5,6 – МАЪРУЗАЛАР. Сигнал кучайтиргич элементлар.

Παρουσίαση με θέμα: "5,6 – МАЪРУЗАЛАР. Сигнал кучайтиргич элементлар."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 5,6 – МАЪРУЗАЛАР. Сигнал кучайтиргич элементлар.
Режа: Умумий маълумотлар Электрон лампали сигнал кучайтиргич Ярим ўтказгичли сигнал кучайтиргич. Магнитли сигнал кучайтиргич. Пневматик ва гидравлик сигнал кучайтиргич.

2 Адабиётлар: 1.Юсупбеков Н.Р. ва бошқалар. “Технологик жараёнларни бошқариш системалари”, -Тошкент, 1997 й. 2.Юсупбеков Н.Р. ва бошкалар. “Автоматика ва ишлаб чиқариш жараёнларини автоматлаштириш.”,-Тошкент, 1982 й. 3.Мансуров Х.Н. “Автоматика ва ишлаб чиқариш жараёнларини автоматлаштириш”,-Тошкент 1987 й. 4.Майзель М.М “Основы автоматики и автоматизации производственных процессов”, - Тошкент, 1964й

3 1.Умумий маълумотлар. Кириш сигналини бир неча 10 ва 100 марта кучайтириш учун хизмат қилувчи элемент сигнал кучайтиргич деб аталади. Қурилмага кирувчи ва ундан чиқувчи сигналларни физик табиати ўзгармайди. Бундай элемент воситасида кириш сигнали қувватини кучайтириш ташқи энергия манбаини талаб этади. Бундай сигнал кучайтиргичлар элементларини автоматик системаларда қўллашнинг асосий сабаби датчиклардан олинадиган чиқиш сигналларини жуда заифлигидир ( Вт). Сигнал кучайтиргичлар ташқи энергия манбаинингтурига қараб электрик, пневматик, гидравлик ва бошқа типларга бўлинади. Бундай кучайтиргичлар статик характеристикаси ва кучайтириш коэффициентлари билан бир-биридан фарқ қилади. Кучайтириш коэффициенти ва ташқи энергия манбаининг қуввати кучайтиргичларни характерловчи асосий параметрлар ҳисобланади. Кучайтириш коэффициенти қуйидагича ифодаланади: К=Хч / Хк Бунда Хч – кучайтиргичнинг чиқишдаги сигнал, Хк – киришдаги сигнал . Электрик сигнал кучайтиргичларнинг кучайтириш коэффициенти сигналнинг қуввати Р, токи 1 ёки кучланиш орқали ифодаланиши мумкин, улар мос равишда қувват бўйича кучайтириш коэффициенти, ток бўйича кучайтириш коэффициенти ва кучланиш бўйича кучайтириш коэффициенти деб аталади. Барқарор режимдаги чиқиш сигнали Хч билан кириш сигнали Хк орасидаги боғланиш Хч =f(Х к) сигнал кучайтиргичларнинг статистик характеристикаси деб аталади. 1-расм.Хка)ХчХчХкб)1 – расм Статик характеристикаларга кўра кучайтиргичлар узлуксиз ва узлукли характеристикали (1 расм) сигнал кучайтиргич турларига бўлинади. Узлуксиз характеристикали сигнал кучайтиргичлар сифатида электрон, магнит, гидравлик, пневматик сигнал кучайтиргичларни кўрсатиш мумкин. Узлукли характеристикали кучайтиргичларга реле типдаги ҳамма кучайтиргичлар киради.

4 Хк а) Хч б) 1 – расм

5 Сигнал кучайтиргич элементларига қуйидаги талаблар қўйилади:
1)кучайтиргичнинг чиқувчи сигнали (қуввати) ижрочи элементни ишга тушириш учун етарли. 2) сезгирлиги юқори. 3) инерционлиги кам 4) характеристикаси тўғри чизиққа яқин бўлиши керак. Кучайтиргичларнинг тезкорлигига ҳам катта аҳамият берилади. Бу уларнинг динамик характеристикаси Хч (t) асосида ёки вақт доимийси Т(с) бўйича аниқланади. Электрон ва ярим ўтказгичли кучайтиргичлар энг юқори тезкорликка эга. Электрон кучайтиргичларнинг вақт доимийси Т= с, пневматик кучайтиргичники эса Т= с га тенг. Сигнал кучайтиргичларнинг кириш R2 ва чиқиш R3 қаршиликлари турлича бўлади. R+Uа=const.

