TRIAK (SYMISTOR)

BUDOWA SYMBOL

Triak (symistor) jest pięciowarstwową strukturą półprzewodnikową , pracującą przy dowolnym kierunku polaryzacji o własnościach tyrystora dwukierunkowego:

jeżeli napięcie zasilające U jest małe - prąd jest niewielki a układ zachowuje znaczny opór.

jeżeli napięcie zasilające U przekroczy pewien próg ( nap. przebicia) wówczas prąd płynący wzmacnia się , struktura półprzewodnikowa szybko nasyci się i przejdzie w stan przewodzenia o małym oporze.

resztkowy spadek napięcia między anodami w stanie przewodzenia wynosi około 1.5 [V].

przy zasilaniu nap. niższym od nap. przebicia do stanu przewodzenia można wywołać poprzez doprowadzenie do bramki impulsu prądowego.

włączony tyrystor doprowadzić można do stanu blokowania tylko poprzez wyłączenie nap. zasilającego przy braku sygnału na bramce.

I_AA

I_B>0 I_B =0 .

U_AA

CHARAKTERYSTYKA

ZASTOSOWANIE:

Sterowniki energii elektrycznej np.: do regulacji mocy wydzielanej w obwodzie prądu zmiennego w oporze R (sterowanie grzejników stabilizujących temp. )

R₁

U_WE ∼ U_B

Triak połączony jest tutaj szeregowo z odbiornikiem prądu wyzwalany jest krótkimi impulsami podawanymi na bramkę przesuniętymi w fazie względem oscylacji sieci zasilającej układ. W związku z tym przepływ prądu przez obwód , a tym samym wydzielanie się w nim energii następuje tylko od momentu wyzwolenia do chwili osiągnięcia zera nap. sieci , kiedy to następuje wyłączenie triaka.

REGULACJA:

Zmieniając przesunięcie fazowe , pomiędzy impulsami wyzwalającymi a oscylacjami sieciowymi , dokonuje się zmiany średniego prądu płynącego przez układ , co pozwala na regulację średniej mocy wydzielanej na oporniku.

Układ

sterowania

sieć Detektor zera bramki

ZALETY:

Regulacja przy niewielkich stratach cieplnych , gdyż w stanie przewodzenia , spadek potencjału na triaku jest niewielki (1.5V) a w stanie blokowania prąd praktycznie nie przepływa przez obwód. Możliwość zamiany triaka układem tyrystora współpracującego z mostkiem Gretza.

WADY:

Generowanie silnych i trudnych do wyeliminowania zakłóceń w momentach , gdy wyzwolony tyrystor w ciągu kilku mikrosekund włącza znaczny prąd.

Wadę tę można usunąć poprzez włączanie w zerze sieci. Do tego służy odpowiedni układ dokonujący detekcji chwil , gdy nap. w sieci przechodzi przez zero i triak jest włączany tylko w tych momentach.

Wzmacniacze operacyjne.

+

u+

_RD R+ R_WY

R- U_WY = k(u+ - u -)

u-

-

Cechy wzmacniacza operacyjnego:

• prąd wejściowy obu wejść jest równy zeru (nieskończona rezystancja wejściowa)

• ujemne sprzężenie zwrotne zawsze utrzymuje różnicę napięć uu bliską zeru (przy bardzo dużym wzmocnieniu k -musi być skończone napięcie wyjściowe)

Zastosowanie:

1.Wzmacniacz odwracający:

Napięcie una wejściu nieodwracającym jest równe zeru (uziemione).

Przez wejście (-) nie płynie prąd. Prąd wyjściowy i odpływa w całości przez opornik R

i = =

Wzmocnienie napięciowe k = = - przy rezystancji wejściowej R!

R₂

R₁

-

U_WE

U_WY

+

R₃

2.Wzmacniacz nieodwracający :

Prądy wejściowe są równe zeru. Spełniona jest także równość: u =U≅ u .

Prąd płynący wynosi i ==

Wzmocnienie napięciowe układu k = = przy rezystancji wejściowej wzm.!

R₂

R₁

-

U_WY

U_WE

+

3.Wzmacniacz sumujący:

Prąd płynący przez opornik sprzężenia zwrotnego R jest równy sumie prądów wejściowych i₁,…i_n.

Napięcie wyjściowe wynosi:

u_WY = - ( u_{WE 1} + u_{WE 2} + … + u_{WE n} )

Napięcie wyjściowe jest sumą napięć wejściowych pomnożonych przez odpowiadające im proporcje oporów R ₁ , R ₂ , … , R _n oraz R.

R_n R

U_WEn

R₂

U_WE2 -

U_WY

R₁

+

U_WE1

4.Wzmacniacz różnicowy :

Różnica potencjałów na obu wejściach u ₊ - u _- jest znikomo mała i prądy wejściowe są pomijalne.

i ₁ = = ; u₊ = U_{WE 2}

u_WY = U_{WE 2 -- U}

Napięcie wyjściowe jest różnicą napięć wejściowych pomnożonych przez odpowiadające im

proporcje oporów.

