Rakenduselekroonika (1)

Rakenduselektroonika

1.1 Võimendid

Võimenditeks nim seadmeid, mille abil toimub signaali amplituudi suurendamine , nii, et võimalikult säiluks signaali kuju.
Joonis 1.1.1
Igal võimendil on alati 2 sisend klemmi millega ühendatakse signaali allikas ja 2 väljund klemmi millega ühendatakse see objekt millele antakse võimendatud signaal . Peale selle vajab võimendi ka toiteallikat, mille energia arvel toimub võimendus protsess. Võime vaadelda ka nii, et võimendi on regulator mis juhib toiteallika energiat tarbijasse kooskõlas signaali muutustega .
Sõltuvalt sellest milliseid võimendus elemente kasutatakse on olemas erinevaid võimendeid. Elektriliste signaalide võimendamiseks kasutatakse: transistor võimendeid, elektronlamp võimendeid, magnet võimendeid ja eletrimasin võimendeid.
Väga levinud on võimendite liigitus kasutus otstarbel ja sagedus omaduste järgi sest kasutusvaldkond sõltub suuresti võimendi sageduslikest omadustest. Üks levinumaid võimendi liike on helisagedusvõimendi. Helisagedusvõimendi on kujuntatud kasutamiseks heliseadmetes. See tähendab ta peab suutma võimendada helisagedusega signaale.
Joonis 1.1.2
Helisageduste põhisagedused on küll madalamad kui 20kHz, kuid muusikaliste helide tämbri edastamiseks on vaja võimendada ka nii nimetatud ülemhelisid.
1.2 Alalispinge võimendi
Automaatikas leiab kasutamis terve rida suhteliselt nõrku alalispingesignaale, mida kasutamisel on kindlasti vaja võimedada. Taoliseks tüüpiliseks signaali allikaks on termobaar, mille signaal on 10-40mV. Selleks, et taolisi signaale võimendada peab võimendi alumine sageduspiir olema 0.
Joonis 1.2.1
Samal ajal nende ülemine sageduspiir peab olema küllalt kõrge (vähemalt mõni kHz) sest alalispingelised signaalid võivad muututa väga kiiresti ja signaali muutuste kiireks edastamiseks peab võimendi sageduspiir olema küllalt kõrge.
1.3 Ribavõimendi
Joonis 1.3.1
Ribavõimendi võimendab signaale suhteliselt kitsas kuid küllalt täpselt määratud sageduste vahemikus. See on f1 kuni f2 joonisel. Neid kasutatakse eelkõige selleks, et eraldada suurest hulgast erineva sagedusega signaalidest meid huvitavad signaalid. Nii näiteks kontrollitakse katlaleeki fotoanduriga, sagedusvahemikus 10-40Hz.
Sageli kasutatakse vajalikku sagedusriba eraldamiseks võnkeringe, sel juhul on võimendi sageduskarakteristika resonants kõvera kujuline, ning taolisi võimendeid nimetatakse resonants võimenditeks.
Joonis 1.3.2
2.1 Võimendi iseloomustavad parameetrid
Joonis 2.1.1
Parameetrid on arvväärtused, millega iseloomustatakse mingi tehnilise seadme omadusi. Võimendite iseloomustamiseks on vajalikke parameetreid üsna mitu:

Sisendtakistus – on võimendi sisend klemmide vahel kujuldetav takistus mis koormab signaali allikat. On ilmne, et on soovitav , et võimendi sisendtakistus oleks võimalikult suur sest sellisel juhul on signaal allika koormus väike ja ei teki signaali kadu. Sisendtakistuse väärtus sõltub kasutatavadest võimendus elemenditest. Transistor võimendi on ta mõne kilooomi ringis , lamp ja väljatransistor võimendidel aga megaoomides.

Väljundtakistus – see on kujuldetava väljundpinge generaatori sisetakistus. On soovitav, et väljund takistus oleks võimalikult väike sest siis on väike ka tema klemmidel tekkiv signaali kadu.

Nimisisendsignaal – see on sisend signaali amplituud väärtus, millele võimendi on arvestatud. Ta sõltub kasutatavast sisend signaali allikast nii näiteks mikrofoni korral on nimisisendsignaal 1-3mV, magnetofoni helipea korral umbes 50mV jne.

Nimikoormustakistus – see on tarbija ehk koormuse väärtus millele on võimendi on arvutatud.

Väljundvõimsus – see on signaali sageduslik võimsus mida on võimeline võimendi arendama standardsel koormusel ilma, et signaali moonutused ületaksid lubatud määra. Helivõimendite puhul eristatakse keskmiste muusika võimsust ja impulss võimsust.

Dünaamiline diapasioon – see on suht arv signaali ja oma müra suhtes võimendi on seda kvaliteetsem mida suurem on see arv kvaliteetsetel helivõimenditel peaks olema vähemalt olema 60dB. K=Uvälj/Usis ; Ki=Ivälj/Isis ; Kp=Pvälj/ Psis ; Küld=K1*K2*…*Kn . Võimendus tegur võib olla ka antud log ühikutes KdB=20lg K või KP dB=10lg K ; Küld dB=K1dB+K2dB+…+Kn dB.

Võimendatab sagedusala – Sageduse piirkond mille ulatuses võimendustegur ei lange kokkuleppelisest allapoole (tavaliselt 0,7)
Joonis 2.1.2

