Файл: Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие.pdf

17. Определяем сопротивление R i по (6.29):

Я, = £+/+ = 7,4/(29,15- 10-®) = 254000 ом;

где по (6.28)

/ 1 = / б 1 — / ос = 33,3- 10-« — 9,15- 10-® = 29,15 • 10"» а.

Принимаем T?i= 250 000 ом.

18.Находим ток сигнала, необходимый для срабатывания. Максималь

значение этот ток будет иметь при максимальном коэффициенте усиления триода Т\, которое будет при максимальной температуре ЭмаксЗначение khi останется прежним (&л<=0 ,6 ):

7,4

= (29,15— 1,78 + 9,2) 10'“ =

‘800 000 + 2140

=36,57 • 10~® а или с округлением 37 мка.

Если принять коэффициент усиления й21эi бесконечно большим, то

§6.5. Полупроводниковые усилители

влинейном режиме

Вустройствах линейной защиты и автоматики энерго­ систем полупроводниковые усилители в линейном режиме пока мало используются. Однако их применение представляется перс­ пективным.

Усилители в линейном режиме {Л.32] используются для усиле­ ния синусоидальных колебаний, наложенных на стационарный — рабочий режим. В рабочем режиме входные и выходные напряже­ ния и токи каждого триода усилителя постоянны и не содержат

248

переменной слагающей. Значения этих постоянных (рабочих) на­ пряжений и токов выбираются заранее, и схема усилителя по постоянному току выбирается такой, чтобы обеспечить эти зна­

чения.

При появлении на входе усилителя дополнительной синусо­ идальной величины входные напряжения и токи триодов отклоня­ ются от своих рабочих значений. Если отклонения выходных вели­

режиме входной и выходной токи имеют некоторые фиксированные значения /вх .раб и / Вых.раб, соответствующие рабочей точке на ха­ рактеристике. В нижней части характеристики показано изме­ нение входного тока во времени iBx = f(t). До момента t0 входной

ные отклонения входного тока от его рабочего значения. Благо­ даря линейной зависимости 1Вых= /(*вх) отклонения выходного тока тоже синусоидальны. Когда нет отклонения входного тока, отсут­ ствует и отклонение выходного. Таким образом, синусоидальные составляющие во входном и выходном токах одновременно прини­ мают нулевое значение, т. е. их период и частота одинаковы. Амплитуда же выходного тока превышает амплитуду входного благодаря соответствующему наклону характеристики 1вых= }(1вх).

Сопротивления цепей усилителя для синусоидального тока мо­ гут отличаться от их сопротивлений для рабочего постоянного тока благодаря применению емкостей и индуктивностей. Поэтому схема усилителя должна рассматриваться и рассчитываться дважды:

249

один раз для рабочего режима и другой раз для переменной со­ ставляющей.

На рис. 6.8 показана схема двухкаскадного усилителя. Триоды включены по схеме с общим эмиттером. Связи источника сигнала с первым триодом, между триодами и второго триода с нагрузкой выполнены активными и емкостными сопротивлениями. Поэтому такой усилитель называется усилителем с RC-связью.

Рис. 6 .8 . Схема двухкаскадного усилителя с RC-связью

При рассмотрении схемы рис. 6.8 для постоянного тока емкости могут быть отброшены и соответствующие цепи разорваны как имеющие бесконечное сопротивление для постоянного тока (если

Рис. 6.9. Вид схемы рис, 6 .8 для рабочего режи­ ма (постоянной слагающей)

пренебречь проводимостью утечки). Соответственно схема приобре­ тает вид, изображенный на рис. 6.9. Цепи питания и нагрузки оборваны (постоянный ток там не протекает), связь между каска­ дами отсутствует. Каждый каскад поставлен в определенный рабо­ чий режим.

При рассмотрении той же схемы рис. 6.8 для переменной сла­ гающей примем для упрощения, что емкостные сопротивления пре­

250

небрежимо малы по сравнению с активными. Шины «+ » и «—» источника питания можно объединить, поскольку напряжение меж­ ду ними постоянно, т. е. не содержит переменной составляющей. При этом сопротивления R i и R2 (см. рис. 6.8) оказываются вклю­ ченными параллельно и могут быть заменены одним сопротивле­ нием

Рис. 6.10. Вид схемы рис. 6.8 для переменной сла­ гающей

Аналогичную замену можно произвести и в первом каскаде, в результате чего получится схема рис. 6.10.

Кроме усилителей с RC-связъю применяются усилители с транс­ форматорной связью. Схема такого усилителя показана на рис. 6.11.

Рис. 6.11. Схема двухкаскадного усилителя с транс­ форматорной связью

Наличие трансформаторной связи между каскадами, а также между генератором и первым каскадом и между нагрузкой и по­ следним каскадом позволяет согласовать сопротивления отдельных звеньев схемы выбором соответствующих коэффициентов трансфор­ мации. Благодаря этому в схеме с трансформаторной связью могут быть получены значительно большие коэффициенты усиления. Однако расчет самих трансформаторов представляет трудности из-за их подмагничивания постоянной составляющей тока.

251

Учитывая, что полупроводниковые усилители, работающие в линейной части характеристики, пока относительно мало применя­ ются в схемах релейной защиты и автоматики энергосистем, огра­ ничимся рассмотрением лишь усилителей с /?С-связью как более простых.

Основным требованием к схеме рабочего режима является ста­ бильность установленной рабочей точки. В связи с изменением параметров триодов при изменении температуры и вследствие старе­ ния, а также при замене триодов положение рабочей точки несколь­ ко изменяется. Это изменение не должно выходить за определен­ ные границы. Для стабилизации рабочего режима применяются различные меры, из которых наиболее распространенной является отрицательная обратная связь по току коллектора. Эта связь осу­ ществляется наличием сопротивления Rg в цепи эмиттера. Дейст­ вительно, при отклонении тока коллектора от расчетного значения, например при его увеличении, увеличиваются ток эмиттера и паде­ ние напряжения в сопротивлении Rg (см. рис. 6.9). Соответственно уменьшается ток базы триода, ограничивая увеличение тока кол­ лектора. Таким образом, сопротивление в цепи эмиттера ограничи­ вает колебания рабочего режима триода.

Коэффициент усиления по мощности kP многокаскадного уси­ лителя зависит в основном от его усиления по току. Действительно,

Однако UBых ограничено допустимым напряжением триода, а t/вх зависит от / лх и тем меньше, чем меньше / вх. Таким образом, при заданной выходной мощности коэффициент усиления по току kl = ^ВЫХ//вх определяет входной ток

а тем самым и входное напряжение. Чем больше коэффициент kIy тем меньше входной ток, входное напряжение, входная мощность и тем больше коэффициент усиления по мощности. Таким образом, следует стремиться к возможно большему усилению по току.

Общий коэффициент усиления по току равен произведению ко­ эффициентов усиления каскадов. В каждом же каскаде усилителя с /?С-связью коэффициент усиления по току равен произведению трех множителей (см. рис. 6.10):

(6.35)

где

(6.36)

(6.37)

(6.38)

252