R₃

R₁

U_WE1 -

U_WY

R₂

+

U_WE2

R₃

5.Wzmacniacz różniczkujący:

Różniczkowanie sygnału wejściowego jest ścisłe i nie zależy od częstotliwości . Rezystancja wyjściowa jest niewielka , zatem można z niego pobierać prąd bez obawy zniekształcenia przebiegu.

u _WY = - iR ; i = = C gdzie q jest ładunkiem zgromadzonym w kondensatorze.

Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do pochodnej po czasie napięcia wejściowego !

R

C

-

U_WE U_WY

+

6.Wzmacniacz całkujący:

Prąd płynący przez kondensator umieszczony w obwodzie sprzężenia zwrotnego, jest równy prądowi płynącemu przez opornik na wejściu.

i = = C =

u_WY(t) = U(0) -- *τ)*τ. ; U(0) jest napięciem istniejącym na kondensatorze w chwili t = 0

Aby uniknąć stałych napięć powstających w wyniku samoistnego gromadzenia ładunku, układ wyposaża się w dodatkowy opornik R ₂,bocznikujący kondensator. Niekiedy zamiast opornika R ₂ stosuje się wyłącznikowe układy kasujące ładunek w kondensatorze C.

Zastosowanie

* do kształtowania przebiegów impulsowych, np. do przetwarzania sygnałów prostokątnych na trójkątne

*jako filtry dolno przepustowe

*jako układy uśredniające

*jako wzmacniacz impulsów wyjściowych fotopowielaczy

C ^R2

R

-

U_WY

U_WE

+

7.Wzmacniacz wykładniczy (eksponencjalny):

Jako element nieliniowy o charakterystyce wykładniczej wykorzystano tranzystor bipolarny. Prąd wejściowy układu odpływa w całości przez opornik sprzężenia, na którym panuje napięcie wyjściowe.

u _WY = --GRexp()

Układ ten jest najczęściej zastępowany wyspecjalizowanym układem scalonym.

Napięcie wyjściowe jest w przybliżeniu eksponentem napięcia wejściowego

R

-

U_WE U_WY

+

8.Wzmacniacz logarytmujący:

Wykorzystujemy tutaj w pętli sprzężenia zwrotnego tranzystor bipolarny jako element nieliniowy o charakterystyce logarytmicznej. Jego prąd kolektora spełnia równość:

i = G exp[]

gdzie:

G-pewna stała

e - ładunek elektronu

k - stała Boltzmanna

T - temperatura

U = - ( ) ln ( )

Napięcie wyjściowe jest w przybliżeniu równe logarytmowi napięcia wejściowego!

WADA:

Silna zależność temperaturowa napięcia wyjściowego.

R

-

U_WY

U_WE

+

9. Wtórnik napięciowy:

Jest układem o bardzo wielkiej rezystancji wejściowej i odpowiednio małej rezystancji wyjściowej.

Wzmocnienie k = =1

Zastosowanie:

Dopasowywanie rezystancji dwu obwodów.

R₂

-

_WY

WE +

10.przetwornik prąd-napięcie:

Wejście układu charakteryzuje się zerowym potencjałem względem masy

i =

Konwerterem prąd-napięcie jest rezystancja R

Zastosowanie:

Do pomiaru prądu płynącego przez fotodiodę.

WADA:

Wprowadza do obwodu dodatkową rezystancję . Użycie prostych układów oporowych powoduje wprowadzenie do obwodu spadku napięcia, co zaburza pracę diody.

R

_WE -

U_WY

+

Rzeczywiste wzmacniacze operacyjne i ich cechy:

Rzeczywiste wzmacniacze operacyjne wykazują szereg odstępstw od idealnego wzmacniacza operacyjnego.

• wzmocnienie ( z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego) nie jest nieskończone lecz rzędu 10⁵

• rezystancja wejściowa nie może być nieskończona i wynosi od 10⁶Ω (wzm.op. z wejściem na tranzystorach bipolarnych) -do 10¹²Ω(dla wzm. op. z wejściem na tranzystorach polowych)

• wzmocnienie nie jest niezależne od częstotliwości (poprawna praca do 1[MHz] ).

• prądy wejściowe wzmacniacza operacyjnego nie są równe zeru, nawet dla zerowych napięć na obu wejściach ( prądy rzędu od kilkudziesięciu pA do kilkudziesięciu nA (powodują one dodatkowo spadek napięcia na opornikach zewnętrznych i błędy w nap. wyjściowych).

• prądy wejściowe wejść odwracającego i nieodwracającego nie są sobie równe ( różnice około 10% wartości prądów wejściowych ).

• Rezystancja wyjściowa nie jest równa zeru, lecz przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego wynosi kilka omów

• Ujemne sprzężenie zwrotne redukuje rezystancję wyjściową

• Ograniczony, dopuszczalny przy poprawnej pracy zakres napięć wejściowych (około 90% wartości napięcia zasilania).

Ograniczone, maksymalne dopuszczalne różnicowe napięcie wejściowe

Zalety wzmacniaczy operacyjnych :

niezastąpiony w sytuacjach , kiedy trzeba dopasować rezystancje wejściowe lub wyjściowe, „dobudować” dodatkowy stopień wzmocnienia, sumować sygnały, dokonać ich różniczkowania lub całkowania.

---