2.2 Võimendamisel tekkivad moonutused

Praktikas ei õnnestu kunagi võimendada signaale moonutuste vabalt, kuid moonutused ei tohi ületada lubatut piir. Sõltuvalt moonutuste põhjustustest ja ilmnemise viisist, eristatake kahesuhuseid moonutusi: lineaarmoonutusi – mille põhjuseks on võimendi lülituses leiduvad sagedusest sõltuvad elemendid ja mitte lineaarmoonutused – mille põhjuseks on võimendus elementide mitte lineaarsus . Sagedusest sõltuvadeks elemenditeks on mitmesugused kondensaatorid ja induktiivsused kaasaarvatud ka elementide ja juhtmete vahelised parasiit mahtuvused. Nende toimel võimendatakse erineva sagedusega signaale erineval määral (tavaliselt esineb võimenduse langus madalatel ja kõrgematel sagedustel ).
Võimenduse erinev määr kajastub võimendi amplituudi sageduskarakteristikul. Peale amplituudi muutuste põhjustavad eelnimetatud reaktiivelemendid. Ka veel signaali faasimoonutusi. Need kajastuvad faasisageduse karakteristikutel.
Joonis 2.2.1
Inimkõrv faasimoonutusi ei taju ja seetõttu pole nad helivõimendite puhul olulised, küll aga nad olulised automaat reguleerimissüsteemi võimenditel kuna seal võib signaali faasinihe olla mitte stadiilsuse põhjuseks.
Mittelineaar moonutused avalduvad sellest, et signaali erinevaid hetk väärtusi võimendatakse erineval määral. Transistorvõimendite korral on selle nähtuse põhjuseks sisend tunnusjoone mittelineaarsus ja valesti valitud tööpunkt
Joonis 2.2.2
Toodud näite puhul on signaali negatiivne poolperiood võimendatud vähem kui positiivne poolperiood ja võib ka öelda, et siinuseline signaal on muutunud mitte siinuliseks. Mittesiinuseline signaal on ka teatavasti vaadeldav erisagedusega harmooliste summaga . Nii võib öelda, et mittelineaarmoonutuste korral tekkivad signaali juurde kõrgemad harmoonilised , mida nimetatakse ka mittelineaarsuse produktideks.
Mittelineaarmoonutuste määra iseloomustatakse mittelineaarmoonutuste teguriga
Joonis 2.2.3
I1 on esimese harmoonilise harmoon mille sagedus võrdub signaali sagedusega I2 teise harmoonilise harmoon mille sagedus on kaks korda suurem esimese harmoonist. I3 harmoon jne. Kvaliteetse heliülekande puhul ei tohi mittelineaarmoonutuste tegur olla suurem kui 1%. Vähem kvaliteetse ülekande puhul lubadakse 3-5%, kõneülekandel kuni 8% sealt edasi läheb ka kõne raskesti mõistetavaks. Kuid toodud näite puhul kasutada kõrgemat tööpunkti siis nihkub signaali muutuste piirkond tunnusjooned lineaarsemasse osasse ja moonutused vähenevad.
2.3 Mitmeastmelised võimendid
Väga sageli ei piisa signaali võimendamiseks ühest võimendus astmest ja võimendi tuleb kujundada mitmeastmelisena nii, et esimese astme signaal antakse teise astme sisendisse, teise astme väljund signaal kolmanda astme sisendisse jne.
Signaali edastamisel ühest astmest teise kasutatakse sidestus elemente mille ülesandeks on juhtida ühest astmest teise vahelduvpingeline signaal kuid mitte lasta edasi alalispinget mis mõjutab astme tööpunkti.
Enamlevinud sidestus ahelaks on RC-ahel, mis koosneb kondensaatorist ja takistusest.
Joonis 2.3.1
Kondensaatoriks on astmete vahele ühendav sidestuskondensaator, takistusena toimib aga järgneva astme sisendtakistus
Joonis 2.3.2
Nimetatud RC-ahel on võimendi madalsageduse moonutuste põhjustajaks sest kondensaatori takistus on seda suurem mida madalam on sagedus. Ja alalispinget ei lase ta ültse läbi. Viimati nimetatud omadus isoleerib üksikud astmed alalisvooluliselt. Mis võimaldab igas astmes eraldi valida ja vikseerida tööpunkt. Teiselt poolt sõltub aga võimendi alumine sagedus piir sidestuskondensaatorite valikus. Lubades teatud määral sagedusmoonutusi mis on tingitud pingelangust sidestuskondensaatoril mõjutab sagedus piiri ka astme sisend takistus ehk teisiti öeldes kui sagedus piir on ette antud siis peab olema takist R ja sidestus kondensaatori mahtuvuse suhe kindle. See tähendab kui astme sisend takistus on väike tuleb kasutada suurema mahtuvusega sidestukondensaatorit mille mahtuvus takistus on väiksem. Reaalselt helisagedusvõimendites võimendus astme sisend takistus 1-5koomi. Ja sobivaks sidestuskondensaatori mahtuvuseks 10-100uF.
Kui aga kasutada väljatransistore kus astme sisend taksistus on ühe megaoomi ringis see on tuhat korda suurem siis võib sidestuskondensaator olla tuhat korda väiksem 0,001uF-1uF.
2.4. Otseses sidestuses võimendi
Joonis 2.4.1
Otseses sidestusesvõimendis on esimese astme väljund ühendatud järgmise astme sisendiga, otse ilma sidestus elemente kasutamata (puudub sidestus kondensaator ). Taolises lülituses toimib esimese astme kollektori ja emitteri vaheline alaliskomponent teise astme baasi ja emitteri vahelise pingena.
Kui esimese astme on kasutatud tavalist madalat tööpunkti, siis võib osutuda teise astme baasile antav pinge sedavõrd kõrgeks, et tema toimel läheb transistor küllastusse, ning lakkab võimendamast. Kui aga kasutada esimeses astmes kõrgemat tööpunkti siis väheneb kollektori ja emitteri vaheline pinge ja taoline lülitus on võimeline töötama.
Joonis 2.4.2
Vajadus taolise lülituse järele tekkib eelkõige mikroelektroonikas sest vajalikke suure mahtuvilisi kondensaatoreid ei osata mikroelektroonika tehnoloogiaga valmistada. Nende lisamine väljaspoolt on aga tülikas. Tingituna sellest, et esimese astme kollektori ja emitteri vaheline pinge mõjub vahetult teise astme baasile. Määrab esimese astme tööpunkti valik automaatselt ka teise astme tööpunkti ja kui on ka kolmas aste siis ka selle tööpunkti.
Sellest tingituna kanduvad ka kõik esimese tööpunkti mittestabiilsused (võimendatuna) järgmistesse astmedesse, et ei tekiks üldist reziimi mittestabiilsust peab esimese astme tööpunkt olema väga rangelt stabiliseeritud.
Kõrge tööpunkti kasutamine esimeses astmes suurendab aga tarbidavat voolu, mis on samuti mitte soovitav.
Tööreziimi annab parandada kui kasutada astmete vahel diood sidestust
Joonis 2.4.1 täiendus
Joonis 2.4.3 graafik
Dioodide kui sidestus elementide kasutamis mõtte seisneb selles, et tingituna dioodi pärisuuna tunnusjoone kujust on tema alalisvoolu pingelang märksa suurem kui vahelduvoolu pingelang. Kui ühendada toodud viisil astmete vahel 2 dioodi siis on nende summaarne alalisvoolu pingelang umbes 1,5V, mille võrra väheneb kollektorilt baasile antav pinge. Samal ajal on seal vahelduvpingeline pingelang ehk signaali kadu mitte rohkem 0,1-0,2V.
2.5 Lõppvõimendid
Lõppvõimendite ülesandeks on arendada koormusest maksimaalsest signaali sagedusliku võimsust. Elektrotehnika kursusest on teada, et tarbijal saab maksimaalsel võimsusel juhul kui generaatori sisetakistus on võrdne koormustakistusega.
Joonis 2.5.1
Võimendi korral on generaatori sisetakistuseks võimendus astme väljund takistus. Ja selleks, et rahuldada sobituvuse tingimus ühendatakse koormus võimendus astmega väljundtrafo kaudu.
Joonis. 2.5.2
Trafo kasutamisel langeb koormustakistus primaar poolele taandatud takistusena, mille väärtus sõltub trafo ülekande tegurist. R´L=RL/n2, n=W1/W2. Kui koormustakistus on väljund takistusest väiksem tuleb kasutada pinget vähendavat trafot kui suurem siis pinget tõstvat trafot.
Joonis 2.5.3
Tingituna trafost muutub ka transistori tööreziim sest kollektor pinge muutused ei teki nüüd mitte kollektor takistuse pingelangu kaas abil. Vaid toitepinge ja primaarmähisel tekkiva emj jõuliitumisel. Kui sisend signaal puudub siis on kollektori ja emitteri vaheline pinge võrdne toitepingega. Kui sisend signaali suurenemisel tekib kollektor voolu suurenemine siis induttseeridakse pirmaar mähisel emj mis püüab voolu suurenemist takistada see tähendab tema minus on suunatud kollektorile. Sisend signaali vähenemisel püüab aga trafo induktiivsus . Voolu muutust takistada ja emj pluss on suunatud kollektorile. Praktiliselt võib taolises reziimis kollektori ja emitteri vaheline pinge muutuda toitepingest märksa suuremaks .
Vaadeldud lõppvõimendi lülitus on küll lihtne kuid ta on vähe levinud. Vähese leviku põhjuseks on madalkasutegur mis väljudub tarbijtava võimsuse suhtena. =Pvälj/P0. Vaadeldud lülitusel ei ületa kasutegur 30%.
Kõrgema kasuteguri tagab nii nimetatud vastastakk lülitus.
Joonis 2.5.4 skeem + 5 graafikut
Vastastakk lülituses kasutatakse kahte transistori millised töötavad kordamööda nii, et üks võimendab signaali üht poolperioodi ja teine teist. Transistoride tööpunkt valitakse seejuures transistori avamise piirile mis tõttu väheneb tarbitav vool ja suureneb kasutegur. Selleks, et transistorid saaksid töötada korda mööda tuleb sisend pinge muuta 2ks võrdseks kuid vastasfaasiliseks signaaliks. Selleks kasutatakse sisend trafot kuid selle ülesande täitmiseks võidakse kasutada ka samasuguse toimega electron lülitust mida nimetatakse faasipöörde lülituseks. Tööpunkt vikseeritakse pingeallikaga sobivaks tööpunkti vikseerivaks pingeks on 0,6-0,7V pingeallika asemel võib kasutada ka pingejagurit. Signaali esimesel poolperioodil toimib VT1 baasil positiivne pinge, transistor avaneb ja tekkib kollektori vool. Samal ajal toimib teise transistori baasil negatiivne pinge, transistor sulgub ja kollektor voolu ei ole.
Järgmisel poolperioodil vahetavad transistorid asendit see tähendab suletakse VT1 ja avatakse VT2. erinevate tranistoride kollektorvoolud kulgevad primaarmähises erinevates suundades ja selle tulemusena indutseeritakse väljundis normaalne vahelduv signaal. Vastastakk lülituse põhiliseks eeliseks on kõrgem kasutegur, mis ulatub 70%ni. Peale nimetatud on vastatakk lülitusel ka teisi eeliseid neil puudub väljund trafol alaliseelmagneetimine kuna kollektorvoolude alaliskomponendid on vastasuunalised ja nende magnetvood komenseeruvad. Ka samuti vastastakk lülituse mittelineaarmoonutused väiksemad.
Joonis 2.5.4 graafiku täiendus
Mittelinaarmoonutuste vähenemine tekkib seetõttu, et kollektorvoolude teised harmoonilised satuvad väljund trafos teine teisega vastasfaasi ja seetõttu nad kompenseeruvad . Mida vähem on väljundvoolus harmoonilisi seda väiksemad on mittelinaarmoonutused. Nimetatud eeliste tõttu on vastastakk lülitused kaasajal enam kasutatavadeks lõppvõimendideks. Igasugune trafo on konstruktiivselt tülikas ja ka suhetliselt kallis element. Sisend trafot on võimalik asendada faasipöörde lülitusega kuid ka väljund trafost on võimalik loobuda juhul kui koormustakistus ja kasutatavate transistoride väljund takistused on lähedased. Valjuhääldite takistus on teatavasti 4 – 8 oomi . Sama suurus järgus on ka võimsate transistorite väljund takistus. Lubades mõnigast kõrvale kaldumist sobitustingimusest on võimalik kasutada lõppvõimendite lülitusi milles puudub väljundtrafo.
Joonis 2.5.5
Vaadeldavad lülitust nimetatakse kondensaator väljundiga lülituseks. Signaali esimesel poolperioodil VT1 on avatud kulgeb vool läbi VT1 läbi kondensaatori ja läbi koormustakistuse. VT2 on sel ajal suletud. Järgmisel poolperioodil on VT1 suletud. Nüüd hakkab vooluallikaks tööle eelmisel poolperioodil laetud kondensaator ning tema laegnust tingitud vool läbib nüüd tarbijat. Kasutatav kondensaator peab olema piisavalt suuremahtuvusega, et tema laengust piisaks voolu tekitamiseks ka kõige madalamadel sagedustel kus periood on pikk. Praktiliselt kujuneb taolises lülituses vajalikkuks kondensaatori mahtuvuseks vähemalt 1000uF. Kondensaatorit on võimalik vältida kui kasutada kaht eraldi pingeallikat
Joonis 2.5.6
Väga lihtsa lülituse võib saada kui kasutada üheaegselt NPN ja PNP transistore
Joonis 2.5.7
Selles lülituses kaob vajadus signaali faasipööramiseks sest signaali positiivse poolperioodi toimel NPN transistor avatakse PNP aga suletakse signaali negatiivsel poolperioodil on aga olukord vastupidine . On ilmne, et kõik vastastakk lülitused töötavad kvaliteetselt ainult siis kui lülituse mõlema õlad on elektriliselt võrdsete omadustega. See nõue eeldab seda, et transistoridel peavad olema võrdsed vooluvõimendustegurid ja võrdsed algvoolud B1=B2; Ico1=Ico2. Samuti peavad olema valmistatud sümmeetrilistena nii sisend kui väljund trafod. Kaasajal valitakse paaristransistore juba valmistaja tehase poolt see tähendab neid müüakse paaris komplektidena. Praktiliselt tähendab see seda kui üks transistor on riknenud siis on soovitav asendada paar.
2.6 Tagasiside võimendidest
Joonis 2.6.1
Tagasisideks nimeatakse sellist tööreziimi kus osa väljund pingest juhitakse tagasisde ahela kaudu tagasi võimendi sisendisse. Tagasisidet kasutatakse võimendi omaduste soovikohaseks muutmiseks.Sõltuvalt sellest, kas tagasiside pinge liitub faasis või vastufaasis, võib tagasiside olla kas positiivne või negatiivne. Peale selle liigitatakse tagasisidet kas tagasiside pinge ja sisendpinge liituvad järjestikku või paraleelselt on järjestikune ja paraleelne tagasiside. Ka võib tagaside olla kas pinge- või voolu tagasiside. Esimesel juhul on tagasiside pinge võrdeline väljundpingega teisel juhul aga väljundvooluga.
Joonis 2.6.2
Veel jaguneb tagasiside tahkeliseks ja parasiidseks esimesel juhul on tekitatud tagasiside nii nimetatud tagasiside elementidega kindla eesmärgiga mõjutada võimenid omadusi soovitaval määral, teisel juhul tekib tagasiside parasiitelementide kaudu näiteks ahelate vaheliste parasiitmahtuvuste kaudu. Ja sel juhul ei ole tagasiside toime kuigi täpselt ennustatav. Tagasiside toime võimendi olulisemale parameetrile see on võimendustegurile avaldub järgmiste valemitega positiivse tagasiside korral Kts=K/1-BK, K on võimendustegur ilma tagasisideta ja beeta on tagasiside tegur mis näitab milline osa väljund pingest antakse tagasi sisendisse. B=Uts/Uvälj. Nagu valemist selgub suureneb positiivse tagasiside toimel võimendi võimendustegur. Vaatamata sellele praktiliselt positiivset võimendites ei kasutata sest vaatamata võimendusteguri suurenemisele suurenevad nii sagedus kui mittelineaarmoonutused. Küll leiab aga positiivse tagasiside kasutamist generaatorides see on signaali tekitavades lülitustes. Kui beeta korda K läheneb ühele siis muutub võimendi võimendustegur lõpmata suureks see tähendab et lülitust tekitab väljund pinget ilma sisend pingeta see on generaatori reziim .
