background image

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).

background image

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

background image

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. 

background image

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:

background image

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.

background image

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

L

o

g

i

r

r

r

r

=

=

     

:

oraz

         

0

4

1

u

g

o

K

E

=

background image

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:

background image

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

background image

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.

background image

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

=

=

background image

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

background image

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). 

background image

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

background image

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