Кафедра АППиЭ

Исполнитель: Потемкин М.С., 641-об
Научный руководитель: Усенко В.И., доцент
ФГБОУ ВО «Амурский государственный университет»

ИНУН, ИНУТ, ИТУН, ИТУТ, УСИЛИТЕЛЬ, ЭЛЕКТРОННЫЙ КЛЮЧ

Транзистор как трехполюсный полупроводниковый прибор может выполнять две функции, фундаментальные для целей проектирования электронных цепей: усиление и коммутация. Усиление состоит в увеличении сигнала за счет энергии внешнего источника; тогда как транзисторный переключатель представляет собой устройство для управления относительно большим током или напряжением на двух зажимах посредством небольшого управляющего тока или напряжения на третьем зажиме.
Для составления схем замещения электрических цепей наряду с идеальными пассивными двухполюсниками (сопротивление, индуктивность и емкость) используются идеальные активные двухполюсники - идеальные источники напряжения и источники тока.
Идеальный источник напряжения обеспечивает заданное напряжение на своих зажимах независимо от того, какой ток происходит через него. Значение тока, создаваемого этим источником, определяется подключенной к нему схемой.
Идеальный источник тока обеспечивает заданный ток, посылаемый в схему, и не зависит от напряжения на его зажимах - оно определяется подключенной к источнику схемой.

   (https://pp.userapi.com/c623900/v623900295/fb667/H3opaFGXEE8.jpg) (https://pp.userapi.com/c623900/v623900295/fb66e/iTZ805oN6Zc.jpg) (https://pp.userapi.com/c623900/v623900295/fb675/GFgVCeFaGT8.jpg)                                           

Рис.1. Общие символы идеальных источников напряжения и тока

Напряжение на зажимах идеального источника напряжения может быть постоянным (DC source) или синусоидальным (AC source). Это же относится и к источнику тока.
Источники, описанные до сих пор, имеют возможность генерировать предписанное напряжение или ток независимо от любого другого элемента в цепи. Поэтому они называются независимыми источниками. Однако существует еще одна категория источников, выход которых (ток или напряжение) является функцией другого напряжения или тока в цепи. Они называются зависимыми (или контролируемыми) источниками. Другой символ в форме ромба используется для представления зависимых источников и
чтобы отличить их от независимых источников. Символы, обычно используемые для представления зависимых источников, изображены на рисунке 2.
(http://4.bp.blogspot.com/-UD95xXl5vC4/T4h_0uXkz0I/AAAAAAAAAII/5K2RCAL2C98/s1600/untitled.JPG)

Рис.2. Общие символы зависимых источников напряжения и тока

Работа транзистора как линейного усилителя может быть качественно объяснена эскизом на рис. 3, в котором четыре возможных режима работы транзистора проиллюстрированы с помощью схемных моделей с использованием контролируемых источников. На рисунке 3 показано, что контролируемые источники напряжения и тока генерируют выходной сигнал, пропорциональный входному току или напряжению; постоянная пропорциональности, μ, называется внутренним усилением транзистора. Как будет показано, биполярный транзистор действует в основном как управляемое током устройство, в то время как «полевик» ведет себя как управляемое напряжением устройство.
(https://pp.userapi.com/c623900/v623900295/fb692/TDGkAYLLphI.jpg)
Рис.3. Модели режимов работы усилительного каскада на транзисторе с использованием  зависимых источников напряжения и тока

Программа схемотехнического моделирования Multisim позволяет исследовать модели электрических и электронных цепей с зависимыми источниками. Изображения зависимых источников в программе Multisim представлены на рис.4.


(https://pp.userapi.com/c623900/v623900295/fb699/P189VJeUieA.jpg)

Рис.4. Модели зависимых источников напряжения и тока в Multisim

В качестве примера соберем схему резистивного четырехполюсника с активной нагрузкой и независимым источником постоянной ЭДС (рис.5) и активно-емкостной нагрузкой с независимым источником синусоидальной ЭДС (рис.6)

(https://pp.userapi.com/c623900/v623900589/f56e0/_3yWNxrpWVA.jpg)

Рис.5. Модель схемы активного четырехполюсника с зависимыми источниками напряжения и тока и источником постоянной ЭДС в Multisim

В схеме с постоянной ЭДС для измерения напряжений и токов используется инструмент Measurement Probe, находящийся в панели инструментов, с опцией  Instantaneous voltage and current. В схеме с гармонической ЭДС использован вольтметр для измерения выходного напряжения, осциллограф для получения временных диаграмм выходных напряжения и тока и два ваттметра для измерения полезной и потребляемой четырехполюсником мощности.

(https://pp.userapi.com/c623900/v623900589/f56e7/jZxaW8y954o.jpg)

(https://pp.userapi.com/c623900/v623900589/f56ee/2FpV9TuupHQ.jpg)

Рис.6. Модель схемы активного четырехполюсника с зависимыми источниками напряжения и тока и источником гармонической ЭДС  в Multisim

При описании свойств транзисторов было высказано предположение, что в дополнение к использованию в качестве усилителей три зажимные устройства могут использоваться в качестве электронных переключателей, в которых один зажим управляет потоком тока между двумя другими.
Транзисторы могут также работать в нелинейном режиме как ключи. Когда транзистор работает как коммутатор, для управления потоком тока между двумя транзисторными зажиммами в режиме «включено-выключено» используется небольшое напряжение или ток. На рис.7  изображена идеализированная работа транзистора в качестве переключателя, предполагая, что выключатель закрыт (включен) всякий раз, когда управляющее напряжение или ток больше нуля и открыт (выключен) в противном случае.

