотен до сотен тысяч и более. Большие значения КU ОУ позволяют при охвате таких усилителей глубокой отрицательной обратной связью получать схемы со свойствами, которые зависят только от параметров цепи отрицательной обратной связи.

Кривые, приведенные на рис. 3.2, а проходят через нуль. Состояние, когда Uвых=0 при Uвх=0, называется балансом ОУ. Однако для реальных ОУ условие баланса обычно не выполняется (наблюдается разбаланс). При Uвх=0 выходное напряжение ОУ может быть больше или меньше нуля. На рис. 3.2, б пунктирными линиями показан возможный вид передаточной характеристики реальных ОУ при входном сигнале, подаваемом на не инвертирующий вход. Напряжение Uсм0, при котором Uвых=0 , называется входным напряжением смещения нуля. Оно определяет значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ для создания баланса. Напряжения Uсм0 и ΔUвых связаны соотношением . Основной причиной разбаланса ОУ является существующий разброс параметров элементов дифференциального усилительного каскада (в частности, транзисторов). Зависимость от температуры параметров ОУ вызывает температурный дрейф входного напряжения смещения и температурный дрейф выходного напряжения.

Усиление гармонических сигналов характеризуется частотными параметрами ОУ, а усиление импульсных сигналов – его скоростными или динамическими параметрами.

Частотные параметры определяют по амплитудно-частотной характеристики ОУ (рис. 3.3, а), которая имеет спадающий характер в области высокой частоты, начиная от частоты среза fср. Причиной этого является частотная зависимость параметров транзисторов и паразитных емкостей схемы ОУ. Частота f1 при которой коэффициент усиления ОУ равен единице, называется частотой единичного усиления. По граничной частоте fв.п, которой соответствует снижение коэффициента усиления ОУ в раз, оценивают полосу пропускания частот усилителя, составляющую для современных ОУ сотни мегагерц.

 

Рисунок 3.3 – Амплитудно-частотная (а) и фазочастотная (б) характеристики ОУ;

реакция ОУ на воздействие скачка напряжения на входе (в) и (г)

 

При усилении сигналов ОУ обычно охватывается отрицательной обратной связью по инвертирующему входу. Ввиду создаваемого усилителем в области высоких частот фазового сдвига выходного сигнала относительно входного фазочастотная характеристика ОУ по инвертирующему входу приобретает дополнительный (сверх 180°) фазовый сдвиг (рис.3.3, б). Для некоторой высокой частоты полный фазовый сдвиг становится равным 360°, что соответствует положительной обратной связи по инвертирующему входу на этой частоте. Это приводит самовозбуждению схемы. Для устранения самовозбуждения в ОУ вводят внешние корректирующие RC–цепи, позволяющие несколько изменить ход амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик.

Динамическая характеристика это практически характеристика переходного процесса в ОУ, рис.3.3, г.

Динамическими параметрами ОУ являются скорость нарастания выходного напряжения (скорость отклика) и время установления выходного напряжения. Они определяются по реакции ОУ на воздействие скачка напряжения на входе (рис.3.3, в, г,). Скорость нарастания выходного напряжения VUвых находят по отношению приращения выходного напряжения к времени на участке изменения выходного напряжения от 0,1Uвых до 0,9Uвых. Время установления выходного напряжения tуст оценивают интервалом времени, в течении которого выходное напряжение изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 установившегося значения. Как правило для VUвых = 0,1÷100 В/мкс, а tуст=0,05÷2 мкс.

Случайные новости

1.5. Турбо- и гидрогенераторы

Электроэнергия на электростанциях энергосистем производится турбо- и гидрогенераторами. Турбогенераторы устанавливаются на тепловых и атомных электростанциях (КЕС, ТЕЦ, АЭС). Гидрогенераторы – на гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЕС). Роторы турбо- и гидрогенераторов оборачивают соответственно пару и гидравлические турбины. С увеличением мощностей генераторов улучшаются их технико-экономические показатели (удельные затраты проводниковых и ферромагнитных материалов, удельная стоимость и т.п.). Поэтому современные электроустановки проецируются с крупными агрегатами.

Существуют поверхностные и непосредственные (внутрипроводниковые) системы охлаждения генераторов. Вместо воздуха как охлаждающая среду применяют более эффективные вещества – водород, трансформаторное масло, дистиллированную воду.

Турбогенераторы

Промышленность выпускает двухполюсные турбогенераторы мощностью от 2,5 до 1200 Мвт. Номинальное напряжение генераторов от 6,3 до 24 кВ, номинальный ток от 0,35 до 32 ка, коэффициент мощности от 0,8 до 0,9, ККД от 95,8 % до 99,03 %, масса ротора от 3,5 до 100 т, общая масса турбогенератора без возбуждения и фундаментных плит от 16 до 600 т., диаметр ротора – до 1,28 г.

Дальнейшее увеличение единичной мощности турбогенераторов сдерживается тяжестью получения надежных в работе цельнокованных или сварных роторов с большими массами (так как при больших диаметрах роторов и частоте обращения 3000 об/мин появляются большие линейные скорости и соответственно большие центробежные силы на поверхности роторов); транспортными габаритами статора. Выход из положения есть в создании четырехполюсных турбогенераторов. У таких генераторов ротор механически меньше напряжен, но его масса значительно больше массы ротора двухполюсного турбогенератора такой же номинальной мощности, достигает 300-350 т. Предельная мощность двухполюсных турбогенераторов оценивается величиной 1500 Мвт, четырехполюсных – 2000-2500 Мвт. В эксплуатации находятся турбогенераторы разных типов, которые в зависимости от мощности отличаются системами охлаждения (водород, вода).

Гидрогенераторы

Гидрогенераторы выпускаются мощностью от 8 до 500 Мвт с номинальной напряжением от 3,15 до 15,75 кВ, номинальным током от 0,6 до 21,65 ка, массой ротора от 30 до 890 т, общей массой генератора от 75 до 1650 т, диаметром ротора от 5 до 16 г. Гидрогенераторы являются многополюсными, а потому относительно тихоходными синхронными машинами. Скорость их обращения находится в диапазоне 50-250 об/мин ( у отдельных типов гидрогенераторов до 500-600 об/мин). Поэтому при разработке гидроагрегатов предельных мощностей важнейший вопросами есть уменьшения давки на подпятник генераторов, увеличение быстроходности агрегатов, разработка надежных быстродействующих систем возбуждения, учет транспортных ограничений и т.п. Гидрогенераторы охлаждаются воздухом или водой.

 

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру