12.6. ÃÈÐÀÒÎÐ
Ãèðàòîð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ýëåêòðîííóþ ñõåìó, êîòîðàÿ îáðàùàåò ëþáîå ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå, íàïðèìåð ïðåîáðàçóåò èíäóêòèâíîñòü â åìêîñòü è íàîáîðîò. Ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà ãèðàòîðà ïðèâåäåíà íà ðèñ. 12.26. Óðàâíåíèÿ èäåàëüíîãî ãèðàòîðà èìåþò âèä
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî òîê îäíîé ñòîðîíû
Ðèñ. 12.26. Ñèìâîëè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ãèðàòîðà.
Ðèñ. 12.27. Ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà ðåàëèçàöèè ãèðàòîðà ñ ïîìîùüþ äâóõ èñòî÷íèêîâ òîêà, óïðàâëÿåìûõ íàïðÿæåíèåì.
Ðèñ. 12.28. Ñõåìà ðåàëèçàöèè ãèðàòîðà ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõ ïðåîáðàçîâàòåëåé
ãèðàòîðà ïðîïîðöèîíàëåí íàïðÿæåíèþ íà äðóãîé ñòîðîíå ãèðàòîðà. Óïðîùåííàÿ ñõåìà ãèðàòîðà, ðåàëèçîâàííàÿ ñ ïîìîùüþ äâóõ óïðàâëÿåìûõ íàïðÿæåíèåì èñòî÷íèêîâ òîêà, ïðèâåäåíà íà ðèñ. 12.27.
Ñõåìà ãèðàòîðà íà ðèñ. 12.28 îñíîâàíà íà äâóõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ îòðèöàòåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ INIC [12.2]. Äëÿ ðàñ÷åòà òîêîâ â ýòîé ñõåìå èñïîëüçóåì ïðàâèëî óçëîâ äëÿ
è
-âõîäîâ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé
è
Èñêëþ÷àÿ
è
èç ýòèõ óðàâíåíèé, îêîí÷àòåëüíî ïîëó÷èì
÷òî ñîîòâåòñòâóåò óðàâíåíèÿì ãèðàòîðà (12.18), ïðèâåäåííûì âûøå.
Ðàññìîòðèì íåñêîëüêî ïðèìåðîâ ïðàêòè÷åñêîãî ïðèìåíåíèÿ ãèðàòîðîâ. Ïîäêëþ÷èì ê ïðàâûì âûâîäàì ãèðàòîðà ðåçèñòîð ñ ñîïðîòèâëåíèåì
Ïîñêîëüêó çíàêè íàïðÿæåíèÿ
è òîêà 12 â ýòîì ñëó÷àå ñîâïàäàþò, ïîëó÷èì äëÿ àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ
Ïîäñòàâèì ýòî âûðàæåíèå â ðàññìîòðåííûå âûøå óðàâíåíèÿ.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ëåâîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå
ãèðàòîðà ðàâíî
Òàêèì îáðàçîì, âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ãèðàòîðà îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ñîïðîòèâëåíèþ åãî íàãðóçêè. Ýòèì ñâîéñòâîì îáëàäàåò è ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå
Íà ñîîòíîøåíèè (12.20) îñíîâàíî îäíî âåñüìà èíòåðåñíîå ïðèìåíåíèå ãèðàòîðà. Ïîäêëþ÷èâ ê åãî âûõîäó êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ
ïîëó÷èì íà äðóãîé ñòîðîíå ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå
êîòîðîå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íå ÷òî èíîå, êàê ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå èíäóêòèâíîñòè:
Îäèí èç âàðèàíòîâ ïðèìåíåíèÿ ãèðàòîðîâ ñîñòîèò â òîì, ÷òî ñ èõ ïîìîùüþ ìîæíî ïîëó÷èòü áîëüøèå çíà÷åíèÿ èíäóêòèâíîñòåé, íå îáëàäàþùèõ ïîòåðÿìè. Ñîîòâåòñòâóþùàÿ ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà ïîêàçàíà íà ðèñ. 12.29. Îòíîñèòåëüíî âõîäà ãèðàòîð áóäåò ýêâèâàëåíòåí èíäóêòèâíîñòè (12.21). Ïðè
ýêâèâàëåíòíàÿ èíäóêòèâíîñòü
áóäåò ñîñòàâëÿòü 100 Ãí.
Ïîäêëþ÷èâ ïàðàëëåëüíî ýòîé èíäóêòèâíîñòè êîíäåíñàòîð
ïîëó÷èì ïàðàëëåëüíûé êîëåáàòåëüíûé êîíòóð. Òàêèì îáðàçîì ìîæíî ïîñòðîèòü
-ôèëüòð ñ âûñîêîé äîáðîòíîñòüþ.
Äîáðîòíîñòü ïàðàëëåëüíîãî êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà ïðè
ÿâëÿåòñÿ óäîáíîé õàðàêòåðèñòèêîé äëÿ îöåíêè íåèäåàëüíîñòè ïðàêòè÷åñêîé ñõåìû ãèðàòîðà. Îíà íàçûâàåòñÿ äîáðîòíîñòüþ ãèðàòîðà, êîòîðàÿ îáîçíà÷àåòñÿ ÷åðåç Q. Ïîòåðè â ãèðàòîðå îïðåäåëÿþòñÿ äâóìÿ ñîïðîòèâëåíèÿìè
ïîäêëþ÷åííûìè ïàðàëëåëüíî
Ðèñ. 1229. Ýêâèâàëåíò èíäóêòèâíîñòè.