Negatiivse tagasiside korral Kts=K/1+BK võimendustegur väheneb kuid paranevad kõik kvaliteedi näitajad see on vähenevad linear ja mittelineaarmoonutused suureneb sisend takistus jne. Mittelineaarmoonutuste vähenemine on seletatav sellega, et kõrgemad harmoonilised mis tekivad võimendi väljundis juhitakse koos tagasiside pingega sisendisse seal satuvad nad vastasfaasi harmoonilistega ning tekib moonutuste vähenemine. Tavaliselt haaratakse negatiivse tagasisidega eelkõige just lõppvõimendi sest tingituna signaali suurest amplituudist tekivad mittelineaarmoonutused just seal. Negatiivse tagasisidega kaasneb võimenduse vähenemine aga kompenseeritakse võimenduse suurendamisega eelvõimendis sellega seoses moonutusi ei lisandu sest eelvõimendis on signaali amplituud väike. Sisend takistuse suurenemist on samuti lihtne selgitada kui tagasiside pinge liitub sisend pingega vastasfaasiliselt siis vähendab see sisendvoolu, sisendvoolu vähenemine on aga samaväärne sisendtakistuse suurenemisega.
Kõige lihtsama tagasiside lülituse saame kui jätta ära võimendus astmest emitterkondersaatori.
Joonis 2.6.3
Vaadeldav tagasiside on voolu tagasiside sest tagasiside pinge emitertakistusel on võrdeline väljundvooluga (Iem=Ico). See tagasiside on negatiivne tagasiside sest sisend signaali suurenedes, suureneb väljundvool ja sellega koos ka tagasiside pinge. See tagasiside on järjestikune tagasiside sest sisend pinge tagasside ja transistori sisendpinge toimivad järjestikuliselt.
Joonis 2.6.4
Tagasidet on võimalik teostada ka teisiti vaadeldava lülituse tagasiside on pinge tagasside kuna tagasiside pinge on võrdeline väljundpingega. Tagassife tugevus aga sõltub takistuste Rts ja R1 suhtes. Tagasiside on negatiivne tagasiside sest ühise emitteriga lülituse võimendus astme väljundpinge on sisendpingega vastasfaasis ja samuti sisendpingega vastasfaasis väljundsi võetav tagasiside pinge. See on tagasiside on paralleelne tagasiside sest sisendpinge ja tagasiside pinge liituvad paralleelselt.
Joonis 2.6.5
Emitterjärgur on 100% tagasisidega võimendus aste sest kogu tema väljund pinge mis saadakse takistuselt Re toimib tagasiside pingena. Tema võimendustegur on väiksem kui 1 täpsemalt väljundpinge sisenpingest umbes 0,6V väiksem. Väljundpinge on sisendpingega faasis nii, et väljundpinge järgib sisendpinge muutusi. Tema põhiomaduseks millel põhineb tema kasutamine on suur sisend takistus ja väike väljund takistus. Suur sisend takistus tuleneb sellest, et tagasiside pinge toimib sisendpingele vastasfaasis ja tulemusena väheneb sisendvool mis on samaväärne sisendtakistuse suurenemisega. Taolise astme sisendtakistus on orjenteeruvalt umbes 50koomi. Väljundtakistus sõltub kasutatava transistori tüübist (võimsusest) ja on suurusjärgus 10-100oomi. Väljund takistuse vähenemist saab seletada sellega, et väljund vool on sisend voolust voolu võimendustegur korda suurem. Lähte tööpunkt on taolistel lülitustel soovitav valida lähtudes maksimaalsest tüüridavusest. Selle saamiseks validakse R1 ja R2 võrdsedena ning väljundpinget on sellisel juhul võimalik tüürida nii positiivses kui negatiivses suunas poole toitepinge ulatuses.
2.7 Parasiitne tagasiside
Parasiitne tagasiside võib tekkida võimendites mitmesugustes parasiitahelate kaudu teda ei ole tavailiselt seadme kavandamisel võimalik täpselt ette ennustada ja tema toime ilmneb seadme esimeste eksemplaride valmimiselt ja katsetamisel. Parasiitne tagasiside võib tekida ahelate vaheliste (juhtmeliste vaheliste) mahtuvuste kaudu, trafode puistemagnetvoogude toimel, kui näiteks väljundtrafo kiirgab ümbritsevasse ruumi signaali sagedusega magnevoogu või ühise toiteallika sisetakistuse kaudu, kui sellest toiteallikast toidetakse mitmeastmelist võimendit. On ilmne, et paljudel juhtudel parasiitse tagasiside tekimine sõltub lülitus elementide vastastikusest asendist. Üldreeglina on parasiitse tagasiside tekimise oht seda suurem mida kõrgem on signaali sagedus.
Joonis 2.7.1
Kui meil on kaks juhet mis paiknevad lähestiku ja nende vahel on parasiit mahtuvus C0 siis vahelduvoolulise signaali korral läheb osa esimese juhtme voolust parasiitmahtuvuse kaudu teise juhtmesse ja võib tekitada teise juhtmega ühendatud ahelates tagasiside. Kirjeldatud tagasiside oht on suur sel korral siis kui sisend ja väljund ahelate juhtmed paiknevad lähestiku. Kõige odavamaks parasiitse tagasiside vältimiseks on paigutada kriitilised ahelad teine teisest võimalikult kaugele.
Kahjuks pole see alati teostatav teiseks võimaluseks on kasutada varjestust. Varje kujutab endast ahelate vahele tekitatud hea juhtivusega materjalist “seina” milline maandatakse.
Joonis 2.7.2
Varje tekitamisega kaob juhtmete vaheline mahtuvus kuid selle mahtuvuse asemel on nüüd kaks mahtuvust maa suhtes. Milliste kaudu võib küll kulgeda signaal maha (signaali kadu) kuid ei ole võimalik kulgeda enam ühest ahelast teise. NB! Maanduse lahti tulemisel võib tekida kahe järjestiku mahtuvusega parasiitne tagasiside. Varjestust saab kasutada ka magnetilise tagasiside likviteerimiseks
Joonis 2.7.3
Trafodel (eriti väljund trafodel) tekib alati mingi puistemagnetvoog mis kiirgub ümbritsevasse ruumi ning lähedal paiknevades juhtmedes indutseerib see magnetvoog elektromotoorjõu mis võib toimida tagasiside pingena. Ka magnetilise tagasiside likvideerimiseks aitab näiteks trafo asendi muutmine, kuid samuti saab kasutada varjestust. Varjestus võib olla kahesugune kas magnetiline kus kiirgus ohtlik trafo ümbritsetakse suure magnetilise läbitavuse materjalist kopsikuga.
Joonis 2.7.4
Sel juhul sulgub magnetvoog väiksema magnetilise juhtivuse ahela kaudu (kopsiku kaudu) ning ei välju enam ümbritsevasse ruumi. Kasutatakse ka elektrostaatilist varjet mis on samuti trafot ümbritsev “kopsik” kuid ta valmistatakse tavaliselt Al või Cu. Taolise varje toime on teistsugune nimelt indutseerib puistemagnetvoog hea juhtivusega varjes pöörisvoolud ja nende poolt tekitatud magnetvoog on suunatud puistemagnetvoole vastu ning ta kompenseerib viimase toime. Magnetilised varjed on tõhusad madalatel sagedustel elektrostaatilised varjed kõrgemad sagedused .
Tagasiside ühise toiteallika kaudu avaldub kõige ilmekamalt kolmastmelise võimendi puhul
Joonis 2.7.5
Kui väiksena me püüaks teha toiteallika sisendtakistust on ta ikkagi reaalselt olemas. Suurima signaaliga ja suurima vooluga on kolmas aste ja see vool tekitab sisetakistusel pingelangu mida võib vaadelda tagasiside pingena. Võib vaadelda olukorda ka nii, et toite pluss juhtmesse tekib signaali sagedusega pingemuundus. Tekib kaks tagasiside ahelat . Esimene tagasiside läbib teise astme kollektor ahela. Kolmanda astme sisendisse ja läbib esimese astme kollektor ahela teise astme sisendisse. Arvestades seda, et iga võimendus aste pöörab signaali faasi 180o ei ole esimene tagasiside ohtlik sest tekiv tagasiside on negatiivne (väheneb ainult natuge võimendustegur). Teine tagasiside mis toimib teise astme sisendisse on aga ohtlik sest see tagasiside on positiivne ja kuna teise astme sisend signaal on küllalt väike siis võib see tagasiside kergesti muutuda ülekriitiliseks ning võimendi läheb võnkuma. Taolise tagasiside ohu vähendamiseks tuleb vähendada toiteallika sisetakistust.näiteks stabilisaatori kasutamisel või kasutada lõppastmele eraldi toiteallikat.
Kasutada lahti sidestus filtrit see paigutatakse esimese astme toiteahelasse üks täiendav RC filter. Mis summutab tagasiside signaali toiteahelast.
Joonis 2.7.6 (2.7.5 esimese astme lisand)
Tagasiside toiteallika kaudu võib tekita ka digital lülituste korral. Loogika lülituste arv skeemis on tavaliselt üsna suur ja nad paigutatakse trükkplaatidele nii, et toide antakse neile sageli plekiribadega ehk siinidega.
Joonis 2.7.7
Loogika lülitused tarbivad kõige suuremad voolu ümberlülitumisel ja nendest vooludes tekib toitepinges negatiivsed nõel impullsid. Need impulsid levivad toiteahelate kaudu ka sisendidesse ja põhjustavad loogika väärrakendusi.
Joonis 2.7.8
Selle nähtuse kõrvaldamiseks paigutatakse toitesiinide otsedesse ja ka vahepeale kondensaatorite paarid
Joonis 2.7.9
Millest üks on suhteliselt suure mahtuvusega elektorlüütkondensaator mõnisada uF. Ja teine võimaliku suure mahtuvusega keraamiline kondensaator näiteks 5uF. Elektrolüütkondenaatorite induktiivsus on suur ja ta ei reageeri kiiretele pinge muutustele vaid summutab toitepinge aeglasemaid muutusi keraamilise kondensaatori induktiivsus on aga minimaalne ja see tõttu summutab hästi eelnimetatud nõelimpulsse.
Kontrolltöö 5 märtsil
2.8 Operatsioonvõimendid
Operatsioonvõimendid on integraalselt teostatavad univeraalsed võimendus elemendid milliseid võib kasutada väga mitmeti sõltuvalt lisatud elemenditest.
Joonis 2.8.1
Opvõimendil on 2 sisendit 1 väljund ja teda toidetakse 2 polaarse sümeetrilise pingega. (+-maa suhtes). Plussiga tähistatud sisendit nimetatakse mitte inventeerivaks sisendiks ja sinna antav signaal tekitab väljundis sama faasilise signaali. Miinusega tähistatud sisendit nimetatakse inventeerivaks sisendiks ja sinna antud signaal tekitab väljundis vastasfaasilise signaali.
Joonis 2.8.2 (graafik)
Opvõimendi on alalispinge võimendi see tähendab tema võimenduse alumine sageduspiir on 0. See omadus tingib omakorda võimendi sees otsese sidestuse kasutamise ja vajaduse sümeetrilise toitepinge järele. (joonisel 2.8.1)
Opvõimendi võimendustegur on väga suur vähemalt 20 000 kuni miljon ja seetõttu kasutatakse tema kasutamisel negatiivset tagasisidet, mis võimaldab kujundada täpsemalt võimendi omadusi. Kui anda mitteinventeerivasse MI sisendisse üsnagi väike sisend pinge näiteks 10mV, siis läheb väljund positiivsesse küllastusse, kus väljundpinge on ligilähedane positiivse toitepingega. Kui aga anda sama pinge inventeerivasse I sisendisse siis tekib väljundis negatiivne küllastus kus väljund pinge on lähedane negatiivse toitepingega. (joonisel 2.8.2). Kasutatava toitepinge väärtus määrab ühtlasi maksimaalse väljundpinge amplituudi. Sagely vaadeltakse opvõimendit ideaalse võimendus elemendina mille sisendtakistus on lõpmata suur (tegelikult 10oomist –10koominin), väljund takisus 0 tegelikult mõnest oomist kuni mõne 10 oomini, võimendustegur lõpmata suur tegelikult 20 000 kuni miljon, tema sagedusriba eeldatakse olevat lõpmata lai tegelikult alumine sageduspiir on 0 ülemine sageduspiir aga sõltub opvõimendi tüübist ja on mõne10st kHz- mõne 10ne MHz-ni.
Valmistatakse erineva element baasiga opvõimendeid ja sellest tulenevalt võivad olla opvõimendi omadused olla ka küllaltki erinevad. Ühesugune kõigile opvõimenditele on aga nende plokkskeem ja mingil määral ka sisend aste.
Joonis 2.8.3
Diferantsiaalvõimendi on lülitus mis võimaldab erisisendite erinevat toimet see tähendab on võimalik MI ja I sisend. Vahevõimendi on see element mis tagab opvõimendile suure võimendusteguri. Lõppvõimendi tagab opvõimendile väikese väljund takistuse ja nõutava väljund vooluväärtuse. Reeglina sisaldab lõppvõimendi ka kaitselülitust mis väldib võimendi riknemist väljundi lühise korral.selleks et opvõimendi sisendtakistus oleks võimalikult suur kasutatakse sisendaastmetes. Kas väljatransistore või emitterjärgureid.
Difvõimendi lihtsustatud skeem on järgmine
Joonis 2.8.4
Diferentsiaalvõimendi võimendus astmed on oma vahel sidestatud ühise emittertakistuse kaudu. Kui me anneme esimesse sisendisse positiivse signaali, siis hakkab suurenema VT1 kollektori vool ja ka vool läbi emittertakistuse. Emitertakistusel tekib pingelang, mille pluss on suunatud VT2 emitterile. See on samaväärne teise transistori sisendpinge vähenemisega. Ning see toob kaasa teise transistori kollektorvoolu vähenemise ja väljundpinge tõusu. Järelikult on esimese sisendi toime MI sest sisendpnige suurendamine toob kaasa väljundpinge suurenemise. Andes pinge teise sisendisse tekitab see teise transistori kollektorvoolu suurenemise see aga omakorda vähendab kollektorpinget järelikult on teise sisendi toime I. On oluline, et sisend signaalide puudumisel oleks väljundpinge 0. Kollektorpinget on ikka tavaliselt tööpunktiga määratud kui kasutame tavalist otses sidestuses võimendit siis me ei saa kuidagi väljund pinget nulliks. Kui aga kasutada sümeetrilist toimet see tähendab 2 toiteallikat siis on lülitus elementide sobiva valiku korral võimalik saada olukord, et sisend signaalide puudumisel on väljund pinge maa suhtes 0.
Kuna opvõimendi on põhimõteliselt alalispinge võimendi siis esineb seal nähtus mida nimetatakse triiv -iks. Triivi all mõistetakse väljund signaali muutust mille põhjuseks ei ole mitte sisend signaali muutus vaid mingi muu põhjus. Väljundis ei ole aga mitte kuidagi eristada kas signaali muutuse põhjuseks on sisendsignaal või mingi muu. Praktiliseks on suurimaks triivi põhjusteks temperatuuri ja toitepingete muutused. Vaadeldavas lülituses toovad need muutused kaasa kollektor voolu muutusi. Kui meil ühel nimetataud põhjusel suureneb esimese astme kollektor vool siis peaks suurenema ka väljundpinge (MI toime). Kuid kui samal ajal tekib samasugune voolu muutus ka teises transisoris siis püüab see hoopiski väljundpinget vähendada need toimed kompenseerivad teineteist ja praktiliselt triiv kaob.
Opvõimendeid iseloomustatakse terve rea parameetridega:

