Tính toán mạch phi tuyến. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Radio nghiệp dư cho người mới bắt đầu

 Bình luận bài viết

Mạch tuyến tính là mạch có đặc tính không phụ thuộc vào điện áp hoặc dòng điện đặt vào. Một phần tử tuyến tính là một điện trở (miễn là dòng điện không quá cao và điện trở không quá nóng và cháy), một tụ điện (miễn là điện áp trên nó thấp hơn điện áp đánh thủng) và nhiều thứ khác. Cho đến bây giờ, chúng tôi chỉ xử lý như vậy. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, thuộc tính của các phần tử thay đổi tùy thuộc vào điện áp trên chúng hoặc dòng điện. Các phần tử như vậy và các mạch chứa chúng được gọi là phi tuyến tính.

Các phần tử phi tuyến tính điển hình và phổ biến nhất là các thiết bị bán dẫn (điốt, bóng bán dẫn), thiết bị phóng điện khí và ống chân không. Có điện trở phi tuyến tính (varistors) và điện dung phi tuyến tính (varicaps). Một cuộn cảm có lõi từ luôn phi tuyến tính ở một mức độ nào đó. Tùy thuộc vào mục đích của phần tử, họ cố gắng giảm tính phi tuyến tính (ví dụ: trong bộ khuếch đại) hoặc ngược lại, nhấn mạnh nó càng nhiều càng tốt (trong máy dò và bộ chỉnh lưu, trong bộ ổn định điện áp và dòng điện).

Trước tiên, hãy xem xét hành vi của các phần tử phi tuyến tính bán dẫn ở dòng điện một chiều, chuyển từ đơn giản sang phức tạp. Ngay cả đặc tính dòng điện-điện áp của một diode thông thường cũng chỉ có thể được mô tả gần đúng bằng giải tích (sử dụng công thức). Nó có thể được thiết lập dưới dạng một bảng liên quan đến dòng điện qua phần tử với điện áp ở các cực của nó, nhưng nó được thực hiện tốt nhất bằng đồ họa. Không có gì ngạc nhiên khi các đặc điểm của điốt và bóng bán dẫn được đưa ra trong sách tham khảo dưới dạng biểu đồ!

Trên hình. Hình 18 cho thấy đặc tính dòng-điện áp của dòng điện i qua một số đi-ốt trừu tượng phụ thuộc vào điện áp ở các cực U của nó. Với điện áp ngược trên đi-ốt (ở bên trái điểm 0 trên đồ thị), dòng điện qua đi-ốt rất nhỏ ( hiện tại ngược). Ở điện áp thuận dưới ngưỡng Upop nhất định, dòng điện cũng nhỏ, nhưng tình hình sẽ thay đổi khi U>Upor. Bây giờ dòng điện tăng mạnh và đường cong đi lên dốc. Điện áp ngưỡng phụ thuộc vào chất của chất bán dẫn. Đối với điốt gecmani, nó xấp xỉ 0,15 V, đối với silicon - 0,5 V.

Độ dốc của đặc tính dòng điện-điện áp tại mỗi điểm xác định điện trở vi sai của diode. Có thể dễ dàng xác định nó bằng cách đặt một số mức tăng điện áp D11 và tìm mức tăng dòng điện tương ứng Δi1; Vdiff = ΔU1/Δi1. Ở phía bên trái của biểu đồ, nó lớn và ở phía bên phải, nó nhỏ - có cùng mức tăng điện áp ΔU2 = ΔU1 tương ứng với mức tăng dòng điện lớn hơn nhiều Δi2. Sự phụ thuộc mạnh mẽ của Vdiff vào điện áp hoặc dòng điện qua diode được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật vô tuyến.

Ví dụ, hãy tính toán bộ điều chỉnh điện áp đơn giản nhất (Hình 19), chứa điốt bán dẫn VD1 và điện trở giới hạn dòng điện R1. Rõ ràng là tổng điện áp rơi trên điện trở và trên diode bằng với điện áp đầu vào Uin. Hãy gọi sự sụt giảm trên điện áp ổn định diode Ust. Khi đó Ust = Uin - iR1. Nhưng cường độ dòng điện trong mạch phụ thuộc vào Ust nên không thể giải phương trình này bằng phương pháp phân tích mà có thể dễ dàng thực hiện bằng đồ thị.

