Повторные зажигания

Упражнение 8.12. С какой целью на каждом входе измерительного усилителя ставят повторители напряжения?

Аналоговые ИМС строятся на основе базовых элементарных каскадов. К числу базовых относятся усилительные каскады на БТ с общим эмиттером и на ПТ с общим истоком. Базовые каскады осуществляют усиление мощности при одновременном усилении напряжения или тока, а также напряжения и тока. В соответствии с этим данные каскады разбивают на следующие группы: усилители, обеспечивающие усиление напряжения и тока; повторители напряжения, усиливающие ток; повторители тока, усиливающие напряжение, каскоды.

Повторители напряжения и тока. Такие схемы представляют собой элементарные усилительные каскады, охваченные глубокой обратной связью соответственно по напряжению и току.

На 2.3 приведена обобщенная схема простейшего повторителя напряжения. В качестве активного прибора могут быть использованы БТ и нормально закрытый ПТ. В первом случае — это эмиттерный повторитель, во втором — истоковый повторитель. По существу, эмиттерный (истоковый) повторитель представляет собой простейший усилительный каскад с общим эмиттером (истоком), охваченный обратной связью с коэффициентом передачи напряжения уи = 1 . Повторители напряжения обладают высоким входным сопротивлением, обеспечиваемым последовательной обратной связью. Входные и выходные сопротив-

Выходное сопротивление повтор ител ел ей напряжения уменьшается с уменьшением /?г. Благодаря высокому входному сопротивлению и малому выходному повторители напряжения широко используются в аналоговых ИМС в качестве буфера, обеспечивающего увеличение мощности, отдаваемой в низкоомную нагрузку при работе от высоко-омного источника сигнала.

где 7„о = (1 +Я„н/О-г; Тэ = 11-МЯэн + '-э) (Р+ 1)/г„Г1 Поскольку повторители напряжения имеют коэффициент

Выходные каскады. Одним из основных требований, предъявляемых к выходным каскадам, является обеспечение высоких значений выходной мощности. Усиление по напряжению в них является второстепенным фактором, поэтому в качестве выходных каскадов применяют, как правило, повторители напряжения.

Для усиления сигналов импульсной формы требуются широкополосные усилители (обозначаемые УК), повторители напряжения (УЕ) и специальные импульсные усилители (УИ).

2) повторители напряжения (повторяют на выходе напряжение, действующее на входе. Усиление мощности в них происходит за счет усиления тока);

Последовательная обратная связь обеспечивает повышение входного сопротивления, поэтому повторители напряжения обладают высоким входным сопротивлением:

В качестве выходных каскадов наиболее часто применяют повторители напряжения, которые обеспечивают более высокое быстродействие, одновременно повышая нагрузочную способность ИМС. При этом, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность, обычно применяют двухтактные каскады, работающие в режиме В или АВ. Двухтактный каскад на повторителях напряжения можно построить на комплементарных парах п-р-п-и р-п-р-транзисторов ( 3.35). В таком каскаде передача на выход сигналов отпирающей полярности обеспечивается п-р-п-транзистором Т\, а сигналов запирающей полярности - р-п-р-транзистором TZ. Под действием сигналов соответствующей полярности один из транзисторов отпирается и, работая как повторитель напряжения, формирует выходное напряжение. При работе в режиме В ( 3.35, а) рассеиваемая мощность меньше, однако заметного значения достигают нелинейные искажения, в особенности при усилении сигналов, амплитуда которых меньше или сравнима с напряжением отпирания транзистора [/от.т. Эти искажения уменьшаются при работе в режиме АВ, который обычно реализуют при помощи транзисторных структур в диодном включении ( 3.35,6), обеспечивающих на входе двухтактного усилителя начальное смещение, равное 2[/бэ« 2[/от.т.

/) внешняя характеристика источника питания должна быть круто падающей (кривая 2). Чем больше крутизна в рабочей части внешней характеристики источника питания [точка /С), тем меньше колебания тока при изменениях длины дуги. При падающей характеристике напряжение холостого хода источника питания значительно превышает необходимое рабочее напряжение дуги, что облегчает первоначальное и повторные зажигания дуги, особенно при сварке на переменном токе. Круто падающая характеристика, помимо того, обеспечивает существенное ограничение токе короткого замыкания, который по отношению к рабочему сварочному току обьщно находится в пределах

После пробоя напряжение между контактами выключателя снизится практически до нуля, а напряжение UL • — до величины напряжения источника; в выключателе снова появится ток is, который быстро возрастает, после чего происходит новый срез тока, но уже при несколько меньшем его мгновенном значении. Вследствие этого и амплитуда ожидаемого напряжения оказывается несколько меньше. Однако поскольку она все же превосходит величину ипр + + е, происходит новое зажигание дуги. Процесс повторяется до тех пор, пока постепенно уменьшающийся максимум ожидаемого напряжения не сделается меньше восстанавливающейся прочности выключателя. После этого повторные зажигания могут происходить - на втором полупериоде собственных колебаний, в течение которого "АВ — MI + е, как это следует из 23-8. При этом перенапряжения на отключаемой индуктивности уменьшаются.