Toitepinge – see on kahepolaarne toitepinge mille korral on tagatud tehnilistes andmetes antud parameetrid. Eritüüpi opvõimendidel on toitepinge vahemikus 3 - 200V. Reeglina töötavad opvõimendid ka madalama toitepingega kuid see toob kaasa parameetrite muutusi.

Tarbitav vool – see on toiteallikatest tarbidav vool normaalses tööreziimis. Tarbidava voolu väärtus sõltub väljund takistusest ja koormustakistusest.

Suurim lubadav sisendpinge – võidakse anda kas ühe sisendi suhtes või sisendite vahelise pingena enamasti tema väärtus võrdne toitepingega.

Nihke pinge – all mõistetakse väljund pinge erinevust 0st kui sisend pinged on 0-d. parameetrina antakse nihke pinge sisendi suhtes ja ta on kujuldetav sisendpinge, mille toimel väljund pinge nihe muutub nulliks. Nihke pinge väärtus sõltub opvõimendi tüübist ja on vahemikus 0,01 kuni 6mV. Mõnedel opvõimenditel on ettenähtud võimalus reguleerida nihkepinget nulliks väljast poolt lisatava potentsiomeetriga.

Sisend takistus – kasutatakse kahesugust sisendtakistuse mõistet. Sisend takistus erinevus signaalile see on siis kui signaal antakse sisendite vahele. Teine mõiste on sisendtakistus ühis signaalile see on olukorras kus mõlemasse sisendisse antakse samasugune signaal maasuhtes.

Pinge võimendustegur – see on väljund ja sisendpinge suhe mida tagab antud opvõimendi. Mõnikord antakse pinge võimendus ühikutes V/mV kohta.

Väljund pinge suurim amplituud – see on suurim väljund pinge amplituud mida antud võimendil on võimalik saada ta on toitepingest mõnevõrra väiksem.

Ühissignaali summutus tegur – CMRR – see on opvõimendi võimendusteguri ja ühissignaali ühine suhe. Kui mõlemisse sisendisse anda samaaegselt ühesugune signaal ja kui opvõimendi oleks mõlema sisendi suhtes ideaalselt samasugune, siis peaks see summutustegur olema lõpmatalt suur see tähendab väljundpinge peaks olema null. Praktiliselt on aga opvõimendid erinevatele sisenditele mõnevõrra erinevate omadustega. Ja seetõttu on see tegur 60… 120dB.

Toitepinge muutuse summutus tegur – see on tegur mis näitab kui võrd kajastub väljund signaalis toitepinge muutus. Ideaalsel juhul peaks ta olema null.

Väljundvool – see on suurim väljundvoolu väärtus mille juures on opvõimendi parameetrid tagatud. See parameter iseloomustab opvõimendi koormatavust.