Hãy vẽ biểu đồ Uin trên trục hoành và vẽ đặc tính tải tương ứng với điện trở R1 đã chọn (đường thẳng trong Hình 18). Nhớ lại rằng nó được vẽ qua hai điểm trên các trục: Uin và iK3 = Uin/R1. Chỉ tại một điểm, dòng điện qua diode và điện trở trùng nhau - tại điểm giao nhau của đặc tính diode với dòng tải - các chế độ khác trong mạch là không thể. Giao điểm và đưa ra Ust mong muốn. Bằng đồ thị, bạn có thể thấy Ust thay đổi như thế nào khi Uin hoặc điện trở của điện trở R1 thay đổi.

Trong thực tế, điốt ổn áp thông thường hiếm khi được sử dụng, chỉ khi cần điện áp thấp. Điốt Zener được sử dụng rộng rãi, được sản xuất cho nhiều loại điện áp. Đây cũng là các điốt, nhưng hoạt động trên nhánh ngược của đặc tính. Ở một điện áp nhất định, chúng xảy ra sự cố tuyết lở có thể đảo ngược và dòng điện tăng mạnh. Mạch để bật diode zener thay vì diode được hiển thị trong hình. 19 nét đứt.

Do đặc tính của diode zener trong vùng Ust rất dốc và Ust gần như không phụ thuộc vào dòng điện, nên việc tính toán mạch được đơn giản hóa: với dòng điện qua diode zener i, chúng ta thấy R1 = (Uin-Ust) / Tôi. Nếu một tải được kết nối song song với điốt zener, tiêu thụ một số dòng điện iH, thì i = ist + iH, trong đó ist là dòng điện qua điốt zener. Cần lưu ý rằng ổn định càng tốt thì dòng điốt zener càng lớn so với dòng tải.

Một ví dụ khác, hãy tính toán chế độ của tầng khuếch đại bóng bán dẫn đơn giản (Hình 20).

Ví dụ, một bóng bán dẫn silicon, dòng KT315, mở ở điện áp cơ sở khoảng 0,5 V, tuy nhiên, không thể áp dụng độ lệch như vậy từ nguồn điện áp (nguồn có điện trở trong thấp), vì sự thay đổi nhỏ nhất trong điện áp phân cực sẽ dẫn đến sự thay đổi lớn của dòng điện qua tranzito. Nên đặt dòng điện phân cực qua điện trở có điện trở lớn R1, nhưng không phải từ nguồn điện (đôi khi được thực hiện không chính xác), mà để ổn định chế độ từ bộ thu bóng bán dẫn.

Nên đặt điện áp trên bộ thu bằng một nửa điện áp nguồn: UK = Upit/2. Điều này sẽ đảm bảo độ tuyến tính của bộ khuếch đại tốt và cắt đối xứng các tín hiệu mạnh. Chúng tôi đặt dòng thu của bóng bán dẫn (vì lý do hợp lý - đối với các tầng công suất thấp từ phân số đến vài milliamp) và tìm R2 = Upit / 2iK. Trở kháng đầu ra của tầng sẽ giống nhau. Bây giờ chúng ta lấy hệ số truyền dòng của bóng bán dẫn h21E từ sách tham khảo và tìm dòng cơ sở ib = iK / h21E- Việc còn lại là tìm điện trở của điện trở phân cực R1 = Upit / 2ib. Dễ thấy rằng R1 =R2 h21E.

Tuy nhiên, quá trình tính toán đã hoàn tất, nếu h21E của bóng bán dẫn rất khác so với giá trị lấy từ dữ liệu tham chiếu, thì có thể cần phải chọn điện trở R1 cho đến khi đạt được UK = Upit / 2.

Chúng ta hãy xem xét ngắn gọn hoạt động của các mạch phi tuyến khi tiếp xúc với dòng điện xoay chiều, và lấy ví dụ, xem xét hoạt động của một bộ giới hạn đối xứng được chế tạo trên hai điốt silicon được kết nối đối song song (Hình 21).