6 Ec ++ - R A C1 ja R1 Uc C Uk U2 -Ua a) +Uc -Uc Ia б) 2 - расм

7 Электрон сигнал кучайтиргичнинг кириш ва чиқиш қаршиликлари бошқа кучайтиргичларникидан катта Ом. Ярим ўтказгичли сигнал кучайтиргичларники эса Ом бўлиши мумкин. Кириш қаршилиги кам кучайтиргичларга чиқиш каршилиги катта бўлган (сиғим, фотодатчик ва б) датчикларни улаш мақсадга мувофиқ эмас. Чунки бунда датчикнинг чиқиш қаршилиги билан кучайтиргичнинг кириш қаршилиги орасида мослик вужудга келмайди, натижада кучайтиргичга кирувчи қувват жуда камайиб кетади.

8 2.Электрон лампали сигнал кучайтиргич.
Електрон лампали сигнал кучайтиргичлар лампанинг ички қаршилигини бошқарувчи электродга (уни киришига) берилувчи сигналга мувофиқ ўзгаришига асосланади (2 расм. А.). Унда лампанинг аноди анод кучланиши манбаига уланган. Тўр занжирига эса лампага кириш сигнали Uк берилади. Кириш сигналининг катталиги ва ишораси ўзгариб туриши сабабли тўр патенциали Uс ҳам ўзгаради. Бу ўз навбатида лампанинг катодида аноди томон ҳаракат қиладиган электронлар оқимининг тўр патенциали Uс нинг ўзгаришига мувофиқ ўзгартиради. Тўр патенциали ортса, лампанинг ички қаршилиги ортади ва анод токи камаяди. Шунга мувофиқ анод занжиридаги ток лампанинг Rл ички қаршилигининг ўзгаришига мувофиқ ўзгаради: Iа= Uа / (Rл + R1) (2) Кучайтиргичдан чиқувчи сигнал ташқи резистор R1=const ўқларидаги кучланиш орқали қуйидагича ифодаланади: Ur =I а R1= (Uа/(Rл + R1)) R1= Uа/((Rл /R)+1) (3) Кучайтиргичга кирувчи ва ундан чиқувчи сигналларнинг ўзаро боғланишини лампанинг анод – тўр характеристикаси. Iа=f (Uс) асосида тушунтириш мумкин. Лампанинг анод – тўр характеристикасининг ички қисми тўғри чизиқли ва ундаги ишчи нуқта А шу тўғри чизиқда бўлишини таъминлаш учун лампа тўри R қаршилик орқали манфий потенциал Eс берилади(2-расм,б). Шунда лампа характеристикаси анод токи ўқидан чап томонга Eс миқдорга силжийди. Бу силжишнинг кенглиги кирувчи сигнал Uк амплитудасидан кам бўлмаслиги лозим. Схемада кўриш мумкинки, R1 қаршиликдан ўтадиган ток икки қисмдан: 1).Uа кучланиш туфайли ўтадиган ўзгармас ток Iа . 2).Кириш кучланиши Uк га мувофиқ ўтадиган ўзгарувчан ток Iа(t) лардан иборат бўлади. Чиқиш сигнали Uч ўзгарувчан бўлгани учун ўзгармас ток қисмидан ажратиб олишда чиқиш сигнали занжирига C1 конденсатор уланади. Бу конденсатор сигналининг ўзгармас токини (ўзгармас ташкил этувчисини) ўтказмайди.UkСR1R2ЛR3+UaUr3 – расм Хозирги замон электр кучайтиргичларида анод –тўр характеристикаси Iа= =f(Uс) ни тўрнинг манфий кучланиши Uс томонига силжитиш учун алоҳида манба қўлланмайди. Бу ўринда анод манбаи кучланиши Uа дан фойдаланилади (3-расм).

9 Uk С R1 R2 Л R3 +Ua Ur 3 – расм

10 Анод кучланишининг манфий қутби Uа билан катод орасига уланган резистор R1 катодда манфий патенциал ҳосил қилади ва анод-тўр характеристикасининг Uс томонга силжитади. Худди шундай вазифани Uа билан тўр орасига уланган резистор R2 ҳам бажаради, у тўр кучланишини ҳосил қилади. R1 қаршилик билан параллел уланган катта сиғимли С конденсатор анод занжирига ўзгарувчан токни ўтказиб юбориш учун хизмат қилади. Электрон кучайтиргичлар, сезгичлардан чиқувчи энг кичик (микроватт) сигналларни 100 – 150 ваттли сигналларга айлантиради. Чиқувчи сигнал катта қувватли бўлиши талаб қилинса, кучайтирувчи каскад системасидан фойдаланилади. Электрон кучайтиргичлар автоматлаштиришда кенг қўлланишининг сабаби уларнинг кам инерционлиги (йўқ даражада кичиклиги) ва сезувчанлиги юқорилигидир.

11 3.Ярим ўтказгичли сигнал кучайтиргичлар.
Ярим ўтказгичли кучайтиргичлар ярим ўтказгичли триодлардан тузилади. Бундай триодлар кўпинча транзистор деб юритилади. Ярим ўтказгичли триодларнинг тузилиши ярим ўтказгичларда бўладиган аралашма электрон ўтказувчанлиги хоссасига асосланади. Менделеев даврий системасининг IV группасига тегишли ярим ўтказгич германий Ge моддасидан ясалган юпқа пластинанинг икки томонига III гр га тегишли In моддасининг маълум миқдори термик ишлов бериш йўли билан қопланса, (4-расм) улар орасида зарядлар силжиши юз беради, натижада ярим ўтказгич қотишмасида учта P-n-P соҳалар ҳосил бўлади. Германий пластинасининг чап ва ўнг томонида тешиклар, яъни мусбат P(positivus) тўпланади. Бундай зарядларнинг диффузияси натижасида германий пластинаси билан индий моддаси туташган чегараларда икки хил потенциал тўсиқ P-n ва n-P вужудга келади.(4-расм). Ундаги биринчи соҳа-эммитер, ўрта соҳа-база ва ўнг томондагиси- коллектор деб аталади. Бундай триоднинг эммитер-база занжирига манба Еэ ва коллектор-база занжирига манба Еэ уланса, маълум шароитда кирувчи кичик сигнал Uк бир неча ўн марта катта бўлган чиқувчи сигнал Uч га айланиши мумкин. Манба Еэ нинг қутблари P-n ўтишига мос бўлгани туфайли (+ -) потенциал тўсиқ P-n ларнинг қаршилиги жуда кичик ва манба Еэ нинг кучланиши ҳам кичик миқдорга тўғри келади. Манба Ен нинг қутблари n-P ўтишига тескари уланганлиги (- -) сабабли потенциал тўсиқ n-P нинг қаршилиги катта, шу туфайли манба кучланиши Ен ва қуввати ҳам катта бўлиши керак . Сигнал кучайиши манба (Ен) ҳисобига бўлади. Бунда нагрузка Rн дан ўтадиган коллектор токи Ik манбага Ен га тегишли бўлиб, у эммитер токи Iэ билан бошқарилади.