Väljundpinge kasvu kiirus – Vu – (Joonis 2.8.5 graafik) see väljundpinge muutumise kiirus sisendpinge hüpelise muutuse korral.

transiitsagedus – fT – see on sagedus mille juures opvõimendi võimendustegur on langenud üheni.
Kaks viimast parameetrid iseloomustavad opvõimendi sagedusomadusi ja on omavahel seotud.
2.9 Opvõimendi põhilülitused
Opvõimendite kasutamine põhineb kahel skeemil mitteinventeerival ja inventeerival lülitusel. Opvõimendit kui elementi käsitlatakse nende lülituste korral ideaalsetena sest ka reaalselt on opvõimendid mitmete parameetrite osas ideaalsele lähedased
Joonis 2.9.1
Mitteinventeerival võimendil antakse sisendpinge mitteinventeerivasse sisendisse. Inventeerivasse sisendisse antakse aga väljundist läbi tagasiside ahela tagasiside pinge. Kuna opvõimendi sisendpingete toime on vastasfaasiline siis on tekiv tagasiside negatiivne tagasiside. Sest kui sisendpinge püüab väljundpinget suurendada siis inventeerivasse sisendisse toimiv pinge püüab hoopiski väljundpinget vähendada. See juures püüab tagasiside pinge vähendada väljundpinget seni kuni sisendite vaheline pinge muutub nulliks. See sisendite pinged muutuvad võrdseks ja taolisel juhul tekib lülituses tasakaalu olukord.
Usis(+)=Usis(-)
UR1=IR1=Usis
Uvälj=UR1+UR2
Uvälj=I(R1+R2)
K=Uvälj/Usis= I(R1+R2)/IR1=R1+R2/R1=1+R2/R1
Toodust selgub et opvõimendil võimendustegur ei sõltu ültse opvõimendi kui elemendi võimendustegurist vaid ainult tagasiside ahela elemenditest. Toodud lülituse sisendtakistus on märksa suurem kui opvõimendi sisendtakistus see on seletatav tagasiside toimega. Kui me anname võimendi sisendisse mingi pinge siis see tekitab sisendvoolu. Tagasiside mõjutab sisendite vahelist pinget selliselt et see läheneb nullile järelikult väheneb ka sisendvool, sisendvoolu vähenemine on aga samaväärne sisend takistuse suurenemisega. Praktiliselt jääb sisendite vahele ikka mingi pinge kuid see ei ületa 1mV. Vastavalt sellele on mitteinventeeriva võimendi sisned takistus suur ulatudes praktiliselt kuni 100Moomini. Väljund takistus samal ajal väheneb. Kui suurendame võimendi koormust (vähendame väljundisse ühendatud takistust) siis tekib väljundvoolu suurenemine. Opvõimendi väljundtakistusel suureneb aga pingelang ja väljundpinge väheneb see toob kaasa ka tagasiside pinge vähenemise. See on vähenev pinge inventeeriv see tähendab suureneb sisendite vaheline pinge mitteinventeeriva sisendi pinge pääseb nüüd maksimumi ning toob kaasa väljundpinge suurenemise. See toime on samaväärne on väljundtakisuse vähenemisega. Mitteinventeeriva võimendi väljundtakistus on reaalselt mõne oomi ringis seega umbes 100korda väiksem kui opvõimendi takistus. Väljundtakistuse vähenemine on seda tugevam mida tugevam on kasutatav tagasiside.
Joonis 2.9.2 inventeeriv
Inventeerival võimendil antakse siend signaal läbi takistuse R1 inventeerivasse sisendisse ja sellesse samasse sisendisse tuuakse väljundist takistusega R2 tagasiside pinge see tagasiside on negatiivne, sest ta toimib inventeerivas sisendis . Kuna opvõimendi püüab alati omandada olekut kus sisendite vaheline pinge on 0 ja kuna inventeerival võimendil on mitteinventeeriv sisend maandatud siis tekib inventeerivas sisendis virtuaalne maa see tähendab selle sisendi pinge maa suhtes on peaaegu on 0.
Usis/R1=-Uvälj/R2
I=Usis/R1
I=-Uvälj/R2
K=Uvälj/Usis=-R2/R1
Inventeeriva võimendi sisendatakistus on määratud takistuse R1 valikuga Rsis=R1, sest kuna inventeeriva sisendi potentsiaal on võrdne maaga siis määrab sisend voolu seetõttu ka sisend takistuse just sisendi ja inventeeriva sisendklemmi vaheline takistus. Inventeeriva võimendi väljund takistus on suurem kui opvõimendil sest kui me koormane taolise võimendi väljundit siis toob see kaasa väljundpinge vähenemise, väheneb ka sisend pinge väljund pinge ei suurene kuna miski teda ei kompenseeri ja seega ongi väljundtakistus opvõimendi väljundtakistusest suurem.
Joonis 2.9.2 täiendus.
Kui kasutada elementaarset inventeerivat võimendit siis võib tekita tema toimes sisendvooludest toime viga, kuna sisendvoolud I- kulgeb sisendisse läbi takistuse I+ aga otse maast. See tekitab sisend pingete erinevuse. Selle nähtuse likvideerimiseks lisatakse mitteinventeerivasse sisendisse takistus mille väärtus võetakse võrdseks inventeeriva sisendi ja maa vahelise takistusega ning kui lisada see takistus siis tekib sisendites olevate takistustes võrdne pingelang ning eelnimetatud probleemi ei teki.
2.10 Opvõimendi sageduskarakteristika
Opvõimendi sageduskarakteristikast sõltuvad tema baasil koostataud võimendite sagedusomadused. Seejuures ilma tagasisideta opvõimendi on väga suure võimendusteguriga ja ta võib väga kergesti minna genereeima. Automaat reguleerimissüsteemides kaob süsteemi stabiilsus ja ta lakkab töötamast.
Joonis 2.10.1 Graafik
Automaat reguleerimise teooriast on teada, et süsteem kaotab stabiilsuse kui amplituudi sageduskarakteristika lõikub null joonega suurema kalde all kui 20dB/dekaadi kohta. Seega on korrigeerimata opvõimendi mittestabiilne. Stabiilsuse saavutamiseks lisatakse opvõimendile väljastpoolt kas mõned kondensaatorid või RC ahelad nende korrigeerimis elementide vajadus ja väärtused antakse opvõimendite kasutusjuhendites või kataloogis. Uuematel opvõimendidel (osad) vajadus väliselt korrigeerimis elementrde elementide puudub sest nad on opvõimenditele sisse ehitatud. Korrigeerivate elementide toimel muutub sageduskarakteristika kuju täpsemalt tema kaldenurk null joonega. Seejuures selle karakteristika paiknemine teljestikus sõltub opvõimendi kui elemendi transit sagedusest ja võimendustegurist. Kui me kasutame mingit opvõimendit siis me lisame talle tagasiside ahela millega määratakse võimendustegur.
Selle võimenuds karakteristika ei saa aga väljuda kasutatava opvõimendi karakteristika piiridest ja sellega on määratud võimendi reaalne ülemine sageduspiir mille puhul tekib võimenduse langus –3dB (Joonisel 2.10.1 näidis tugev ts)
Kui me suurendame tagasiside ahela muutmisega võimendustegurit siis nihkub võimendi ülemine sageduspiir madalamatele sagedustele. (joonisel 2.10.1 näidis nõrk ts). Juhul kui saadud ülemisest sageduspiirist ei piisa tuleb võtta kasutusele suurema transit sagadusega opvõimendi.
2.11 Opvõimendite rakendusi
Oma nimetuse on opvõiendi saanud esmasest kasutusvaldkonnast kuna tema abil on võimalik teostada elektriliselt matemaatilisi operatsioone see on liitmist lahutamist diferentseermist integreerimist jne.
Summeeriva võimendi baas lülituseks on inventeeriv võimendi.
Joonis 2.11.1
I1=U1/R1
I2=U2/R2
I3=U3/R3
Its=-Uvälj/Rts
Its=I1+I2+I3
-Uvälj/Rts=U1/R1=U2/R2=U3/R3
Uvälj=-(U1 Rts/R1+……­+U3 Rts/R3)
Kuni takistuseni R1-R3 võrdsed siis toimub pingete liitmine ühesuguses mastaabis. Automaatikas on aga vaja sageli liita erineva tähtsusega signaale.
Automaatikas on sageli olukordi kus reguleeritav parameter sõltub üheaegselt mitmest tegurist kusjuures nende tegurite osatähtsused võivad olla erinevad nii näiteks sisepõlemismootori vajalik kütuse hulk sõltub 70% ulatuses põlemisõhu hulgast 25% ulatusest mootori temperatuurist ja 5% ulatuses õhu temperatuurist. Taolist erinevate tegurite toime liitmist erinevas mastaabis saab teha kui valida sisendite takistused vastavas suhtes. Nii, et õhukulu meetri või mõõturi signaal mõjutab väljundit kõige enam ja õhu temperatuuri andur kõige vähem.
Opvõimendi baasil on võimalik luua mitme erineva otstarbega võimendeid kui tagasiside ahelaga kujundada nõutav sageduskarakteristika kuju.
Joonis 2.11.2 Graafik ja skeem
Nii näiteks on helisagedusvõimendi vajalik sageduskarakteristika opvõimendi sageduskarakteristikast väiksema võimendusega ja kitsama sagedusribaga. Kusjuures sagedusriba laius on piiratud nii alt kui ülevalt. Alumine sageduspiir määratakse sisendisse ühendatud RC ahelaga R1 C1 milline ei lase läbi alalispinge signaali ning alumise sageduspiiri määrab kondensaatori mahtuvus takistuse ja R1 suhe. Võimendusteguri keskmistel sagedustel määrab tagasiside ahel, see on takistuste R1 R2 suhe ülemise sageduspiiri määrab aga tagasiside ahelas olev kondensaator C2 sest kõrgematel sagedustel tugevneb negatiivne tagasiside läbi selle kondensaatori põhjustades vajaliku sageduskarakteristika languse koos ülemise sageduspiiri määramisega. Tagasiside ahelasse võib kujundada ka keerulisemaid sagedusfiltreid nii, et sageduskarakteristika saab määrata küllalt täpselt selle tagasiside ahela abil. Taolisi lülitusi nimetatakse aktiivfiltrideks kuna nad sisaldavad võimendit.
2.12 Komparaator
Kompraatoriks nimetatakse lülitust mis teostab pingete võrdlemist seega on komparaatoril alati 2 sisendit üks on nii nimetatud tugipinge sisend kuhu antakse see pinge mille suhtes sisendpinget võrreldatakse ja teine on võrdluspinge sisend kuhu antakse see muutuv pinge mida me soovime ette antud tugipingega võrrelda. Pingete võrdsuse saavutamisel tekib väljundsignaalis hüpe või formeeritakse väljund impuls.
Joonis 2.12.1 skeem ja graafik
Kuna opvõimendil on 2 vastandtoimega sisendit siis saab teda väga lihtsalt panna toimima komparaatorina. Kui tugipinge on sisendpingest suurem ja ta on ühendatud mitteinventeerivasse sisendisse siis pääseb maksumusele MI sisendi toime ja väljunpinde läheb positiivsesse küllastusse, kus väljundsignaal on praktiliselt võrdne positiivse toitepingega. Kui sisendpinge ületab tugipinge ajahetkel t1 siis pääseb maksmusele inventeeriva sisendi toime.ning väljundpinge läheb negatiivsesse küllastusse (saab võrdseks negatiivse toitepingega).
On võimalik võrrelda ka erineva polaarsusega pingeid
Joonis 2.12.1 skeem
Sel juhul antakse eripolaarsusega sisend ja tugipinge läbi takistuste samasse sisendisse. Kui tugipinge on sisendpingest suurem siis määrab võimendi oleku tugipinge ja kuna I sisendisse antakse sel juhul negatiivne pinge. Siis läheb väljund positiivsesse küllastusse (+E), kui aga sisendpinge ületab tugipinge siis saab I sisendi pinge positiivseks ja väljund läheb negatiivsesse küllastusse. Vaadeldud komparaatorid on nii nimetatud hüstereesi vabad komparaatorid see tähendab et nende rakendumis ja tagastumispinged on võrdsed.
Automaatikas esineb sagely olukordi kus anduri signaal kõigub mingi väärtuse ümber. Sellisel juhul tekivad korduvad komparaatori rakendumised ja tagastumised. Ja kui taoliselt hüplev väljund signaal anda loogikasse siis võib see ajada loogika töö segamini . Kui sisend signaal on kõikuva iseloomuga siis sobib kasutada hüstereesiga komparaatorit kus rakendumis ja tagastumis pinged on mõnevõrra erinevad. Hüsterees saadakse kui viia sisse tagasiside.
Joonis 2.12.2 skeem graafik
Rakendumis ja tagastumispingete erinevus tekib seetõttue, et MI sisendipinge ei ole määratud ainult tugipingega vaid sinna liitub veel mingi osa väljundpingest läbi takistuse R3 kui väljund on positiivses küllastuses siis muutub MI sisendipinge tugipingest veidi positiivsemaks ning rakendumispinge on tugipingest suurem. Netaviise väljundpinge korral aga tuleb väljundist MI sisendisse väike negatiivne pinge ning tagastumispinge on seetõttu tugipingest väiksem. Tulemusena välditakse väljundpinge “hüplemine” sisendpinge väikeste kõikumiste korral.
2.13 Operatsioon võimendite liigid
Tingituna sellest, et opvõimendeid kasutatakse küllaltki erinevates valdkondedes esitatakse ka nende parameetridele erinevaid nõudeid. Sellest tulenevalt on kujunenud erineva opvõimendite liigid.