Nếu điện áp đầu vào Uvx lớn hơn nhiều so với Uthr, dòng điện trong mạch chỉ được xác định bởi điện áp đầu vào và điện trở của điện trở R1: i = Uvx / R1. Đặc tính dòng điện-điện áp của điốt sẽ được hiển thị dưới dạng một đường cong đối xứng, như trong hình. 22. Sau khi xây dựng biểu đồ dòng điện ở bên trái (trong ví dụ là hình sin), có thể dễ dàng vẽ biểu đồ điện áp trên điốt theo từng điểm (đường cong bên dưới). Chúng tôi thấy rằng hình dạng điện áp thu được gần với hình chữ nhật, với biên độ khoảng 0,5 V.

Tương tự, bạn có thể tìm thấy dạng dòng điện hoặc điện áp trong bất kỳ mạch nào khác có đặc tính phi tuyến tính.

Chúng tôi lưu ý một tình huống quan trọng. Nếu trong các mạch tuyến tính có tác động hình sin với một tần số f nhất định, không có tín hiệu nào có tần số khác phát sinh, thì trong các mạch phi tuyến, mọi thứ lại khác. Trong ví dụ của chúng tôi, một điện áp hình sin có một tần số f được áp dụng cho bộ giới hạn và điện áp đầu ra đã chứa toàn bộ phổ tần số, trong trường hợp này là f, 3f, 5f, v.v. Nhiều tần số được gọi là sóng hài. Nếu một trong các điốt bị tắt, chỉ có nửa sóng của một cực sẽ bị hạn chế và thậm chí cả sóng hài sẽ xuất hiện.

Bức tranh thậm chí còn phức tạp hơn nếu tổng các dao động có tần số khác nhau f1 và f2 đi vào mạch phi tuyến - khi đó các tần số kết hợp f1 + f2, f1 - f2 và các tần số khác sẽ xuất hiện, trong trường hợp chung là mf1 ± nf / 2, trong đó tối thiểu là các số nguyên. Vì biên độ của các sản phẩm méo phi tuyến tính này có liên quan trực tiếp đến hệ số phi tuyến tính, nên có thể ước tính hệ số phi tuyến tính, ví dụ, trong các bộ khuếch đại tần số âm thanh, bằng cách áp dụng tín hiệu hai âm cho đầu vào và đo biên độ của các thành phần bên ở đầu ra của bộ khuếch đại.

Câu hỏi tự kiểm tra. Vẽ đặc tính dòng điện-hiệu điện thế của một bóng đèn sợi đốt thông thường, biết rằng điện trở của dây tóc tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (nhiệt độ phòng bình thường là 300°K, nhiệt độ của dây tóc ở nhiệt độ toàn phần là 3000°K).

Tất nhiên, chúng ta không thể giải quyết triệt để bài toán nhiệt động học về sự phụ thuộc của nhiệt độ dây tóc bóng đèn vào điện áp, dòng điện hoặc công suất đặt vào, vì điều này sẽ yêu cầu giải phương trình vi phân. Tuy nhiên, chúng ta có thể xây dựng một đồ thị gần đúng về đặc tính dòng điện-điện áp (CVC) của đèn dựa trên cơ sở sau: ở điện áp bằng 300 thì không có dòng điện, nhiệt độ của dây tóc là 0 K và điện trở của nó là Ro. Đây là điện trở vi sai tại điểm 1 của VAC, xác định độ dốc của đường cong: α0~ΔI/ΔU=XNUMX/RXNUMX. Ta ký hiệu tọa độ của điểm cuối CVC là Unom và Inom.

Đây là điện áp danh định và dòng điện của đèn. Điện trở chênh lệch tại điểm này lớn hơn 10 lần (vì nhiệt độ là 3000 K). Theo đó, α1 sẽ ít hơn: α~ 1/10Ro Phần còn lại, có hai điểm của CVC và hai hướng của đường cong tại các điểm này, nối chúng bằng một đường thẳng (Hình 62).

Như bạn có thể thấy, đèn sợi đốt thông thường có các đặc tính của bộ ổn định dòng điện - hàng đổi hàng, vì với những thay đổi đáng kể về điện áp trên đèn (đặc biệt là gần UHOM), dòng điện qua đèn ít thay đổi.

