Преобразователи частоты

В автоматических устройствах, работающих с различными напряжениями (например, питания и сигнальным) и с разной частотой, приходится применять преобразователи частоты. Управление механизмами в этом случае облегчается уравнением частот, а также их уменьшением (делением) или увеличением (удваиванием).
Из преобразователей наиболее распространены делители частоты с твердыми выпрямителями и электронные удвоители частоты.

Распределители

В автоматических устройствах с большим количеством управляемых объектов, каждый из которых должен реагировать лишь на определенные импульсы, применяются распределители импульсов. Электрические цепи таких устройств должны характеризоваться избирательностью (селективностью).

В общем виде распределительная селекция включает несколько распорядительных и исполнительных процессов, причем одновременно включаются только два процесса с одинаковыми номерами. Такая селекция достигается при помощи распределителей, контактирующие устройства которых одновременно переключают цепи с одинаковыми номерами. В качестве распределителей могут быть использованы обычные коммутационные устройства, например ключи и кнопки, включаемые и выключаемые в определенной последовательности командо- аппаратами (см. гл. VII). В дистанционных передачах и других автоматических устройствах часто применяют стандартные конструкции многоконтактных автоматических распределителей, например, моторные и шаговые. Шаговые распределители отличаются простотой устройства и экономичностью, поэтому они получили преимущественное распространение.

Стабилизаторы

Для поддержания постоянных напряжений или силы тока в электрических устройствах, режим работы которых зависит от этих величин, применяются стабилизаторы. Наиболее часто встречаются стабилизаторы напряжения источника электрического питания, которое в ряде установок колеблется в пределах ±10%.

Конструкции стабилизаторов разнообразны. Наиболее распространены баретторы тока, а также мостовые, газоразрядные, электронные и феррорезонансные стабилизаторы напряжения.

Бареттор напоминает обыкновенную лампочку накаливания и представляет собой тонкую стальную или вольфрамовую проволоку, помещенную в стеклянный баллон, наполненный водородом. Действие бареттора основано на увеличении сопротивления стальной или вольфрамовой проволоки при повышении ее температуры в результате прохождения тока увеличенной силы. Это дает возможность в известных пределах поддерживать постоянную силу тока в электрической цепи с последовательно включенным бареттором. К недостаткам такого включения следует отнести относительно большое (5-10 вт) потребление мощности, сравнительно короткий срок службы и значительную инерционность; последнее не обеспечивает стабилизации быстрых толчков тока.

Мостовые стабилизаторы напряжения характеризуются лучшими стабилизирующими свойствами, так как используемые в них баретторы или обычные электрические лампы накаливания включаются по мостовой схеме (рис. 45,а). Постоянное нагрузочное сопротивление Rh, на концах которого требуется поддерживать стабильное напряжение Uw, включается в диагональ мостовой схемы. В два плеча моста включают баретторы Б і и Бъ а в два других плеча - нормальные линейные сопротивления Ri и R2- Такой стабилизатор поддерживает стабильное напряжение UH при колебаниях напряжения питания U до ±10% от номинального. Коэффициент полезного действия стабилизаторов по мостовой схеме очень низок (5-20%), поэтому выходная мощность их обычно не превышает 30 вт. Мостовые стабилизаторы также отличаются большой инерционностью. Подбор сопротивлений обычно производится экспериментально.

Газоразрядные стабилизаторы, называемые также стабиливольтами, применяются в цепях высокого напряжения, например для стабилизации напряжения в анодных цепях электронных ламп. Стабиливольт (рис. 45,6) представляет собой ионную (газонаполненную) лампу Л с так называемым «холодным» (тлеющим) разрядом.

Наиболее простая лампа состоит из двух электродов, находящихся в стеклянном баллоне с разреженным инертным газом (неоном).