üldotstarbelised on ettenähtud kasutamiseks valdkondades kus ei esitata rangeid nõudeid ühelegi parameetrile. Nad on odavad ja neid valmistatakse reegline 2 või 4 võimendit ühises korpuses tüüpilised parameetrid on transit sagedus fd kuni 3MHz, nihkepinge kuni 10mV, toitepinge kuni 20V.

täpisopvõimendid leiavad kasutamist mõõtevõimendites eriti alalispingete võimendamisel neil on suur võimendustegur kuni 3*106 ja väike nihkepinge 10 – 100uV.

lairibalised opvõimendid neile on omane suur väljundpinge kasvu kiirus. Mis ulatub kuni 6000V/usek kohta. Kasutatakse kiirete komparaatoridena.

väikese voolu tarbega ja madala toitepingega opvõimendid – on kavandatud kasutamiseks patarei toitega seadmedes. Toitepinge ei ületa 3V tarbidav vool väiksem kui 1mA.

suure väljundpingega opvõimendid – on kavandatud valdkondadele kus väljundpinge võib ulatuda 500V (toitepinge +- 250V).

suure väljundvooluga opvõimendid – kasuatatakse valdkondades kua väljundvool võib ulatuda kuni 30A kasutatakse koos radiaatoridega.
3.1 Generaator
generaatorideks nimetatakse lülitus millised tekitavad meile soovitava sagedusega elektrilisi võnkumisi. Nad jagunevad: siinuspinge generaaootirdeks ja mitte siinuspinge generaatorideks.
Siinuspinge generaatorid on 3 liikui: RC generaatorid, LC generaatorid ja Kvarts generaatorid.
Kõik generaaotorid on positiivse tagasisidega lülitused kus juures siinusgeneraatoridel nimetatud vajalik ülekriitiline tagasiside tekitatakse ainult ühele sagedusele mis on generaatori töösageduseks.
RC generaatioris tagatakse genereerimiseks nõutav positiivne tagasiside takistustest ja kondensaatoridest koostatud filtri abil
LC generaatoris tagatakse see võnkeringi kasutamisega mille resonants sagedus määrab generaatori võnkesageduse
Kvarts generaatoril määratakse võnkesagedus sobiva kvarts senonaatori kasutamisega. milline toimib kõrge kvaliteedilise võnkeringina.
RC generaatoreid kasutataks madalatel sagedustel kuni 100KHz
LC kõrgedel sagedustel üle 100kHz
Kvarts genekadel kõikidel sagedustel juhul kui olulise tähtsusega genereeritava sageduse stabiilsus.
3.2 RC generaatorid
Joonis 3.2.1 skeem
Kõige lihtsam on koostaada RC võimendit opvõimendi baasil. Võimendist generaatori saamiseks on vaja nii nimetatud selektviivne positiivne tagasiside mis toimib ainult ühe sagedusel, ning sellel sagedusel tekivadki võnkumised. Kondensaatorist ja takistusest koosnev RC lüli pöörab signaali faasi sõltuvalt signaali sagedusest 0-90kraadi järelikult 270kraadi. Järelikult leidub mingi sagedus millele 3 RC lüli tekitavad faasinihke 180kraadi ja kui tagasiside ahelas 180 kraadi võrra nihutataud signaal anda inventeerivasse sisendisse siis tekib sel sagedusel positiivne tagasiside ja lülitus läheb genereerima . Pingestades toodud lülituse tekib opvõimendist vool ja väljundisse tekib mürasaignaal, mis kujutab endast korrapäratuid pinge kõikumisi. Taoline korrapäratu signaal sisaldab kõik võimalikke harmoonilis, see on erinevate sagedustega komponente ning nende hulgas on ka see sagedus millele on tekitatud positiivne tagasiside. Tänu positiivsele tagasisidele võimendatakse seda sagedust enam ning tulemusena tekibki väljundis selle sagedusega signaal. Võnkesagedus sõltub RC ahela elementide väärtusest f0=1/2biiRC6;
R1=R2=R3=R;
C1=C2=C3
Joonis 3.2.2 skeem
On ka teine RC generaatori lülitus mida nimetatase viini sillaga ühenduseks. Selektiivne tagasiside tekitatakse siin ahelaga R1 C1 R2 C2. Taolisele lülitusele on iseloomulik see, et teatud sagedusel on selle ahela faasinihe 0 ja kui anda see signaal mitte inventeerivale sisendile siis tekib positivne tagasiside. Lültiuses on ka teine tagasiside ahel milline on negatiivne ja milline on mittelineaarne tagasiside. See toimib inventeerivas sisendis ja tema ülesandeks on stabiliseerida genereeritavaid võnkumisi. Stabiliseerivaks elemendiks on taksitusena R4 lülitatud posistor milline peab olema valitud selliselt, et ta kuumeneb sobivalt teda läbiva voolu toimel. Kui mingil põhjusel väljund signaal suureneb siis suureneb tagasiside ahelas R3 R4 vool. Voolu suurenemise tõttu tõuseb posistori temperatuur ja tema takistus väheneb. R4 takistuse vähenemise tõttu väheneb tagasiside pinge. Posistori takistus suureneb ning tugevneb negatiivne tagasiside. See tähendab suureneb I sisendisse antav pinge. Kui aga tugevneb negatiivne tagasiside siis väheneb võimendi võimendustegur ning ka väljund pinge.
3.3 LC generaatorid
Joonis 3.3.1 skeem
LC generator kujutab endast võimendust astet mille koormuseks kollektor ahelas on võnkering lisaks sellele on selles võimendus astmes tekitatud positiivne tagasiside. Tagasiside võib olla tekitatud erinevalt ja sõltuvalt tagasiside teostamise viisist on mitmeid LC generaatori lülitusi. Vaadeldavas lülituses on tagasiside teostatud transformatoorselt nii et võnkeringi induktiivsuse südamikule on keritud ka sidestus mähis LS. Kuna võimendus aste pöörab signaali faasi 180kraadi siis positiivse tagasiside saamiseks peab olema tagasiside pinge olema väljundpingega vastasfaasis. See tähendab tagasiside mähise otsad peavad olema õieti valitud. Tuleb kasutada ka sidestus kondensaatorit sest muidu lühistuks baas sidestusmähise kaudu ja rikneks astme tööpunkti fikseerimine. Lülituse pingestamisel tekivad võnkeringis sumbuvad võnkumised sagedusega mis on määratud võnkeringi elementidega.
F0=1/2biiLC
Tavaliselt on need võnkumised kustuva iseloomuga kuid kuna toimib positiivne tagasiside siis hakkavad transistoris tekivad voolu muutused nendele kaasa aitama ning võnkumised muutuvad püsivateks. Generaatori tööpunkt valitakse mõnevõrra teisiti kui võimendis sest tingituna võnkeringi kasutamisest ei pea kollektorvool järgima võnkeringi võnkumisi ja piisab kui võnkeringi võnkumistele kaasa aidata kollektor voolu impullsidega. See tähendab tööpunkt võib olla valitud küllalt madalale sarnaselt vastastakk lülitusele.
3.4 kvarts generaatorid
Joonis 3.4.1
Kvarts generaatorides kasutatkse kvarts resonaatoreid mis on üks pieeso efektiga kristallide liik. Pieeso efekt on teatud liikide kristallide omadus mis seisneb selles, et kui kristallile teatud sihis avaldada mehaanilist survet nii, et see tekitab mõngiast teformatsiooni siis kristalli tahkude vahel tekib emj mis on võrdeline toimiva rõhuga.
Esineb ka pöördeefekt see tähendab kui rakendada pieeso kristallile pinge siis kaasneb tema mõõtmete muutumine ja kui rakendada vahelduvpinge siis tekib kristalli võnkumine. See juures esinevad ka resonantsi nähtused mille sagedus sõltub kvarts kristalli mõõtmedest. Kvarts kristallile on iseloomulik see, et resonants sagedus on temperatuurist praktiliselt sõltumatu ja seda omadust kasutataksegi siis kui on vaja generaatoridel väga täpseid ja stabilised sagedusi. Valmistakse väga suures standardiseeritud sagedustega valikus kvarts resonaatoreid. Elektrilises motes on kvarts kristall vaadeldav võnkeringi täpesmalt järjestik võnkering kuid sellele lisandub veel kristalli elektroodide mahtuvus
Joonis 3.4.2 skeem
Ta on paigutatud kas hermeetilisse kesta või eriti kindlasse vaakumisse. Toodud aseskeemil on näha, et võimalik 2 võnkeringi. Järjestik võnkering mille annab kristall ja parallel võnkering mis moodustub elektroodi ja kvartsi induktiivusega.
Ja kui määrata kvarts resonaatori resonants kõverat siis ilmebki seal 2 resonantsi. Madalamal sagedusel ilmneb parallel resonants ja kõrgemal sagedusel järjestikresonants. Nende resonants sageduste erinevus ei ole suur.
Joonis 3.4.3. skeem
Kuna kvarts kristalli tuleb vaadelda võnkeringina siis saab kasutada LC geneka lülitusi, kus võnkering on asendatud kvartsiga seejuures võib kasutada nii järjestik kui parallel resonantsi. Võnkeringi (ka kvartsi) võib lülitada ka tagasiside ahelasse, sel juhul tekib selektiivne tagasiside mis toimib ainult resonants sagedusel. Tagaiside ahelas peab tekima sel juhul 180kraadi faasinihe ja vaadeldavas lülituses tekib C1 ja C2 kaasabil. Ja selline olukord tekib natuge järjestik resonantsi sagedusest kõrgemal kus kvarts toimib induktiivsusena. Nimetatud sagedusel lähebki lülitus võnkuma. Tekiv võnkesagedus või genereerimis sagedus on täpselt valitav kondensaatorite C1 ja C2 valikuga. Kusjuures see võnkesagedus on kvarts kristalli parallel ja järjestiks resonantsi sagedusetest kõrgemal.
Väga lihtsalt võib saada kvarts generaatorit kasutades kvartsi ja loogiga elemente. See juures lihtsaima lülituse korral sobib kasutada Cmos loogikat, kuna Cmos loogika sisend takistus on kõrge.
Joonis 3.4.4 skeem
Invertor on põhimõteliselt võimendus aste ja vaadeldaval juhul ongi selline EI element pandud tööle võimendus astmena sel teel, et takisti R1 valikuga on viidud lüli tööreziim 0 ja 1 vahele kus ta käitubki võimendus astmena. Tagasiside ahel on sarnane eelmise lülitusega, ning geneka võnkesagedus on järjestik resonants sagedusest veidi kõrgemal kus induktiivsusena toimiv kvarts on moodustab kondensaatoriga C1 võnkeringi.
Kontrolltöö
4.1 Impulss tehnika alus
Impuls tehnikat nimetakse seda elektroonika osa mis tegeleb impullsiliste signaalide genereerimisel formeemisel ja võimendamisel. Impulssilisi signaale kasutatakse digitaaltehnikas ning ka signaalide edastamisel. Kui siinuselist signaali iseloomustatakse kolme parameetriga: amplituud, sagedus ja algfaas siis impulssiliste signaalide korral on vajalikke parameetreid märksa rohkem. See juures loetakse impulsiks lühiajalist pinge voolu võimsuse kõrvale kaldumist mingist teatud suurusest .
Joonis 4.1.1 graafikad
Parameetrid:
Impullsi kuju – see on pinge voolu või võimsuse muutumise seaduspärasus impulssi vältel.
Impulsi amplituud maksimaal väärtus (Um)
Periood – periood on ajavahemik ühe impulsi algusest kuni teise samapolaarse impulsi alguseni (T) T= ti+tp
Impulssi kestus – ti – on ajavahemik impulssi algusest kuni tema lõpemiseni
Pausi kestus - tp – on ajavahemik impulssi lõpemisest kuni järgmise impullsi alguseni.
Väga sagely on impulsside kuju moonutunud sel juhul võib tekida probleeme impulssi kestuse määramisel kokkulepeliselt kui on tegemist moonutatud impulssidega siis määratatakse impulssi kestus tasemel 0,1 ja juhul kui on tegemist ebamäärase kujuga impulsidega siis tasemel 0,5 mida nimetatakse impulsi kestuseks pool kõrgusel.
Joonis 4.1.2 graafik
Parameetrid:
Harvendus F=T/ti -
Joonis 4.1.3 graafik
Täitetegur Kt=1/F
Sagedus – f=1/T (imp/sek) –
Impulsi polaarsus – on pinge voolu või võimsuse muutumise suund impulsi kestel on olemas positiivseid ja negatiivseid ning kahepolaarseid impulse. 2 polaarse impulside korral korduvad positiivsed ja negatiivsed impulsid kindla seaduspärasusega.
Elektriahelate läbimisel impulside kuju küllalt sagedaselt muutub. See moonutus avaneb 2 kujul impulside külgmiste osade välja venimisest mille tulemusel ristkülik impulsid muutuvad sarnaseks trapets impulsidega ja impulsi horisondi langusest mis avaldub horisontaalse osa lineaarses langemises.
Kuna impuls pinged on mitte siinuselised siis võib vaadelda neid ka koosnevana harmoonilistest see on erineva sagedusega siinus kompnentidest, millele on liitunud ka mingi alalispinge mida nimetatakse alalis kompnendiks ja mis on määratud impulside keskväärtusega.
U(t)=U0+U1m sin (t+1)+ U2m sin (2t+2)+U3m sin (3t+3)+….+ Unm sin (nt+n).
Siin siis U0 on alaliskomponent U1m sin (t+1) on esimene harmooniline mille sagedus ühtib impulside kordussagedusega. U2m sin (2t+2) on teine harmooniline mille sagedus on esimesest harmoonilisest ehk impulside kordus sagedusest 2 korda suurem jne.
Üldreeglina mida kõrgem on harmoonilise number seda väiksem on tema amplituud ja seda vähem mõjutab ta impulsilise signaali kuju.
Ideaalsel juhul peaks elektriahelate läbi laske riba olema lõpmata lai sel juhul kanduksid sisendist väljundisse moonutusteta kõik harmoonilised. Reaalselt see nii ei ole ja see tõttu tekivad ka impulside moonutused. Praktiliselt ei ole aga vajagi ideaalseid impulse ja seetõttu piisab kui signaal sisaldab esimest 10 harmoonilist.
Selleks et impulsid elektriahelat läbimisel ei moonutuks ülemäära, peab olema ahela läbiraske riba piisava laiusega. Orienteeruvalt võib hinnata vajalikku läbilaskeriba järgmise valemiga:
Joonis 4.1.4
Kui lubatav moonutuste määr on väiksem tuleb kasutada lugejas arvu 4, kui suurem siis 2.
4. 2 Impulsside moonutumine Rc-ahelas:
Rc-ahelat kasutatakse astmete vahelise sidestus ahelana, et eraldada alalisvooluliselt võimendusastmeid ja juhtida samalajal signaale ühest astmest teise. Impulsside korral on signaalide edastamine ühest astmest teise seotud sidestus ahelas toimuvate siirde protsessidega, mis tekkivad ahelas kahel korral:
1) Impulsi algul.
2) Impulside lõppedes.
Nende impulsside kulg mõjutab ka impulside kuju moonutusi. Eristatakse kahesuguseid sidestus ahelaid.