12 Кучайтиргичдан чиқувчи сигнал
Электрон кучайтиргичнинг схемасига (4 расм,в) мувофиқ эммитер ўтиш (Р-п) манбаининг кучланиши қутблари билан тўғри йўналишда, баъзи коллектор ўтиши эса Ен билан тескари йўналишда уланган. Сигнал кучайтиргичнинг ишлаш принципини қуйидагича тушунтириш мумкин: Агар узгичлар К1 К2 очиқ (уланмаган) бўлса, яримўтказгичлар германий пластинкаси билан индий элементи туташган чегараларда (1 ва 2) электронлар ва тешиклар диффузияси натижасида Р-п ва п-Р ўтишли турғун зарядлар ва уларнинг қутблари туфайли потенциал тўсиқ вужудга келади. Агар фақат узгич К1 уланган бўлса, кириш қаршилиги Rн коллектор К ва база занжиридан ток ўтмайди. Бунга потенциал тўсиқ п-Р қутблари манба Ен қутбларига тескари йўналишда эканлиги сабаб бўлади. Агар К1 К2 уланган бўлса, манба Еэ кучланишига пропорционал бўлган эмиттер токи Iэ (зарядлар оқими) манба Ен кучланиш таъсирида база-коллектор томонига силжийди ва п-Р потенциал тўсиқни енгиб ўтиб, коллектор токи Iк га айланади. Эммитер токининг база оркали коллекторга бундай ўтиши “инъекция” деб аталади. Эммитер токи (тешиклар мусбат зарядлар оқими) тўла равишда коллекторга ўта олмайди. Бу токнинг бир қисми эммитердан базага ўтганда базадаги электронлар ва манбанинг манфий қутби электронлари билан бўладиган рекомбинациялар туфайли коллекторга ўтмайди ва база токи сифатида манбанинг (Еэ) манфий қутбига қайтади. База токи Iб эммитер токи Iэ нинг 1-8 фоизини ташкил қилади. Коллектор токи Iк эммитер токи Iэ билан база токи Iб нинг айирмасига тенг. Iк= Iэ- Iб; шунинг учун уни қуйидагича ёзиш мумкин: Iк =к1 Iэ бу ерда к1= умумий базали триод схемасининг кучайтириш коэффициенти. Кучайтиргичдан чиқувчи сигнал Uq = IкRю= к1RюIэ= кIэ (4) Эмиттер токига пропорционал бўлгани учун, эмиттер токи Iэ орқали бошқарилади.

13 4.Магнитли сигнал кучайтиргич.
Магнитли сигнал кучайтиргичларнинг ишлаш принципи, ферромагнит материаллар магнит тўйиниши хусусиятига эга бўлганлиги сабабли унинг магнитланиш характеристикаси В=f(Н) эгри чизиқлилиги ва занжирнинг индуктив қаршилиги XL катта диапазонда ўзгаришига асосланади. Энг оддий магнит кучайтиргичнинг принципиал схемаси 5 расмда кўрсатилган. У уч пўлат узакли тўйинувчи дросселдан тузилган. Унинг чиқишидаги нагрузка занжиридаги магнитловчи чўлғамлари Wн ўзгарувчан ток манбаи U га уланади. Нагрузка қаршилги Rн нинг учларида кучайтиргичдан чиқувчи сигнал кучланиши Uч=Rн Iн ҳосил бўлади. Кучайтиргичга кирувчи сигнал Uк ёки бошқарувчи ток Iб чўлғам Wб да дроссель тўйинишини ўзгартирувчи магнит оқими Фб ҳосил қилади, натижада пўлат ўзакнинг сингдирувчпнлиги ва чўлғам Wн нинг индуктивлиги L ни, шунингдек занжирнинг индуктив қаршилигини Хн=ωL ўзгартиради. Бу ўз навбатида чиқиш сигнали Uч ёки Rн Iн ни ўзгартиради. Шундай қилиб, бошқарувчи ток Iб нинг кичик ўзгариши нагрузка занжиридаги ток Iн ни катта миқдорга ўзгартиради. Сигнал кучайтиргичда дроссель характеристикасининг тўғри чизиқли соҳасидан эффектив фойдаланиш мақсадида чулғам W0 ни маълум миқдорда ўзгармас ток I0 билан таъминлаб, ишчи нуқта М характеристикасининг тўғри чизиқли қисми ўртасида бўлишига эришилади (5-расм,б). Нагрузка занжиридаги чулғам Wн да ҳосил бўладиган асосий магнит оқими Ф-дросселнинг ўрта пўлат ўзагидан ўтмайди. Магнитли сигнал кучайтиргичнинг ишлаш принципини нагрузка занжиридан ўтадиган ток Iн формуласи орқали ҳам тушуниш мумкин.