Газоразрядные стабилизаторы поддерживают постоянное напряжение в пределах ±0,2% при изменении напряжения питания на ±10%. Поддержание постоянного выходного напряжения достигается тем, что любое
изменение напряжения питания или сопротивления нагрузки компенсируется соответствующим изменением
силы тока стабиливольта.

Это последнее вызывает изменение падения напряжения на сопротивлении благодаря чему выходное напряжение остается постоянным.

Стабиливольт подбирают по величине стабилизируемого
напряжения . Для определения сопротивления задаются током стабиливольта
от 10 до 20 ма.

Тогда

где:
- напряжение источника питания;
- номинальное падение напряжения на стабиливольте;
- ток в цепи нагрузки;

Из полупроводниковых приборов для стабилизации напряжения используются термисторы и полупроводниковые диоды.

В стабилизаторе напряжения с термистором используется свойство полупроводниковых приборов уменьшать сопротивление с увеличением температуры. Схема такого стабилизатора показана на рис. 46,а. Здесь на выходе стабилизатора термистор T включен последовательно с постоянным сопротивлением Кроме того, в цепи питания имеется сопротивление Характеристики постоянного и термического сопротивления должны быть подобранытак, чтобы суммарная вольтамперная характеристика последовательно включенных сопротивлений г и имела бы горизонтальный участок, т. е. не зависела бы от тока 1 в этих сопротивлениях (рис. 46,6). Тогда колебание напряжения в сети и изменение нагрузки в известных пределах не будет изменять напряжения на нагрузке. В стабилизаторах напряжения постоянного тока с полупроводниковым диодом используется свойство полупроводников сохранять приблизительно постоянным падение напряжения пробоя независимо от величины тока обратной проводимости [17]. У кремниевого диода постоянная величина напряжения пробоя сохраняется и при изменении температуры диода.

Схема включения кремниевого диода в качестве стабилизатора напряжения приведена на рис. 46,в. Диод D включен в направлении, противоположном выпрямлению, в цепь источника напряжения U0 через большое сопротивление R1. Пробивное напряжение Unvo6 диода должнобыть меньше напряжения Сопротивление нагрузки включено параллельно диоду. При изменении напряжения изменяется величина тока 1, проходящего через диод, а выходное напряжение остается постоянным.

На рис. 46,г приведена схема стабилизатора с использованием полупроводниковых диода и триодов. Здесь диод вводит опорное напряжение Напряжение между базой и эмиттером триода равноразности и напряжения, снятого с делителя напряжения Триод усиливает напряжение и подает его на регулирующий триод Регулирование тока, протекающего через триод происходит в связи с тем, что вместе с изменением напряжения изменяется также разность напряжений . В результате величина выходного напряжения остается приблизительно неизменной.

Действие электронных стабилизаторов напряжения основано на нелинейности внутреннего сопротивления электронной лампы, которая включается в стабилизируемую цепь таким образом, чтобы падение напряжения на этой лампе изменялось в зависимости от изменения напряжения питания.

Вторая электронная лампа (обычно пентод) предназначена для изменения отрицательного смещения на сетке первой лампы.

Коэффициент стабилизации электронного стабилизатора

где и - коэффициенты усиления ламп.

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения (рис. 47) конструктивно похожи на обычные трансформаторы.

Только у сердечника стабилизатора обмотки имеют неодинаковое сечение, причем первичная обмотка 1 находится на ненасыщаемой части сердечника с большим сечением, а вторичная обмотка 2 - на той части, которая имеет меньшее сечение и работает в режиме насыщения стали. Таким образом, феррорезонансные стабилизаторы основаны на использовании нелинейности кривой намагничивания стали. Конденсатор С, включенный параллельно обмотке 2, и дополнительная обмотка на ненасыщаемой части сердечника служат для увеличения эффекта стабилизации. В результате соответствующего подбора числа витков обмотки создаваемое ею напряжение обеспечивает стабилизацию выходного напряжения у нагрузки при изменении входного напряжения 78J.

Технические характеристики стабилизаторов приведены в табл. 20.