Väikese ajakonstandiga ahelad, kus impulsi kestel jõuavad siirde protsessid lõppeda. Taolise ahela liigi tunnuseks on see, et ajakonstant on tunduvalt väiksem kui impulsi kestvus.
Joonis 4.2.1

Suure ajakonstandiga ahelat, kus impulssi kestel jõuab siirde protsess vaid alata .
Joonis 4.2.2
Joonis 4.2.3
Nimetatud siirde protsesside käigus toimub kas kondensaatori laadumine või tühjenemine(impulssi lõpul). Mõlemad protsessid eksponent funtktsiooni kohaselt laadimisel tõuseb pinge kondensaatoril sisendpingeni tühjenemisel laetuse pingest nullini. Eksponent protsessile on iseloomulik et laadimine jõuab lõpuni (samuti tühjenemine) 3-5 tau möödumisel, kusjuures tau väärtus sõltub ahela elementide väärtustest. Veel on iseloomulik see, et eksponent funtsiooni alg osa kuni 0,5 tauni on lineaarne.
Vaatleme väikese ajakonstandiga ahelat:
Joonis 4.2.4
Aja hetkel T1 kui saabub sisend impulss hakkab kondensaator laaduma läbi takistuse R, kuna on tegemist on järjestik ahelaga, siis kehtib selle protsessi käigus Kirhoffi seadus, see tähendab osa pingete summa (kondensaatori ja takistuse pinge) võrdub igal ajahetkel sisend pingega. Kuna meil on tegemist väikese ajakonstandiga protsessi siis kondensaator laadub , laadimise käigus formeeritakse väljundis positiivne terava tipuline impulss. Ajahetkel T2 hakkab kondensaator tühjenema läbi takistuse R ja signaali allika sisetakistuse. Vool läbi takistuse on nüüd vastupidise suunaga ja tulemusena formeeritakse impulsi lõppemise järel väljundis negatiivne terava tipuli impulss.
Väikese ajakonstandiga ajamit kasutatakse terava tipuliste impulside formeerimiseks ristkülik impulsitest. Seejures saadakse kahepolaarsed impulsid millest positiivne vastab ajaliselt impulsi esiküljele ja negatiivne impulsi tagaküljele saadavate impulside kestust sõltub konkreetselt ajakonstandi valikust. Praktikas kasuatatkse taolisi impulse näiteks türistoride või loogika lülituste käivitamisel. Kus on oluline, et käivitusimpulsi esikülg oleks võimalik järsk ja täpselt ajastatud
Suure ajakonstandiga Joonis 4.2.5
Ajahetkel t1 kui algab sisend impuls algab ka kondensaatori laadimine kuna meil on tegemist suure ajakonstandi ajamiga siis toimub see protsess vastavalt eksponendi algosale milline on teatavasti lineaarne. Tulemusena tõuseb impulsi vältel pinge kondensaatoril lineaarselt kiirusega mis on määratd konkreetselt ajakonstandi väärtusega. Impulsi lõpetes ajahetkel t2 hakkab kondensaator tühjenema vool läbib nüüd takistust vastassuunaliselt ning väljundisse tekib negatiivne pinge vise, mis võrdub pingega milleni laeti kondensaator impulsi vältel. Tulemusena näeme et suure ajakonstandi korral on sidestus ahela väljund impulsid oma kujult sarnased sisend impulsidega. Esineb ainult impulsi horisontaalse osa langus mis on vaadeldav impulsi moonutusena. Seejuures on see moonutus seda väiksem mida suurem on ahela konstant. Kui meil on vajadus edastada sidestus ahela kaudu impulsilisi signaale siis tuleb sel juhul kasutada suure ajakonstanidiga ahelat. Ahela ajakonstandi valikul ei tohi unustada, et mõiste suur või väike ajakonstant on suhteline. See tähendab sõltuvalt impulsi kestusest võib üks ja sama ahel käituda kas suure ajakonst. ahelana kui meil on lühikesed impulsid või väikese ajakonst ahelana kui meil on pikad impulsid. Siis vaadeldud suure ajakonst ahelaga reziimis eeldasime, et meil on tegemist suure harvendusega signaaliga nii, et pausi vältel jõuab kondensaator lõpuni tühjeneda. Juhul kui sisend pinge on väikese harvendusega siis tekib laadimise ja tühjenemise reziimides erinevus see tuleneb sellest, et pausi vältel kondensaator tühjeneb ainult osaliselt see tähendab järgmise impulsi saabumiselt on tal mingi jääk pinge ja järgmise laadimise põhjustab nüüd mitte kogu sisend pinge vaid sisend pinge ja jääk pinge vahe. Sama kordub järgmiste impulside aeg kuni tekib tasakaalu reziim kus laeng mida kondensaator saab impulsi vältel võrdub laenguga mida ta annab ära pausi vältel.
Joonis 4.2.6
Kirjeldatud olukorra tulemusena näeme kui sisned pinge harvendus on 2 siis siirdeprotsessi möödumisel tekivad meile väljundise võrdse amplituudiga kahepolaarsed impulsid. See tähendab impulspingest on kadunud alaliskomponent. See on kooskõlas elektrotehnikaga sest teatavasti ei lase kondensaator alaispinged läbi.
4.3 Piirikud
piirikuteks nimetatakse lülitusi mille väljund pinge järgib sisend pinge kuju kuni teatud tasemini mida nimetatakse piiramis nivooks selle ületamisel jääb aga väljund pinge muutumatuks. Võib vaadelda ka piirikuid lülitustena mille abil mingi osa signaalist lõigatakse ära kui väljund signaalis puudub see osa sisend pingest mis on ülalpool piiramis nivood siis on tegemist ülalt piirikuga. Kui see osa mis on alt pool piiramisnivood siis on tegemist altpiirikuga ja rakendades üheaegselt nii ülalt kui alt piiramist saame kahepoolse piiramise.
Piirikuid kasutatakse:
Võimendus elementide kaitseks ülemäärase signaali eest. Kaitseks ülemäärase pinge eest kahepoolse piiriku abil joonis 4.3.1
Ühepolaarsete impulside eraldamiseks kahepolaarsetest impulsidest. 0 tasemelise piiramisega. Joonis 4.3.2
Trapetsi kujuliste impulside saamiseks sinus pingest kahepolaarse piiramisega (taolist pinget võib lugeda ka ristküliku pingele lähedaseks.
Joonis 4.3.3
Lühikeste ristkülik impulside saamiseks pikadest eksponent impulsidest. Kahepoolse piiramise abil.
joonis 4.3.4
Signaali piiramist saab teostada mittelineaarsete omaduste elementide abil milles võivad olla dioodid , stabinitronid või ka transistorid kui neid tüürida sulge või küllastus reziimi. Diood piirikud jagunevad kahte liiki sõltuvalt sellest kas piiramist teostav diood on tarbijaga järjestiku või paralleelselt. Nii nimetatud järjestik piirikus saadakse piiramine siis kui diood sulgub. Paraleel piirikus siis kui diood avaneb ja lühistab koormustakistuse.
Joonis 4.3.5
Vaadeldavaid piirikuid kasutatakse null tasemelisel piiramisel kuna lülitused on väga lihtsad. Kasutatav diood valitakse toodud valemite alusel kusjuures tuleb arvestada et parallel piiriku korral on piiravas reziimis mitte 0 vaid umbes 0,7V see on kasutatava dioodi päripingelang sagely vajatakse ka 0st erineva piiramis nivooga lülitusi.
Joonis.4.3.6
Pingeallika puudumisel avaneb positiivsel poolperioodil diood ta lühistab väljundi ja saame 0 tasemelise piiramise ülalt. Kui aga meil on dioodiga järjestiku pingeallikas siis ei avane diood mitte väikesel positiivsel pingel vaid alles siis kui sisend pinge saab pinge allika pingest positiivsemaks. Seega määrab kasutatav pingeallikas piiramis nivoo. Täpsemalt tuleb arvestada ka dioodi päripingelangu sest diood ei avane mitte 0sel pingel vaid siis kui pinge on ületanud 0,5V. seega kujuneb praktiliselt piiramis nivoo pingeallika pingest mõnevõrra suuremaks. Pingeallika kasutamist saame vältita kui kasutame dioodi asemel sobivalt valitult stabilitroni.
Joonis 4.3.7
Stabinitroni kasutamisel saame kahepoolse piiramise. Positiivsel poolperioodil käitub stabikas pärisuunalise dioodina ja me saame piiramise tasemel 0,7V see on dioodi päripingelang (kui kasutada tavalise ränidioodi asemel schotcky mille päripingelang on väiksem on ka positiivne piiramis nivoo väiksemal pingel.). negatiivsel poolperioodil saame piiramise siis kui stabikas läheb stabiliseerimis reziimi see on siis kui pinge ületab zener pinge. Kasutades taolises skeemis 2 stabikat saame kahepoolse piiramise nullist erinevatel piiramis nivoodel.
Joonis 4.3.8
Seejuures saadavet piiramis nivoode väärtusel sõltuvad kasutatavate stabikate tüübist. See on nende zener pingest. Piiravad võimendid kujutavad endast tavalist võimendus astet mille koormus sirge ja tööpunkt on valitud mõnevõrra tavalisest erinevalt
See juures piiramine tekita kas siis kui transisto tüüritakse sulge reziimi mis toimub punktis B või kui trans tüüridakse küllastusse mis toimub punktis C.
Joonis 4.3.9 (graafik)
Piiramis nivoo väärtust seejuures sõltub tööpunkti A valikust ja tuleb täpsemalt määrata sisend tunnusjoonelt. Kuna sealt on võimalik leida sisend pinge ja sisend voolu vahelist seost.
Joonis 4.3.9
4.4 Multivibraatorid
Multivibrad on laiald levinud lülitused milliseid kasuatakse ristkülikpinge generaatoridena väga laias sagedusvahemikus kusjuures nad võivad olla vilkuva signaali allikaks või ka häire helisignaali allikaks. Peale oma võnkelise reziimi saab kasutada multivibrasi ka oote reziimis kus neid kasutatakse soovitava kestuse ja amplituudiga impulsside formeemiseks. Multivibra on positiivse tagasisidega kaheastmeline võimendi millel genereerimise tingimused on rahuldatud mitmedel sagedustel ja seetõttu saadakse väljundpinge mis sisaldab paljus harmoonilisi ja sellest on tuletatud ka nende nimetus. Multivibrad võivad olla koostatud kas transistoridest loogika elemenditest või ka opvõimendist.
Joonis 4.4.1
Transistor multivibra on kaheastmeline võimendi mille teise astme väljund on ühendatud esimese astme sisendisse. Kuna võimendus aste pöörab signaali faasi 180kraadi siis on üldine faasinihe 360kraadi ja see tagasiside on positiivne kui pingestada taoline lülitus siis tekivad kollektor voolud mõlemas transis ja kui ei oleks kollektor voolude kõikumisi mürade toimel siis jääks taoline lülitus stabiilsesse olekusse ükskõik kui kauaks . Tegelikult aga esinevad laengu kandjate soojuslikust liikumisest tingitud voolu kõikumised keskväärtuse ümber ja need voolukõikumised vallandavadki võnkeprotsessi. Oletame et mingil põhjusel suurenes teise transi kollektori vool sellest tulenevalt väheneb kollektori pinge ja temaga ühendatud kondensaator hakkab nüüd tühjenema. Tühjenemisvool kulgeb positiivselt polaarilt läbi transistori VT2 läbi toiteallika läbi takistuse Rb1 negatiivsele plaadile. See juures tühjenemis vool läbides takistuse Rb1 tekitab seal pinge langu mille minus on suunatud VT1 baasile. Kui baas muutub negatiivsemaks siis põhjustab see kollektorvoolu vähenemise ja kollektorpinge tõusu. Kui aga kollektorpinge suureneb siis hakkab laaduma täiendavalt kondensaator C1 see laadimisvool suurendab VT2 kolektorvoolu tema kollektorpinge langeb veelgi, C2 tühjeneb veelgi, VT1 baas muutub veelgi negatiivsemaks, VT1 kollektorvool väheneb, C1 laadub veelgi ja selliselt tekib laviini taoline protsess, mille tulemusena viiakse VT2 küllastusse ja VT1 suletakse tekinud olukord ei saa aga lõpmatult kesta sest VT1 on suletud Rb1 oleva pingelangu toimel milline väheneb pidevalt. Eksponent funktsiooni kohaselt.
Kondensaator C2 tühjenemis ahelas on aga pingeallikas mis püüab kondensaatorit ümber laadida pingeni +E ja kui transi baasi pinge (VT1) saavutab transi avanemis pinge see on 0,5V. siis avaneb VT1 ning käivitub vastupidine laviini taoline protsess. See tähendab küllastatakse VT1 hakkab laaduma C1 ja suletakse VT2.
Multivibra töö seisnebki transide perioodilises küllastamises ja sulgemises mille käigus kollektorpinged muutuvad lähedaselt ristkülikulisele. Võnkumiste periood see on transistoride avatud ja suletud olekute kestused sõltuvalt kondensaatorite tühjenmiste kiirustest. See tähendab multivibra töösagedust saab muuta kondensaatorite mahtuvuse või baasi takistuste valikuga.
Väljund pinge amplituud on praktiliselt võrdne toitepingega sest pingelang transistoril küllastatud olekus on üsna väike. Väljund impulside kuju on esikülje moonutusega see on kumerusega sest igakord kui trans sulgub ja toimub kollektor pinge tõus, toimub ka vastava kollektoriga ühendatud kondensaatori laadimine. (kuna ta eelnevalt tühjenes) laadimis vool kulgeb läbi kollektortakistuse põhjustab seal pingelangu ja seetõttu saavutab kollektorpinge maksimaalse väärtuse alles peale kondensaatori laadimist.
Multivibrad kus transistoride suletud ja küllastus olekute kestused on võrdsed nimetatakse sümmeetriliseks multivibraks. Kollektoridelt saadav väljundpinge on sel juhul samakujuline kui nihutatud poolperioodi võrra. Sümmeetrilisel multrivibral C1Rb2=C2Rb1. kui valida kondensaatorid või baasi takistused erinevadena on transistoride suletud ja küllastus olekute kestused erinevad ja me saame mitte sümeetrilise kujuga vibraatori.
Joonis 4.4.2
Mittesümeetrilise multivibra erinevadelt kollektoridelt võetud väljundpinged on oma kujult erinevalt.
4.5 multivibraator opvõimendid
joonis 4.5.1
opvõimendi MI (mitteinventeeriv) sisendisse on toodud läbi pingejaguri R1, R2 tagasiside, mis muudab selle sisendi pinge sõltuvaks väljundi seisundist kord positiivseks kord negatiivseks. I (inventeeriv) sisendisse on ühendatud kondensaator, milline on ühendatud läbi takistuse R3 väljundiga. Oletame all olukorras sai MI sisend suurema pinge ja seetõttu läks opvõimendi väljund positiivsesse küllastusse selles olukorras saab MI sisend positiivse pinge milline on määratud R1 ja R2 suhtega. Kuna väljundis on nüüd positiivne pinge siis hakkab kondensaator C laaduma ajakonstandiga C*R3, seejuures muutub I sisendi pinge eksponent funktsiooni kohaselt püüdega saavutada positiivse küllastuse pinget. See protsess saab kesta ainult nii kaua kui pinge I sissendis ületab MI sisendi pinge. Siis pääsub maksusele I sisendi toime ning võimendi väljundisse tekib negatiivne küllastus pinge. Nüüd saab negatiiivse pingega MI sisend ja kondensaator hakkab ennast ümber laaduma püüdega saavutada negatiivset küllastus pinget. Protsess kestab seni kui pinge I sisendis saab negatiivsemaks MI sisendi pingest ning nüüd toimub jällegi ümber laadumine. Väljund pinge muutub negatiivsest küllastusest positiivsesse küllasustusse ja kondensaatorit hakkatakse ümberlaaduma teises suunas. Vaadeldud lülituses võnkesageduse määrab kondensaatori C mahtuvus ja takistus R3 kuna nendest sõltub ümber laadimise ajakonstant. Peale selle mõjutab võnkesagedust ehk perioodi ka takistuste R1 ja R2 valik, kuna nende valikust sõltub lülituse ümberlülitumise hetk. Nii näiteks vähendades takistust R1 muutub pinge MI sisendis suuremaks ümberlülitumise hetke saavutamine võtab rohkem aega. Ning järelikult pikeneb periood ja väheneb sagedus.
4.6 multivibraator loogikaelemtidel
Lihtsamad loogika elemendid milleks on inventorid on põhimõteliselt vaadeldavad võimendus astmetena. Ja seetõttu võiks multivibrasi koostada loogika elementidest analoogselt multivibra põhiskeemile. See skeem ei ole aga kasutatav sest K mop ei talu suuri negatiivseid sisend pingeid. Selleks et lülitus ei sõltuks loogika liigist kasutatakse mõnevõrra teistsugust lülitust kus sisenditele ei saa tekita suuri negatiivseid pingeid ning nende negatiivsete pingete vältimiseks ühendatakse sisendidesse kaitse dioodid (need kaitse dioodid võivad olla ka mikroskeemi sees).
Joonis 4.6.1
Väljundiga ühendatud kondensaatorid laetakse väljundpingeni ja kui lülituse seisund muutub siis hakkab konensaator tühjenema. Oletame algolukorras on väljundis 1 on 0 ja väljundis 2 on 1 selle tulemusena hakkab laaduma C2. D.D2 väljnudist läbi takistuse R1. see laadimisvool tekitab takistusel R1 pingelangu mis viib D.D1 sisendi tugevalt positiivseks ning hoiab selle väljundi asendis 0. Laadimisvool väheneb aga eksponent funktsiooni kohaselt ja vastavalt sellele väheneb ka D.D1 sisendis toimiv pinge. Kui sisend pinge väheneb loogika avanemis pingeni Uav siis D.D1 sulgub tema väljundisse tekib seisund 1 ning nüüd hakkab laaduma kondensaator C1. laadimisvool tekitab pingelangu takistusele R2 ja see viib D.D2 väljundi asendisse 0. saadud seisund kestab seni kuni D.D2 sisendis pinge langeb avanemis pingeni ning toimub järjekordne ümberlülitumine võnkesagedus on määratud kondensaatorite laadumis ajakonstandiga C2*R1 ja C1*R2. Nimetatud ajakonstantidele avaldab mõju ka loogika väljund takistus ja kui see on suur siis tekib väljundis väljundtakistus laadimisvoolu pingelang ning impulside kuju moonutub nii, et impulside kestel tekib pingetõus.
Täpsemalt sõltub nimetatud moonutus kasutatud loogika tüübist sest eritüüpi loogika elemenditel on erinev väljundtakistus. Vaadeldud lülitusel on üks puudus mis avaldub selles, et mõlemad lülid võivad käivitamisel jääda samasse asendisse. See tekib praktiliselt siis kui toitepinge antakse peale aeglaselt muutuvalt. Sisuliseks põhjuseks on see, et häire kindluse tõstmiseks on avanemis pinged viidud küllalt kõrgeks kuni 3V ja väljundvoolude ebastabiilsus mis käivitas tavalise multivibra ei suuda avada loogikat. Kirjeldatud olukorra vältimiseks tuleb teha joonis et multivibra ei käivitu lisatatkse toodud lülitusele 2 lüli
