Transoptor

Jest połączeniem diody LED jako źródła światła (nadajnika) i elementu
fotoczułego (najczęściej fototranzystor lub fotodioda) w jednej obudowie
(układzie scalonym). Pozwala przetwarzać prąd wejściowy (diody LED) na
prąd wyjściowy (np. fototranzystora) przy pełnej separacji galwanicznej
obwodów - ilość emitowanego światła przez LED jest proporcjonalna do jej
prądu, a prąd fototranzystora jest proporcjonalny do ilości odbieranego
światła. (Inne określenie: sprzęgacz optyczny)

Stosowane powszechnie w przekształtnikach energoelektronicznych
sterowanych przez układy cyfrowe (mikroprocesorowe). W tych układach
szczególnie ważnym parametrem jest napięcie przebicia między wejściem i
wyjściem (typowo ok. 1 kV, może sięgać kilkunastu kV).

Zabezpieczenia

T2

T4

T6

T3

T5

TH

RH

c

b

a

T1

Rez

o

lw

er,

L1

L2

L3

PE

Generator PWM

P

rz

e

tw

or

n

iki

a/

c

V

dc

i

a

i

b

V

dc

Temp.

SILNIK

PMSM

Pr

z

e

tw

.

O

b

r.

Im

p

.

Sterownik bramkowy

Łącze światłowodowe

Stosowane do przesyłania sygnałów na drodze optycznej na znaczne
odległości (kilkadziesiąt metrów – tanie światłowody z tworzyw sztucznych,
do setek kilometrów specjalne kable światłowodowe z domieszkowanego
szkła kwarcowego). Często stosowane w przekształtnikach enerogoelektro-
nicznych przy napięciach rzędu kilkunastu kV do separacji obwodów
bramkowych tranzystorów/tyrystorów mocy od układu sterowania.
Budowa i zasada działania jak w transoptorze, ale fala świetlna między
fotoemiterem a fotodetektorem prowadzone w specjalnym włóknie
otoczonym tzw. płaszczem od którego fala się odbija pozostając wewnątrz
włókna.

Wzmacniacz

Stosowane powszechnie urządzenie, służące do zwiększenia mocy sygnału,
doprowadzonego do jego wejścia. W analizie obwodowej wzmacniacz jest
przedstawiony z reguły jako czwórnik – element 4-zaciskowy (2 zaciski
wejściowe, 2 – wyjściowe).

g

g

L

i

o

i

o

i

o

u

i

o

u

U

U

lg

K

u

u

K

20

=

=

[dB]

i

o

i

i

i

K

=

Wzmocnienie napięciowe:

Wzmocnienie prądowe:

i

o

p

p

>>

Zależność mocy:

Do opisu wzmacniacza jako czwórnika stosuje się model przedstawiony na
schemacie i związane z nim równania:

o

i

o

o

i

i

I

a

U

a

U

I

a

U

a

I

⋅

+

⋅

=

⋅

+

⋅

=

22

21

12

11

o

o

i

u

o

i

i

i

I

r

U

K

U

r

U

I

⋅

−

⋅

=

=

0

g

g

L

i

o

i

o

i

u0

i

o

• a

11

– konduktancja wejściowa (1/r

i

); wpływ napięcia wejściowego na

prąd wejściowy,

• a

12

– oddziaływanie zwrotne; wpływ prądu wyjściowego na prąd

wejściowy (zwykle zerowa wartość),

• a

21

– wzmocnienie napięciowe rozwarciowe (K

u0

) ,

• a

22

– rezystancja wyjściowa (r

0

); wpływ prądu wyjściowego na napięcie

wyjściowe.

Aby uzyskać wzmacniacz napięciowy – maksymalne wzmocnienie napięcia
– winny być spełnione zależności:

wówczas: .

Jeżeli: to wzmocnienie napięciowe będzie

4-krotnie mniejsze, tzn.: , ale mamy wówczas największe

wzmocnienie mocy (rezystancje w obwodzie wejściowyym i wyjściowym
spełniają warunek dopasowania mocowego rezystora do obwodu – z tw.
Thévenina).

0

=

<<

∞

→

>>

o

L

o

i

g

i

r

r

r

r

r

r

:

najlepiej

:

najlepiej

0

u

g

o

K

E

U ≈

L

o

g

i

r

r

r

r

=

=

:

oraz

0

4

1

u

g

o

K

E

U =

Sprzężenie zwrotne:

Część sygnału wyjściowego wprowadza się – z reguły przez inny czwórnik

–

z powrotem na jego wejście, gdzie jest dodawana (sprzężenie dodatnie) lub
odejmowana

(sprzężenie ujemne)

od sygnału wejściowego. Rozpatrując

układ z ujemnym sprzężeniem zwrotnym jako wzmacniacz napięciowy,
gdzie wzmocnienie samego wzmacniacza jest równe k

w

, zaś wzmocnienie

obwodu (tzw. pętli) sprzężenia zwrotnego wynosi

β, otrzymamy:

wy

U

we

U

+

wy

we

R

U

U

U

⋅

−

=

β

wy

U

⋅

β

−

wzmacniacz

k

W

obwód sprzęże-

nia zwrotnego

β

W

W

we

wy

u

k

1

k

U

U

K

⋅

+

=

=

β

(

)

wy

we

W

R

W

wy

U

U

k

U

k

U

⋅

−

⋅

=

⋅

=

β

stąd:

Uwaga: przy wyprowadzeniu podanej zależności założyliśmy, że zarówno
sam wzmacniacz, jak i tor sprzężenia zwrotnego działają jak wzmacniacze
napięciowe idealne, tzn. dla obydwu z nich mamy:

0

=

∞

→

o

i

r

r

:

oraz

Wniosek: poprzez odpowiedni dobór obwodu sprzężenia zwrotnego można
kształtować wzmocnienie całego układu.