Tác giả: V.Polyakov, Moscow

Xem các bài viết khác razdela Radio nghiệp dư cho người mới bắt đầu.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang 05.05.2024

Thế giới khoa học và công nghệ hiện đại đang phát triển nhanh chóng, hàng ngày các phương pháp và công nghệ mới xuất hiện mở ra những triển vọng mới cho chúng ta trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong những đổi mới như vậy là sự phát triển của các nhà khoa học Đức về một phương pháp mới để điều khiển tín hiệu quang học, phương pháp này có thể dẫn đến tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực quang tử học. Nghiên cứu gần đây đã cho phép các nhà khoa học Đức tạo ra một tấm sóng có thể điều chỉnh được bên trong ống dẫn sóng silica nung chảy. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng lớp tinh thể lỏng, cho phép người ta thay đổi hiệu quả sự phân cực của ánh sáng truyền qua ống dẫn sóng. Bước đột phá công nghệ này mở ra triển vọng mới cho việc phát triển các thiết bị quang tử nhỏ gọn và hiệu quả có khả năng xử lý khối lượng dữ liệu lớn. Việc điều khiển phân cực quang điện được cung cấp bởi phương pháp mới có thể cung cấp cơ sở cho một loại thiết bị quang tử tích hợp mới. Điều này mở ra những cơ hội lớn cho ... >>

Bàn phím Primium Seneca 05.05.2024

Bàn phím là một phần không thể thiếu trong công việc máy tính hàng ngày của chúng ta. Tuy nhiên, một trong những vấn đề chính mà người dùng gặp phải là tiếng ồn, đặc biệt là ở các dòng máy cao cấp. Nhưng với bàn phím Seneca mới của Norbauer & Co, điều đó có thể thay đổi. Seneca không chỉ là một bàn phím, nó là kết quả của 5 năm phát triển để tạo ra một thiết bị lý tưởng. Mọi khía cạnh của bàn phím này, từ đặc tính âm thanh đến đặc tính cơ học, đều được xem xét và cân bằng cẩn thận. Một trong những tính năng chính của Seneca là bộ ổn định im lặng, giúp giải quyết vấn đề tiếng ồn thường gặp ở nhiều bàn phím. Ngoài ra, bàn phím còn hỗ trợ nhiều độ rộng phím khác nhau, thuận tiện cho mọi người dùng. Mặc dù Seneca vẫn chưa có sẵn để mua nhưng nó được lên kế hoạch phát hành vào cuối mùa hè. Seneca của Norbauer & Co đại diện cho các tiêu chuẩn mới trong thiết kế bàn phím. Cô ấy ... >>