Joonis 4.6.2
Kui lülituse põhiosa D.d1 ja D.d2 töötab normaalselt see tähendab nad avanevad korda mööda siis ei ole kunagi D.d3 sisendites üheaegselt kõrget potentsiaali tema väljund on asendis 1 ning d.d4 väljund asendis 0. See on samaväärne takistuse R1 parempoolse otsa maandamisega ja lülituse toimib täpselt sama moodi nagu eelminegi. Kui aga dd1 ja dd2 jäävad üheaegselt suletuks siis tuleb dd3 mõlemisse sisendisse üks tema väljund läheb 0 dd4 väljund 1 ning dd4 väljundi potentsiaal sunnib läbi takistuse R1 dd1 avanema tema väljund läheb nulli ja kogu skeem käivitub edaspidi normaalselt.
4.7 ootemultivibraator
ootemultivbiraator ehk multivibraator ootereziimis on lülitus mille üks asend on stabiilne ja teine mittestabiilne. Selles stabilises asnedis võib olla lülitus kuitahes kaua. Mittestabiilsesse asendisse viiakse lülitus sisendi impulside toimel. Selles mittestabiilses asendis viibi ootemultivibra lülituses toimuvate protsesside ajaks ja nende lõppedes tagastub lülitus algasendisse.
Joonis 4.7.1 graafik
Võime öelda ka et ootemultivibra väljund impulside sagedus sõltub sisend impulsside sagedustest väljund impulside kestus ja amplituud aga lülitus elemendite valikust. Ootamultivibrasi kasutatakse vajaliku impulsi kestuse ja amplituudiga impulsside formeerimiseks näiteks türistoride käivitamisel.
Joonis 4.7.2
Algolukorras see on stabilises asendis on VT1 suletud ja VT2 avatud. Selline olukord saadakse takistite R1 ja R2 valikutega millised valitakse selliselt, et takistuselt R2 VT1 baasile antakse väike positiivne pinge +1V. VT2 emiteri vool läbides takistust Re tekitab seal mõnevõrra suurema pingelangu näiteks 1.1V. Tulemusena on VT1 baas emiterist 0,1V võrra negatiivsem ja sellest pingest piisab et viia VT1 sulge reziimi. Suletud transistori kollektor pinge võrdub toitepingega ja kondensaator C1 on laetud joonisel näidatud polaarsusega. Sisend impulsi saabumisel avatakse VT1 tema kollektori pinge väheneb ning kondensaator C1 hakkab tühjenema joonisel näidatud teet pidi. Tühjenemis ahelasse jääb ka toitepinge allikas mis püüab kondansaatorit ümber laadida. Tühjenemis vool läbides takistust Rb2 tekitab seal pinge langu mille minus on suunatd VT2 baasile. Selle pingelangu toimel VT2 baasile VT2 suletakse. Nüüd lakkab VT2 emiteri vool läbi takistuse Re ning VT1 jääb avatuks ka peale sisend impulsi lõppemist. Saavutatud mitte stabiilne asend on määratud kondensaator C tühjenemisega. Tühjenedes püüab toiteallikas kondensaatorit ümber laadida ja pinge VT2 baasil muutub seejuures eksponent funktsiooni kohaselt. Kui pinge VT2 baasil saavutab transistori avanemis pinge milleks on +0,5V siis avaneb VT2 tekib emiteri vool mis läbides takistust Re suurendab seal tekivat pingelangu ja tulemusena VT1 suletakse ning lülitus on jälle algasendis. Formeeritava impulsi kestus on määratud kondensaatori tühjenemis ajakonstandiga see tähendab sõltub kondensaatori C1 mahtuvusest ja ka takistuse Rb2 väärtusest. Väljund impulsi amplituud on toitepingest mõnevõrra väiksem kuna tuleb arvestada ka pingelanguga takistusel Re seetõttu on transistori pinge avatud olekus.
Ootemultivibrat võib koostada ka loogika elementidest.
Joonis 4.7.3
Algasendis on DD2 väljundis 1 ja DD1 väljundis 0 kuna DD1 mõlemad sisendid on asendis 1. Sisend impulsi toimel läheb DD1 väljund asendisse 1 kondensaator C hakkab väljundi pinge tõusu tõttu laaduma ning laadimisvool põhjustab takistil R pingelangu mis viib DD2 sisendisse asendisse 1 väljundi aga asendisse 0 kuna DD1 alumine sisend on nüüd asendis 0 siis ei juhtu lülituse olekuga midagi ka peale sisend impulsi lõppu. See tähendab siis kui ülemine sisend läheb asendisse 1. Kondensaator C laadimisvool väheneb eksponent funktsiooni kohaselt ning koos sellega pingelang takistil R ja ka DD2 sisendpinge selle hetkeni ning saavutatakse loogika avanemis pinge. Nüüd läheb DD2 väljund 1-te DD1 väljund 0 ning lülitus on algasendis kuni järgmise sisend impulsini.
5.1 Muundustehnika
Kaasaegsete elektriajamites vajatakse, nii alalis kui vahelduvvoolu, kus juures nii saadav alalispinge, kui ka vahelduv pinge ja sagedus peavad olema reguleeritavad . Kuidas muuta vooluliiki, see on vahelduvvoolust alalisvooluks ja ka vastupidi, sellega tegeleb muundus tehnika.
5.2 kolmefaasilised alaldid
Ühefaasilised alaldid milliseid käsitleti elektroonika aluste kursusest on piiratud kasutuvusega. Eelkõige sellepärast et nad tekitavad energia süsteemi mittesümeetrilise koormuse mille toimel tekib 0 punkti nihe ja rikneb kogu kolmefaasilise süstemi normaalne töö. Eriti halva toimega süsteemile võivad olla võimsad ühefaasilised alaldid, mille tarbitav vool on mitte siinuseline. Seega võib taoline alaldi muutuda harmooniliste allikaks. Mis tekitavad elektrivõrgus häireid.
Joonis 5.2.1
Nimetatud põhjustel ei kasutata ühefaasilisi alaldeid kui alaldi väljundis tarbitav võimsus on suurem kui 1Kw (see piir olla range). Nii nagu ühefaasilised alaldid nii ka kolme faasilised alaldid võivad olla nii poolperiood kui ka täisperiood lülituses.
Joonis 5.2.2
Kolmefaasilises poolperiood alaldis jaguneb vool kolmefaasi ja dioodi vahel selliselt, et korraga juhib ainult see diood mille faasipinge on antud hetkel 0 suhtes kõige positiivsem. Kuna antud ajahetkel avaneb just see diood mille anood teiste dioodidega võrreldes kõige positiivsem. Nii näiteks ajavahemikul t1 kuni t2 kõige positiivsem faas A ja see tõttu juhib sellel ajavahemikul selle faasiga ühendatud VD1. Ajahetkel t2 saab kõige positiivsemaks faas B ja nüüd hakkab juhtima VD2 ajavahemikul t3-t4 VD3 jne. Seega moodustub tarbija vool 3 dioodi voolude summast . Id=1/3 IL If dioodile mõjuv vastupinge alaldustegur on 1,17 ja pulsatsiooni sagedus on 150Hz
Toodust selgub 3 faasiliste alaldite veel üks eelis see on suurem pulsatsiooni sagedus sest mida suurem on pulsatsiooni sagedus seda lihtsam on pulseerivat pinget siluda.
Ur=ruutjuur3*U2max
Joonis 5.2.3
3faasilise sild lülituse korral on kasutusel 6 dioodi ja alaldatavaks pingeks liinipinge . Tarbijaga jääb järjestiku 2 dioodi ja vool läbi tarbija tekib nende faaside vahel mille pinge on antud hetkel kõige positiivsem ja kõige negatiivsem. Näiteks ajahetkel t1 on kõige positiivsem faas A ja kõige negatiivsem faas B seetõttu kulgeb vool faasist A läbi Dioodi VD2 läbi tarbija läbi dioodi VD3 faasile B või näiteks ajahetkel t2 on kõige positiivsem faasi B ja kõige negatiivsem faas C mis tõttu kulgeb vool faasist B läbi dioodi VD4 läbi tarbija läbi dioodi VD5 C faasile. Kasutatavaid diode võib jagada kahte gruppe sõltuvalt sellest millised elektroodid on lülituses kokkuühendatud sama potentsiaali all. Nii on katood grupi dioodideks VD2 4 6 anood grupi dioodideks VD1 3 5. Nimetatud dioodi grupidel võib kasutada ühiseid radiaatoreid. Kui dioodid on vastavalt konstrueeritud. Valmistataksegi kahte liiki diode ühtedel on anood korpuses teistel katood korpuses. Kasutamisel tuleb rangelt kontrollida millise grupi dioodidega on tegemist. Kui seda mitte teha tekitame radikaga lühise. Tavaliselt on taolistes alaldides 2 radikat milles üks negatiivse pinge all teine positiivse pinge all.
Dioodide Andmed:
Sildlülituses 3 faasilise alaldi väljundpinge on väikese pulsatsiooniga ja suure sagedusega. Paljudel juhtudel ei olegi vaja 6% pulsatsiooni siluda näiteks relee skeemide toiteks ja ka alalisvoolu mootorite toiteks. Ja kui tarbijast sõltuvalt on taolist pignet vaja siluda siis kui kujuneb silufilter suhteliselt lihtsaks kuna pulsatsiooni sagedus on suur.
5.3 Reguleeritavad alaldid
Kui aladis kasutada tavaliste dioodide asemel türistore saame reguleeritava alaldi mille väljund pinget on võimalik muuta türistori avamis hetke muutmisega. Nii nagu tavalised alaldid nii ka reguleeritavad alaldid võivad olla koostatud erinevat alaldus lülituste alusel.
Joonis 5.3.1
Kui avada türistor aladatava pinge positiivse poolperioodi algul nagu see on joonisel näidatud esimesel poolperioodil siis kulgeb vool läbi tarbija peaaegu kogu poolperioodi vältel ning tarbijal on maksimaalsel väärtusel pinge. Kui aga nihutada avamis impuls hilisemaks siis väheneb vastavalt voolu keskväärtus ja alaldatud pinge. Ajalist nihet positiivse poolperioodi alguse ja türistori avamis impulsi vahel nimetatakse tüürnurgaks.
Tüürimisnurka on võimalik reguleerida nullist 180kraadini kusjuures mida suurem on tüürimisnurk seda väiksem on väljundpinge.
Joonis 5.3.2
Nagu graafikudelt näha on reguleeritava alaldi pulsatsioon tugev ja pulsatsioon on seda suurem mida suurem on tüürimisnurk. Kuna väljund voolu impulsid on järsu esiküljega siis tekivad seal kõrgemad harmoonilised mis levivad vahelduvvoolu võrgu kaudu ümbritsevasse ruumi ja põhjustavad raadiohäireid. Tugev pulsatsioon on põhjuseks miks poolperiood reguleeritavat alaldit praktiliselt ei kasutata. Reguleeritavates alaldides eelistatakse reeglina lülitusi milles dioodide või türistoride arv on väiksem. Seetõttu eelistatakse ühefaasilides alaldides trafo keskvälja võtega lülitust ja kolmefaasilides alaldites poolperiood alaldi lülitust.
Joonis 5.3.3
Aktiivkoormuse korral on olukord lihtne tarbijat läbiv vool moodustub impulsidest mille vahel on paus . Kusjuures selle pausi kestus on võrdeline tüürnurgaga. Induktiivse koormuse korral mis praktiliselt esineb küllalt sagely näiteks kui me toidame reguleeritavast alaldist alalisvoolu mootorit. Siis tekib meil olukord, et türistor ei saa positiivse poolperioodi lõpul sulguda kuna teda läbib induktiiv koormuse vool ja kuna türistor jääb selliselt avatuks ka alaldatava pinge negatiivse poolperioodil siis tekib väljundpinge vähenemine.
Joonis 5.3.4
See tähendab et türistor ei sulgu mitte ajahetkel t1 millal lõpeb positiivne poolperiood vaid mõnevõrra hiljem ajahektel t2 see on siis kui vool läbi türistori on muutunud nulliks. Tänu induktiivsele koormusele ei ole vooluimpulsid enam järsu esiküljega ja kui suurendada tarbija induktiivsust teatud piirist suuremaks siis tekib väljundis pidev voolureziim. Sel juhul jaguneb vool kahe türistori vahel nii et kui üks sulgub siis teine avaneb seda nähtust nimetatakse kommutatsiooniks.
Reguleeritava alaldi korral eristatakse kaht tööreziimi katkev voolu talitust kus tarbijat läbiv vool on impulsiline kusjuures impulside kestus sõltub tüürnurgast ja koormuse induktiivsusest kui induktiivsus on väike on impulsid lühemad kui suur siis pikemad . Samal ajal mida suurem on tüürnurk seda lühem on vooluimpuls. Suurendades koormuse induktiivsust kaob teatud induktiivsuse väärtusel katkev voolu reziim ning tekib pidev voolureziim kus türistorid juhivad voolu korda mööda nii, et voolu impulside vahel paus puudub taoline reziim on tarbijale märksa soodsam ja ka taolises reziimis saadud pinget on lihtsam siluda.
Joonis 5.3.5
Kui soovitakse saada pidevvoolu reziimi kuid tarbija induktiivsus ei ole selleks piisav siis võidakse lisada tarbijaga järjestiku täiendav induktiivsus mis toimib ühtlasi voolusiluva drosseliga.
5.4 Reguleeritava alaldi töö vastu elektromotoorjõule.
Joonis 5.4.1
Alaldi töö vastu elektromotoorjõule tekib siis kui tarbijaks on kas alalisvoolu mootor või laetav aku. Sarnane on tööreziim ka mahtuvusliku koormuse korral.
Joonis 5.4.2
Alaldi töötamisel vastu emj-le on oluliseks eripäraseks see, et võimalik tüürnurk on praktiliselt piiratud. Sest türistor saab avaned ainult siis siis kui tema anood on katoodist positiivsem. Selline võimalus on ainult ajavahemikus t1 kuni t2. seega sõltub võimalik tüürnurk vastu emj väärtusest milline praktikas võib muutuda.
……..
…..
…
Ka töötamisel vastu emj-le on võimalik nii katkevvoolu ning pidevvoolu reziim. Mootorile töötamisel ei ole katkevvoolu reziim soovitav sest sellega kaasneb mootori momendi impulsiline iseloom ning mehaaniliste karakteristikate muutused. Akude laadimisel võib olla olukord vastupidine nimelt mõjub impulsiline laadimisvool plii akudele sulfateerimis protsessi pidurdavalt. Sulfateerumise nähtus vähendab akude mahtuvust ja kui perioodiliselt plii akusid laadida impuls vooluga siis pikeneb nende kasutus iga. Pidevoolu reziimi saamiseks tuleb lisada koormus ahelasse induktiivsus kui mootori oma induktiivus ei ole piisav.
5.5 Jõuelektroonikas kasutatavate muundurite liigitus
kaasaegsed elektriajamid vajavad töötamiseks erinevaid vooluliike kusjuures voolu parameetrid peavad olema küllalt suuresti reguleeritavad.
Joonis 5.5.1
Alaldamisel muundatakse vahelduvvool alalisvooluks kusjuures võib toimuda ka pinge reguleerimine. Alalisvoolu muundamisel toimub alalispinge reguleerimis protsess ja võib toimuda ka polaarsuse muutmine millega omakorda kaasneb tarbija voolu suuna muutus. Pingemuutmine muundamise käigus võib olla nii pinget vähendav kui pinget tõstev vaheldamine on alalisvoolu muundamine vahelduvooluks. See juures võidakse muundada alalisvoolu kas võrgusagedusega vahelduvooluks või mingi muu sagedusega vahelduvvooluks. See juures võib olla sagedus ka reguleeritav kuna kaasajal on levinud asünkroonmootorite kiiruse reguleerimine sageduse muutmisega. Vahelduvvoolu muundamine on lihtsamal juhul ainult pinge muundamine kuid võib olla ka näiteks ühefaasilise voolu muundamine 3 faasiliseks ning see muundamise protsess võib toimuda ka sageduse muutmisega. Jõuelektroonikas leiavad kasutust mitmed (peaaegu kõik) elektroonika komponendid kusjuures erinevuseks side tehnikas kasutatavaga on märgatavalt suuremad lubatavad voolud ja pinged, et tinglikult loetakse jõuelektroonika komponendideks neid pooljuht seadiseid mille lubatav vool on vähemalt 5 amprit.
5.6 Alalispinge muundurid
5.6.1 ühe kahe, nelja-ekvatrandiline pinge muundur
Üheekvadrandiline tähendab seda, et antud pinge muunduriga toimub küll pinge ja voolu väärtus reguleerimine kuid ei toimu voolusuuna ega pingepolaarsuse muutust.
Kaheekvadrandilise muunduri korral toimub küll voolusuuna muutus kuid ei toimu pinge polaarsuse muutust. Taoliseks kaheekvadrandiliseks on muunduriks on trammi pingemuundur milline liikumisel tarbib energiat mootorite toiteks pidurdamisel aga muutub mootor generaatoriks ning muundur saadab voolu võrku tagasi.
Nelja ekvadrandilisel muunduril võib toimuda nii voolu suuna muutus kui ka pinge polaarsuse muutus.
Enam levinud muundurid töötavad impulsi laiuse ehk kestuse muutmise reziimis ja on oma toimelt väga sarnased elektroonika alustes käsitletud impuls stabilisaatoridega ja nende vaheliseks erinevuseks on vaid see, et regulator ei hoia pinget muutumatuna vaid muudab seda juhtimisprogrammi alusel. Teiseks erievuseks on see et pinge regulaatorite koormus ei ole aktiivtakistuslik vaid enamasti aktiivinduktiivne. Kuna koormuseks on tavaliselt alalisvoolu mootor. Kolmandaks erinevuseks on et mootoril on ka vastuelektromotoorjõud millega tuleb regulaatori töötamist arvestada. Stabilisaatori skeemides on lülitavaks elemendiks transistor samuti võib olla ka pinge regulaatorides kuid teiseks külllalt levinud võimaluseks on kasutada lülitus elemendina GTO türistore. Stabilisaatori lülituse koormuse ahelas on eraldi elemendina ka veel induktiivsus. Mis toimib energiat koguva elemendina
Joonis 5.6.1.1
Pinge regulaatoridel vajadus selle elemendi järele puudub juhul kui koormuseks on alalisvoolumootor sest mootori induktiiv takistus on piisavalt suur kui juht ahela poolt element suletakse siis kulgeb vool toite plussist läbi koormus ahela kusjuures induktiivsuse emj püüab takistada voolu tkekimist ning toimub energia salvestamine koormuse induktiivsusse kui juhtahela poolt lüliti avatakse muudab induktiivsuse emj oma polaarsust avaneb diood VD ja koormusvool jätkub induktiivusesse salvestunud energia abil. Voolu reguleerimine tarbijas millega kaasneb mootori pöörlemiskiiruse muutus, toimub lüliti suletud ja avatud oleku ajasuhte muutmisega. Väiksema voolu korral on pausi ja impulsi kestus suurem, ssuurema voolu korral väiksem kusjuures pingeregulaatorides kasutatakse impulsi laiuse modulatsiooni kus lültiamis sagedus on konstantne .