Dla wzmacniaczy – podobnie jak dla filtrów (filtr jest też rodzajem
wzmacniacza) – określa się charakterystyki częstotliwościowe amplitudowe
i fazowe.

Przykładowe charakterystyki amplitudowe wzmacniaczy:

prądu stałego

pasmowego

selektywnego

Rzeczywiste wzmacniacze wykazują ponadto nieliniowość charakterystyki
przenoszenia (wzmocnienie nie jest stałe dla wszystkich wartości sygnału
wejściowego.

Wzmacniacz różnicowy:

Prosty wzmacniacz różnicowy, oparty na tranzystorach bipolarnych, jest
układem dwuwejściowym. Sygnały wejściowe są podawane na bazy dwóch
identycznych tranzystorów.

Napięcia wyjściowe asymetryczne są w tym układzie równe:

2

2

1

1

C

C

CC

o

C

C

CC

o

I

R

U

U

I

R

U

U

⋅

−

=

⋅

−

=

zaś napięcie wyjściowe symetryczne wynosi:

a więc nie zależy od UCC.

(

)

2

1

2

1

2

1

C

C

C

o

o

o

I

I

R

U

U

U

−

⋅

−

=

−

=

−

Wzmacniacz operacyjny:

Wzmacniacz różnicowy jest członem wejściowym wzmacniacza
operacyjnego, który na wyjściu zawiera dodatkowo wzmacniacz mocy.
Nazwa wywodzi się od możliwości realizacji operacji matematycznych.
Wzmacniacz operacyjny jest tak zbudowany, aby jego sposób działania w
obwodzie był określony przede wszystkim przez zewnętrzny obwód
sprzężenia zwrotnego. Ponieważ ogólnie dla dowolnego wzmacniacza z
pętlą sprzężenia zwrotnego mamy:

W

W

we

wy

u

k

1

k

U

U

K

⋅

+

=

=

β

przy czym tu przez U

we

rozumie się różnicę potencjałów na obydwu

wejściach wzmacniacza (tzw. napięcie różnicowe). Aby działanie układu nie
było zależne od wzmocnienia k

W

samego wzmacniacza, musi być spełniony

warunek:

1

k

W

>>

⋅

β

czyli:

β

1

k

W

>>

gdyż w tym przypadku:

( )

W

u

k

f

1

K

≠

≈

β

β

1

k

W

>>

Warunek: może być spełniony dla dowolnego obwodu sprzęże-

nia zwrotnego (czyli dla różnych wartości

β) tylko wtedy, gdy:

∞

→

W

k

W rzeczywistych wzmacniaczach operacyjnych wartość tego wzmocnienia
– jest to wzmocnienie wzmacniacza z tzw. otwartą pętlą sprzężenia
zwrotnego – mieści się z reguły w zakresie

10

5

÷10

7

.

Wzmacniacz jest elementem aktywnym nieźródłowym, aby mógł działać w
obwodzie zgodnie z przeznaczeniem musi być doprowadzone do jego wejść
zasilających odpowiednie napięcie zasilania. Typowe wzmacniacze
operacyjne wymagają zasilania bipolarnego (dwubiegunowe - dodatnie i
ujemne), najczęściej z zakresu ±15V (niekiedy ±12V lub ±5V), istnieją też
wzmacniacze zasilane unipolarnie (najczęściej napięciem +5V).

Wzmacniacz operacyjny jest wzmacniaczem różnicowym o dwóch
zaciskach wejściowych, tzn. wzmocnienie k

W

wzmacniacza z otwartą pętlą

sprzężenia zwrotnego dotyczy stosunku napięcia wyjściowego do

różnicy

napięć doprowadzonych do jego wejść:

-

+

(

)

(

)

+

−

−

+

−

−

=

−

=

U

U

k

U

U

k

U

W

W

wy

U

-

U

wy

U

+

Częściej wzmacniacz jest stosowany w układzie z jednym wejściem:

-

+

we

W

wy

U

k

U

⋅

−

=

U

we

U

wy

Wejście oznaczone „

+

” to wejście

nieodwracające

: doprowadzając sygnał

do tego wejścia na wyjściu otrzymamy sygnał o tej samej polaryzacji
(znaku) względem potencjału odniesienia (tzw. masy układu) - przy
napięciu stałym, lub o tej samej fazie – przy napięciu sinusoidalnym.
Wejście oznaczone „

-

” to wejście

odwracające

: doprowadzając sygnał do

tego wejścia na wyjściu otrzymamy sygnał o odwrotnej polaryzacji
względem masy układu - przy napięciu stałym, lub o przeciwnej fazie
(zmienionej o 180

°

) – przy napięciu sinusoidalnym. Na schematach

ideowych często pomija się zaciski zasilania.

-

+

U

N

U

wy

U

P

U

R

+U

Z

-U

Z

(

)

R

W

N

P

W

wy

U

k

U

U

k

U

⋅

=

−

=

ok. -U

Z

ok. +U

Z

U

wy

U

R