(https://pp.userapi.com/c623900/v623900589/f56fc/Am8d7EaSsqE.jpg)
(https://pp.userapi.com/c623900/v623900589/f5703/E71tXNZH6yE.jpg)

Рис.7. Модели идеальных транзисторных ключей

1. Розанов Ю.К. и др. Силовая электроника. - Уч. Для вузов.- 2-е изд. - М: Издательский дом МЭИ, 2009.

Скажите, пожалуйста, что такое Power factor? У Вас два ваттметра показывают этот параметр.

Для чего служат показания Wattmeter'a в вашем докладе?

Разница между полезной и потребляемой Power factor  говорит

о сорока восьми процентном КПД  устройства.  Это нормально ?  Если нет, то как этот коэффициент повысить ?

Но, лучше приведите график его зависимости от нагрузки.

"Power factor" - это коэффициент мощности равный косинусу фазового угла между напряжением и током

в данном докладе ваттметр служит для измерения полезной и потребляемой четырехполюсником мощности.

"Power factor" - это коэффициент мощности равный косинусу фазового угла между напряжением и током

Вычисляется как отношение активной мощности к полной.

Ответьте  и  на  мой вопрос  о КПД.

Внезапно родились стихи:

Инун итун,
Инут итут,
Инун итут и итун.
Усилитель! Усилитель!
Инут итуна инун.


Вопрос: как в дальнейшем Вы планируете использовать Ваши наработки?

Можно подробнее про применение зависимых источников.

для того чтобы увеличить КПД между полезным и потебляемым Power factor нужно параллельно добавить емкость С2
(https://pp.userapi.com/c834204/v834204292/11078f/g78UWD9UGXA.jpg)
(https://pp.userapi.com/c834204/v834204292/110774/ztZknvd0YCo.jpg)

Можно подробнее про применение зависимых источников.

Зависимые источники обеспечивают удобное средство:
1. преобразование между напряжением и током
2. изменение сопротивления
Поскольку зависимые источники часто появляются в той части схемы, которую мы используем, чтобы сделать измерения, они также позволяют использовать входные и выходные характеристики устройства.

Что представляет собой функция коммутации?

... для того чтобы увеличить КПД между полезным и потебляемым Power factor нужно параллельно добавить емкость С2

Это для схемы рис.5  с ИТУН (I1) и ИНУТ (V1) четырёхполюсника имеется некоторое повышение КПД. 

А для других вариантов (VCCS  и  CCCS)  не исследовали ?   Всегда требуется сравнение  и  выводы.

Что представляет собой функция коммутации?

Функция коммутации у транзисторов позволяет использовать их в электрических цепях как ключи

... для того чтобы увеличить КПД между полезным и потебляемым Power factor нужно параллельно добавить емкость С2

Это для схемы рис.5  с ИТУН (I1) и ИНУТ (V1) четырёхполюсника имеется некоторое повышение КПД.  

А для других вариантов (VCCS  и  CCCS)  не исследовали ?   Всегда требуется сравнение  и  выводы.

Мы не можем выбирать зависимые источники. Тип того или иного зависимого источника зависит от формы уравнений, которыми описывается четырехполюсник. Например в электронике используется h - форма уравнений. В этом случае схема замещения ИНУН и ИТУТ
(https://pp.userapi.com/c845520/v845520456/25467/8VL8Bv8kbMM.jpg)
(https://pp.userapi.com/c845520/v845520150/282d8/XAFIHHwXoEw.jpg)

h₂₂ - проводимость (выходная)
1/h₂₂ - выходное сопротивление

Мы не можем выбирать зависимые источники...

Ответы понятны. О математическом описании модели рис.5  говорить рано. И о передаточной

функции этого четырёхполюсника тоже.  Но было бы интересно увидеть  и на это  ответы.

По рис.5 ползет четырехполюсник. "Вид его ужасен". На спине надпись: "W(p)".

"Вид его ужасен". На спине надпись: "W(p)".

Эту  надпись в качестве   тату нужно нанести Крилю  на  Вечную  Память об  АПП  и Э.

Передаточная функция четырехполюсника  изображенного на рис.5
(https://pp.userapi.com/c845121/v845121633/2c115/iT5kniILyrI.jpg)

Примет вид
(https://pp.userapi.com/c845018/v845018354/2a52c/rjYXxOKfWHM.jpg)

Ну уж нет. У четырехполюсника должно быть четыре передаточных функции (передаточная матрица 2 на 2). Раз пошла такая дискуссия напишите, пожалуйста, все.

Воспользуемся уравнениями для описания четырехполюсника, которые приведены выше:

(https://pp.userapi.com/c845121/v845121984/29dfd/98h7A_d_ckU.jpg)

Выразим из второго уравнения ток I₁, получим:

(https://pp.userapi.com/c845121/v845121984/29e04/FS9ElwE1xfM.jpg)

Далее подставим получившийся ток I₁ в верхнее уравнение:

(https://pp.userapi.com/c845121/v845121984/29e0b/HH5Ju9vA-JQ.jpg)

Получим:

(https://pp.userapi.com/c845121/v845121984/29e12/OLtCN2ABMZE.jpg)
(https://pp.userapi.com/c845121/v845121984/29e19/R2XW7o9fXRg.jpg)
(https://pp.userapi.com/c845121/v845121984/29e20/bg0h3B3ylQk.jpg)

Получим передаточную функцию четырехполюсника, как отношение выходного напряжения к входному:

(https://pp.userapi.com/c845121/v845121984/29e27/YAqq_eighOY.jpg)

где U₂ определяется по закону Ома

(https://pp.userapi.com/c845121/v845121984/29e32/2EfC8XH-5Tg.jpg)