14 Кб=(∆Uч /∆Uк)(∆Iн /∆I)=∆Рн/∆Рб (6)
Iн = I~= U~/√ Rн 2 +( щL)2 (5) Бу ерда Rн- нагрузка занжирининг тўла актив қаршилиги; ωL- нагрузка занжиридаги чулғамнинг Wн индуктив қаршилиги; L = (Wн2Sм)/I нагрузка занжиридаги чулғамнинг индуктивлиги, S ва 1-дроссель пўлат ўтказгичнинг кўндаланг кесими ва ўртача узунлиги; м -пўлат ўзакнинг магнит сингдирувчанлиги. Формула (5) дан нагрузка токи Iн нинг ўзгариши чулғамлар Wн нинг индуктивлиги L ёки дроссель темир ўзагининг сингдирувчанлиги м билан бевосита боғлиқ эканлигини кўриш мумкин. Индуктивлик ёки сингдирувчанлик ортса, нагрузка токи Iн камаяди ва аксинча, L ёки м камайса Iн ортади. Бундай бошқаришни амалга ошириш учун бошқарувчи чулғам Wб дан фойдаланилади. Wб чулғамдан ўтган бошқарувчи ток Iб дроссель ўзагида қўшимча магнит оқими Фб ни ҳосил қилади ва темир ўзакнинг тўйиниши туфайли дроссель магнит майдонининг индукцияси В эгри чизиқли В=f(Н) характеристика бўйича ўзгаради. Бу эса темир ўзакнинг сингдирувчанлиги м=∆В/∆Н ва магнит майдонининг индуктивлигини L = м (Wн2S)/ I ўзгартиради. Шунга мувофиқ кучайтиргичдан чиқувчи ток Iн ёки чиқиш кучланиши Uч=Iн Rн бошқарувчи (магнитловчи) ток Iн миқдорига муносиб бўлади. Нагрузка токи Iн биланбошқарувчи ток Iб нинг ўзаро боғланиш графиги 5-расм,б да кўрсатилган. Магнитли кучайтиргичнинг қувват (Р) бўйича кучайтириш коэффициенти қуйидагича ифодаланади: Кб=(∆Uч /∆Uк)(∆Iн /∆I)=∆Рн/∆Рб (6) Бу ерда ∆Uч =∆Iн Rн чиқиш сигнали, ∆Uк- кириш сигнали. Магнитли кучайтиргичлар қуйидаги афзалликларга эга. Фойдали иш коэффициенти (ФИК) электрон кучайтиргичларга қараганда юқори, қувват бўйича кучайтириш коэффициенти битта каскад учун гача етади,хизмат вақти узоқ ишончли, ишга тушиш вақти электрон кучайтиргичникига қараганда қисқа. Шуннинг учун ҳам магтин кучайтиргичлар автоматик бошқариш, ростлаш ва контрол системаларида кенг қўлланилади. Катта инерционликка эгалиги магнитли кучайтиргичларнинг асосий камчилиги ҳисобланади. Бу бошқарувчи чулғам Wб нинг индуктивлиги анча катта бўлиши билан боғлиқ магнитли кучайтиргичлар ўзгармас ток занжиридаги кичик частотада тебранувчи токларни (сигналларни) кучайтириш учун ҳам қўлланилади.