Khai trương đài quan sát thiên văn cao nhất thế giới 04.05.2024

Khám phá không gian và những bí ẩn của nó là nhiệm vụ thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học từ khắp nơi trên thế giới. Trong bầu không khí trong lành của vùng núi cao, cách xa ô nhiễm ánh sáng thành phố, các ngôi sao và hành tinh tiết lộ bí mật của chúng một cách rõ ràng hơn. Một trang mới đang mở ra trong lịch sử thiên văn học với việc khai trương đài quan sát thiên văn cao nhất thế giới - Đài thiên văn Atacama của Đại học Tokyo. Đài quan sát Atacama nằm ở độ cao 5640 mét so với mực nước biển mở ra cơ hội mới cho các nhà thiên văn học trong việc nghiên cứu không gian. Địa điểm này đã trở thành vị trí cao nhất cho kính viễn vọng trên mặt đất, cung cấp cho các nhà nghiên cứu một công cụ độc đáo để nghiên cứu sóng hồng ngoại trong Vũ trụ. Mặc dù vị trí ở độ cao mang lại bầu trời trong xanh hơn và ít bị nhiễu từ khí quyển hơn, việc xây dựng đài quan sát trên núi cao đặt ra những khó khăn và thách thức to lớn. Tuy nhiên, bất chấp những khó khăn, đài quan sát mới mở ra triển vọng nghiên cứu rộng lớn cho các nhà thiên văn học. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ Viên uống mới thay thế thuốc uống hàng ngày 20.11.2016 Một nhóm các nhà khoa học từ MIT và Bệnh viện Brigham đã phát triển một công nghệ độc đáo, thay vì uống thuốc hàng ngày vào một giờ cố định, chỉ cần nuốt một viên thuốc là đủ. Những người mắc các bệnh mãn tính như hen suyễn hoặc bệnh tim thường phải dùng thuốc hàng ngày. Nhưng về bản chất, thủ tục đơn giản này là một vấn đề lớn đối với nhiều người. Trên thực tế, ít hơn 50% số người thực sự uống thuốc đều đặn và đúng giờ. Nhưng các nhà nghiên cứu tại MIT và Bệnh viện Brigham (BWH) ở Boston đã đưa ra một giải pháp tài tình: họ đã tạo ra một viên thuốc duy nhất, khi nuốt phải, sẽ cung cấp cho cơ thể liều lượng thuốc cần thiết trong một thời gian dài. Thiết bị mới, cho đến nay mới chỉ được thử nghiệm trên lợn, không chỉ có thể là một giải pháp tiềm năng cho vấn đề của những bệnh nhân mắc bệnh mãn tính, mà còn là một cách rất hiệu quả để điều trị những căn bệnh đang phổ biến ở các nước Thế giới thứ ba và cần lâu dài. liệu pháp điều trị hạn, chẳng hạn như bệnh sốt rét. Để có hiệu quả, những viên thuốc mới phải vượt qua một số trở ngại nghiêm trọng. Như bạn đã biết, dạ dày được trang bị cơ bắp mạnh mẽ để đẩy tất cả các chất có trong ruột non, vì vậy không dễ dàng để một viên thuốc giữ nguyên vị trí. Để giải quyết vấn đề này, nhóm các nhà khoa học đã ban tặng loại thuốc này một thiết kế đặc biệt, để khi uống vào, viên nang sẽ mở ra thành một dạng ngôi sao mà đơn giản là không thể chui vào ruột. Một lớp phủ polymer đặc biệt đảm bảo rằng các liều thuốc đã được hiệu chuẩn trước được giải phóng một cách nhất quán và đi vào cơ thể ở một khoảng thời gian nhất định. Ngay sau khi viên nang trở nên rỗng, nó cuối cùng sẽ tan rã và được đào thải ra khỏi cơ thể một cách tự nhiên. Theo Giovanni Traverso, tác giả chính của nghiên cứu và là bác sĩ tiêu hóa chuyên về kỹ thuật y sinh, loại liệu pháp này có thể có lợi trong các trường hợp huyết áp cao và tiểu đường, các triệu chứng không xuất hiện với tần suất thường xuyên, và do đó một người đơn giản là bạn có thể quên đi việc dùng thuốc trong nhịp sống hối hả và nhộn nhịp hàng ngày. Hiện nay, trên thị trường đã có những loại thuốc có tác dụng kéo dài, nhưng ngay cả những loại thuốc này cũng được đào thải ra khỏi dạ dày vào cuối ngày. Để thực sự điều trị lâu dài, bác sĩ và bệnh nhân phải tiếp tục sử dụng các miếng dán, cấy ghép và thuốc tiêm tĩnh mạch. Dự án được tài trợ một phần bởi Quỹ Bill Gates, là một phần của chiến dịch toàn cầu nhằm loại bỏ bệnh sốt rét cho dân số Thế giới thứ ba. Ban đầu, các nhà nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng một loại thuốc chống ký sinh trùng có tên là ivermectin, nếu dùng lâu dài sẽ làm giảm đáng kể nguy cơ mắc bệnh. Trong quá trình thử nghiệm trên lợn, các nhà khoa học có thể phân lập thuốc với liều lượng nhỏ trong thời gian 10 ngày. Tất nhiên, công nghệ này vẫn còn lâu mới có thể sử dụng được trên thị trường thương mại, nhưng vẫn đang ở phía trước. Bước tiếp theo sẽ là một loạt các thử nghiệm cuối cùng trên lợn, sau đó nhóm các nhà khoa học sẽ có thể đi sâu vào các thử nghiệm trên người về liệu pháp này.

Tin tức thú vị khác:

▪ Các bộ phận giả y tế của Lamborghini

▪ Sony PlayStation di động 2

▪ Xe buýt điện chạy bằng hydro

▪ Sự giống nhau về khuôn mặt làm tăng sự tin tưởng giữa những người cùng giới tính

▪ Màn hình được chiếu sáng tự nhiên

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần công trường Công trình điện. Lựa chọn bài viết

▪ bài viết Hôm nay tôi là một thiên tài. biểu hiện phổ biến

▪ bài viết Thủy tinh được phát hiện như thế nào? đáp án chi tiết

▪ bài viết của Joster Pursha. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng

▪ bài viết Cảm biến nhiệt. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài viết Chiếc khăn bí ẩn. bí mật tập trung

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web

www.diagram.com.ua
2000-2024