Ðèñ. 12.30. à - ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà; á - óïðîùåííàÿ ñõåìà êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà áåç ïîòåðü.
åãî äâóì âõîäàì. Ïðè ýòîì â ñõåìå èñòî÷íèêà òîêà íà ðèñ. 12.27 ïàðàëëåëüíî ñîåäèíåííûìè îêàçûâàþòñÿ âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå îäíîãî èñòî÷íèêà ñ âûõîäíûì ñîïðîòèâëåíèåì âòîðîãî.  ñõåìå ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõ ïðåîáðàçîâàòåëåé INIC (ðèñ 12.28) ïîòåðè ñâÿçàíû ñ òåì, íàñêîëüêî áëèçêè çíà÷åíèÿ èõ ñîïðîòèâëåíèé. Óïðîùåííàÿ ñõåìà ïàðàëëåëüíîãî êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà, ïîñòðîåííîãî ñ ïðèìåíåíèåì ðåàëüíîãî ãèðàòîðà, ïîêàçàíà íà ðèñ. 12.30,à. Èñïîëüçóÿ óðàâíåíèå ïðåîáðàçîâàíèÿ (12.20), ïîëó÷èì ýêâèâàëåíòíóþ ñõåìó ðèñ. 12.30,á. Îòñþäà íàõîäèì (ñì. ðàçä. 2.7), ÷òî äîáðîòíîñòü ãèðàòîðà
Ïîñëåäíÿÿ ôîðìóëà ñïðàâåäëèâà äëÿ íèçêî÷àñòîòíûõ ñèãíàëîâ, ïîñêîëüêó äîáðîòíîñòü î÷åíü ÷óâñòâèòåëüíà ê ñäâèãó ôàç. Èç ðàáîòû [12.3] ïîëó÷èì ôîðìóëó äëÿ ìîäåëè ïåðâîãî ïîðÿäêà:
Çäåñü çíà÷åíèå äîáðîòíîñòè ãèðàòîðà íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ,
- ôàçîâûå ñäâèãè ìåæäó òîêîì è íàïðÿæåíèåì
è òîêîì
è íàïðÿæåíèåì è, ñîîòâåòñòâåííî äëÿ ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû ïàðàëëåëüíîãî êîíòóðà. Ïðè çàïàçäûâàíèè ïî ôàçå äîáðîòíîñòü óâåëè÷èâàåòñÿ ñ âîçðàñòàíèåì ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû. Ïðè
ñõåìà ñòàíîâèòñÿ íåóñòîé÷èâîé è íà÷èíàåò ãåíåðèðîâàòü êîëåáàíèÿ ñ ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòîé ïàðàëëåëüíîãî êîíòóðà. Ïðè ôàçîâîì îïåðåæåíèè äîáðîòíîñòü óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû.
Èñïîëüçóÿ ãèðàòîðû, ìîæíî âûïîëíÿòü ïðåîáðàçîâàíèå íå òîëüêî äâóõïîëþñíèêîâ, íî è ÷åòûðåõïîëþñíèêîâ (ðèñ. 12.31). Äëÿ âûâîäà óðàâíåíèé âîñïîëüçóåìñÿ ìàòðèöåé ÷åòûðåõïîëþñíèêà:
Èç ôîðìóë (12.18) ïîëó÷àåì ñëåäóþùåå
Ðèñ. 12.31. Äóàëüíîå ïðåîáðàçîâàíèå ÷åòûðåõïîëþñíèêà.
Ðèñ. 12.32. Ïðèìåð äóàëüíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ. Óðàâíåíèÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ:
ìàòðè÷íîå óðàâíåíèå äëÿ òèðàòîðà:
Èñïîëüçóÿ ìàòðèöó îáðàçóåì ìàòðèöó ðåçóëüòèðóþùåãî ÷åòûðåõïîëþñíèêà:
Ýòà ìàòðèöà îïèñûâàåò ïðåîáðàçîâàííûé ÷åòûðåõïîëþñíèê.
Íà ðèñ. 12.32 ïðèâåäåíà ñõåìà, êîòîðàÿ çàìåíÿåò òðè èíäóêòèâíîñòè òðåìÿ ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì âêëþ÷åííûìè êîíäåíñàòîðàìè.
Ïîäêëþ÷èâ ïàðàëëåëüíî èíäóêòèâíîñòÿì
âíåøíèå êîíäåíñàòîðû, ïîëó÷èì ïîëîñîâîé ôèëüòð ñ èíäóêòèâíîé ñâÿçüþ, ðåàëèçîâàííûé ñ ïîìîùüþ êîíäåíñàòîðîâ. Çàìêíóâ íàêîðîòêî êîíäåíñàòîðû
è
ïîëó÷èì àíàëîã íåçàçåìëåííîé èíäóêòèâíîñòè