15 5. Пневматик ва гидравлик сигнал кучайтиргичлар.
Пневматик ва гидравлик сигнал кучайтиргичлар тузилиши ва ишлаш принципи жиҳатидан бир хил бўлиб, чиқиш қуввати катта бўлгани учун улар ижрочи элементларга бевосита таъсир қила олади ва кўпинча ижрочи элементлар билан бир корпусда тайёрланади. Пневматик сигнал кучайтиргичининг принципиал схемаси 6-расмда кўрсатилган. Юқори босимли ҳаво (Р1) босим туширгич-дроссель 1 дан ўтиб, камера 2 да пастроқ босим Рга айланади. Тўсиқ 3 га таъсир қилувчи сигнал (киришсигнали) Хк бўлмаса найча 4 очиқ бўлади, босим Р атмосферага чиқиб кетади. Шунда камера ичидаги босим атмосфера босимига тенг бўлиб қолиши ҳам мумкин. Кириш сигнали Хк нинг тўсиқ 3 га таъсири натижасида тўсиқ найчани беркита бошлайди, шунда ҳаво босим бошқариш канали 5 орқали ижрочи механизм камераси 6 га ўтади ва ундаги поршень 7 даги пружина 8 нинг кучни енгиб, поршень штогини Fч куч билан суради. Штокни сурувчи куч Fч тўсиқ 3 ни сурувчи куч Хк га нисбатан кучайган ва анча катта бўлади. Баъзи бир шу типдаги кучайтиргичларни қувват бўйича кучайтириш коэффициенти гача етади. Гидравлик сигнал кучайтиргичнинг принципиал схемаси 7-расмда кўрсатилган. Бунда босимли оқим трубкаси 3 кучайтиргичли асосий қисми ҳисобланади. У ўқ 5 га ўрнатилади. Датчикдан келадиган (кучайтиргичга кирувчи) сигнал Хк трубкадаги нуқта иккига таъсир қилади. Сигнал Хк бўлмаган пайтларда (трубканинг нейтрал ҳолатини сақлаш учун) унинг пастки қисмига посанги 1 ўрнатилади. Агар датчикдан келадиган кучайтиргичга кирувчи сигнал Хк оқим трубкасини ўнг тамонга сурса, суюқлик оқими поршеннинг ўнг тамонига каттароқ Р2 босим билан таъсир қилади, яъни Р2>Р бўлади, поршень чап тамонга сурилади. Аксинча, датчикдан келадиган сигнал Хк таъсирида оқим трубкаси чап тамонга сурилса, Р1 > Р2 бўлади ва суюқлик оқим поршенни ўнг тамонга суради.

16 F4 8 7 6 5 р1 ХК 3 4 2 1 a) Р3 Хк Р1 Р2 Хч б) 7 – расм

17 Агар оқим трубкасининг бир четки ҳолатидан иккинчи четки ҳолатига (1-2 мм) суриш учун датчикдан келадиган сигналнинг кучи 10-1 Н миқдорида бўлса, поршень штокидан олинадиган кучнинг миқдори 103Н гача етади. Бу типдаги кучайтиргичларнинг кучайтириш коэффициенти 104 га тенг. Сўнгги вақтларда ҳаво ва суюқликли кучайтиргичлар каскади кенг қўлланилмоқда. Биринчи кучайтиргичлар каскади пневмокучайтиргич бўлса, иккинчи каскад гидрокучайтиргичдан иборат бўлиши мумкин.

18 Б - база Э - эмитер K - коллектор p – n – p in Ge а) б К Э б) - + EН EЭ К2 К1 Uk Rю R Р IВ Б IК IЭ 2 1 Ur n в) 4 – расм

19 Ўзлаштириш учун саволлар.
Кучайтиргич деб нимага айтилади? Кучайтиргич коэффициенти қандай боғланишни ифодалайди? Сигнал кучайтиргичларга қандай талаблар қўйилган? Электрон лампали сигнал кучайтиргичларнинг асосий характеристикалари нималар? Ярим ўтказгичли сигнал кучайтиргичларнинг асосий характеристикалари нималар? Магнитли сигнал кучайтиргичларнинг асосий характеристикалари нималар? Пневматик сигнал кучайтиргичларнинг асосий характеристикалари нималар? Гидравлик сигнал кучайтиргичларнинг асосий характеристикалари нималар? Электрон лампали сигнал кучайтиргичларнинг электр схемаси қандай? 10. Яримўтказгичли сигнал кучайтиргичларнинг электр схемаси қандай?