В ряде случаев повторные зажигания дуги в выключателях длятся в течение двух и более полупериодов промышленной частоты. Чем дольше продолжается процесс повторных зажиганий, тем большие значения имеют перенапряжения на отключаемой индуктивности в связи с постепенным ростом восстанавливающейся прочности между контактами, выключателя. Очевидно, что предельное значение перенапряжения определяется равенством

Если бы повторные зажигания дуги в выключателе продолжались неограниченно долго, перенапряжения на отключаемом конденсаторе непрерывно возрастали бы в соответствии с 23-10, б.

расхождение контактов может начаться в произвольный момент времени, а погасание дуги, после которого начинает восстанавливаться напряжение, происходит при переходе тока через нуль. Таким образом, на 23-11, а т представляет собой интервал между началом расхождения контактов и моментом обрыва тока. Можно принять, что наибольшее значение т равно полупериоду промышленной частоты, так как в большинстве случаев ток обрывается при первом переходе через нуль после начала расхождения контактов, т. е. в пределах полупериода. Из графика видно, что при значениях т > тх повторного зажигания не произойдет, так как к моменту обрыва тока контакты расходятся настолько, что пробивное напряжение межконтактного промежутка выше, чем восстанавливающееся напряжение. При т. < TJ повторные зажигания возможны, но они происходят не при максимуме, а при меньших мгновенных значениях напряжения. Интервал TJ соответствует предельному случаю, когда прямая 2 является касательной к кривой 1. Очевидно, вероятность повторных зажиганий равна отношению tj/0,571. Величину тх можно определить, если приравнять крутизны восстанавливающихся и пробивных напряжений, а также мгновенные значения напряжений, используя уравнения

Таким образом, в случае применения воздушных выключателей существует небольшая вероятность одного повторного зажигания, в результате которого максимальное напряжение должно быть меньше 3?/ф. Многократные повторные зажигания очень редки.

Поскольку маловероятно, что интервал между началом расхождения контактов и моментом обрыва тока окажется больше полупериода, то вероятность повторного зажигания практически равна единице. На 23-11,6 дана стилизированная картина процесса для т = Т12 после первого и второго обрыва дуги (моменты / и ///). Процесс имеет тот же характер, что на 23-10, б, но с той разницей, что повторные зажигания происходят не в момент максимума э. д. с.

ных зажиганий — до 7—11—перенапряжения на линиях редко превышают 3 ?/ф. Характерно, что число повторных зажиганий практически не влияет на возможную максимальную кратность перенапряжений, которая достигается уже при одном-двух повторных зажиганиях. В современных воздушных выключателях с продольным дутьем обычно не возникают повторные зажигания дуги. Лишь в отдельных случаях наблюдаются единичные повторные зажигания примерно через четверть периода промышленной частоты после первого обрыва тока. Возникающие колебания имеют небольшую амплитуду и перенапряжения не превышают 1,5 t/ф. На 274 приведены вероятностные кривые перенапряжений при отключении ненагруженных линий выключателями различных типов.

Из приведенного упрощенного анализа следует, что в отличие от отключения емкостей при отключении индуктивностей повторные зажигания дуги в выключателях приводят к снижению величин перенапряжений на отключаемом объекте. Поэтому выключатели, имеющие малую скорость возрастания электрической прочности, приводят к меньшим величинам перенапряжений.

Кроме того, реакторы ограничивают также перенапряжения переходного режима. Например, при отключении ненагруженной линии после обрыва дуги в выключателе емкость линии разряжается через реактор. При этом уменьшается величина восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя, и повторные зажигания дуги либо не возникают, либо дают незначительные перенапряжения.

имеет максимальное значение. Однако большая скорость ПВН сама по себе не может вызвать повторного зажигания дуги, если максимум напряжения мал. По мере удаления точки замыкания максимумы напряжения увеличиваются. Вероятность повторного зажигания дуги также увеличивается. Опыт показывает, что критические условия имеют место при значениях s в пределах от 0,9 до 0,6. За пределами критической зоны максимумы напряжения велики, однако повторные зажигания дуги не имеют места, так как отключаемый ток и скорость ПВН значительно снижены. Значение s, соответствующее критическим условиям, зависит от мощности системы, номинального тока отключения выключателя, его чувствительности к скорости ПВН.