Перефазировка фаз это: ⇒ Строительная экспертиза перекоса фаз (перефазировки, резкого повышения напряжения в сети)

Опубликовано автором

что это такое, причины, последствия, защита

Самая распространенная проблема, порождающая массу деструктивных последствий – перекос фаз в трехфазной сети (до 1,0 кВ) с глухозаземленной нейтралью. При определенных условиях такое явление может вывести из строя электрические приборы и создать угрозу для жизни. Учитывая актуальность проблемы, будет полезным узнать, что представляет собой несимметрия токов и напряжений, а также причины ее возникновения. Это позволит выбрать наиболее оптимальную стратегию защиты.

Что такое перекос фаз?

Данный термин используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.

Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях

Как видно из рисунка, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В). К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально. То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения. В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.

Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса

Допустимые нормы значений перекоса

Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.

Нормы несимметрии напряжения  ГОСТ 13109-97

Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.

Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)

Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.

Причины перекоса фаз в трехфазной сети

Как уже упоминалось выше, данное состояние электросети чаще всего вызвано неравномерным подключением нагрузки на фазы и обрывом нуля. Чаще всего это проявляется в сетях до 1, кВ, что связано с особенностями распределения электроэнергии, между однофазными электроприемниками.

Обмотки трехфазных силовых трансформаторов подключаются «звездой». Из места соединения обмоток отводится четвертый провод, называемый нулевым или нейтралью. Если происходит обрыв нулевого провода, то в сети возникает несимметрия напряжений, причем перекос напрямую будет зависеть от текущей нагрузки. Пример такой ситуации приведен ниже. В данном случае RН это сопротивления нагрузок, одинаковые по значению.

Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрали

В данном примере напряжение на нагрузке, подключенной к фазе А, превысит норму и будет стремиться к линейному, а на фазе С упадет ниже допустимого предела. К подобной ситуации может привести перекос нагрузки, выше установленной нормы. В таком случае напряжение на недогруженных фазах повысится, а на перегруженных упадет.

К перекосу напряжений также приводит работа сети в неполнофазном режиме, когда происходит замыкание фазного провода на землю. В аварийных ситуациях допускается эксплуатация сети в таком режиме, чтобы обеспечить электроснабжение потребителям.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать три основные причины перекоса фаз:

  1. Неравномерная нагрузка на линии трехфазной сети.
  2. При обрыве нейтрали.
  3. При КЗ одного из фазных проводов на землю.

Несимметрия в высоковольтных сетях

Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь. Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ. Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.

В высоковольтных сетях перекос фаз может быть вызван конструктивными особенностями ЛЭП, а именно, разным сопротивлением в фазах. Чтобы исправить ситуацию выполняется транспозиция фазных линий, для этого устанавливаются специальные опоры. Эти дорогостоящие сооружения не отличаются особой прочностью. Такие опоры не особо стремятся устанавливать, предпочитая пожертвовать качеством электроэнергии, чем надежностью ЛЭП.

Опасность и последствия

Считается, что наиболее значимые последствия несимметрии связаны с низким качеством электроэнергии. Это, безусловно, так, но нельзя забывать и о других негативных воздействиях. К таковым относится образование уравнительных токов, вызывающих увеличение расхода электрической энергии.

В случае с трехфазным автономным электрическим генератором это также приводит к повышенному расходу дизеля или бензина.

При равномерном подключении нагрузки, геометрическая сумма проходящих через нее токов была бы близкой к нулю. Когда возникает перекос, растет уравнительный ток и напряжение смещения. Увеличение первого приводит к росту потерь, второго – к нестабильному функционированию бытовых приборов или другого оборудования, срабатыванию защитных устройств, быстрому износу электроизоляции и т.д.

Перечислим, какие последствия можно ожидать, когда появляется перекос:

  1. Отклонение фазного напряжения. В зависимости от распределения нагрузок возможно два варианта:
  • Напряжение выше номинального. В этом случае большинство электрических устройств, оставленных включенными в бытовые розетки, с большой вероятностью выйдут из строя. При срабатывании защиты результат будет менее трагическим.
  • Напряжение падает ниже нормы. Увеличивается нагрузка на электродвигатели, происходит падение мощности электромашин, растут пусковые токи. Наблюдаются сбои в работе электроники, устройства могут отключиться и не включаться пока перекос не будет устранен.
  1. Увеличивается потребление электричества оборудованием.
  2. Нештатная работа электрооборудования приводит к уменьшению эксплуатационного срока.
  3. Снижается ресурс техники.

Не следует забывать, что перекос может создать угрозу для жизни. При превышении номинального напряжения вероятность КЗ в проводке не велика, при условии, что она не ветхая, а кабель подобран правильно. Более опасны в этом случае электроприборы, подключенные к сети. Когда появляется перекос, может произойти КЗ на корпус или возгорания электроприбора.

Защита от перекоса фаз в трехфазной сети

Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ минимизировать негативные последствия описанного выше отклонения — установить реле контроля фаз. С внешним видом такого устройства и примером его подключения (в данном случае после трехфазного счетчика), можно ознакомиться ниже.

Реле контроля фаз (А) и пример схемы его подключения (В)

Данный трехфазный автомат может обладать следующими функциями:

  1. Производить контроль амплитуды электротока. Если параметр выходит за установленные границы, нагрузка отключается от питания. Как правило, диапазон срабатывания прибора можно настраивать в соответствии с особенностями сети. Данная опция имеется у всех приборов данного типа.
  2. Проверка очередности подключения фаз. Если чередование неправильное питание отключается. Данный вид контроля может быть важен для определенного оборудования. Например, при подключении трехфазных асинхронных электромашин от этого зависит, в какую сторону будет происходить вращение вала.
  3. Проверка обрыва на отдельных фазах, при обнаружении такового нагрузка отключается от сети.
  4. Функция отслеживает состояние сети, как только появляется перекос, происходит срабатывание.

Совместно с реле контроля фаз можно использовать трехфазные стабилизаторы напряжения, с их помощью можно несколько улучшить качество электроэнергии. Но данный вариант не отличается эффективностью, поскольку такие приборы сами могут взывать нарушение симметрии, помимо этого на стабилизаторах возникают потери.

Лучший способ симметрировать фазы – использовать для этой цели специальный трансформатор. Этот вариант выравнивания фаз может дать результаты, как при неправильном распределении однофазных нагрузок на автономный 3-х фазный генератор электроэнергии, так и в более серьезных масштабах.

Защита в однофазной сети

В данном случае повлиять на внешние проявления системы электроснабжения не представляется возможным, например, если фазы перегружены, потребители электроэнергии не могут исправить ситуацию. Все, что можно сделать, это обезопасить электрооборудование путем установки реле напряжения и однофазного стабилизатора.

Имеет смысл установить общее стабилизирующее устройство на всю квартиру или дом. В этом случае необходимо высчитать максимальную нагрузку, после этого добавить запас 15-20%.. Это запас на будущее, поскольку со временем количество электрооборудования может увеличиться.

Совсем не обязательно подключать к стабилизатору сети все оборудование, некоторые виды приборов (например, электропечи или бойлеры), могут быть подключены к реле напряжения (через АВ)  напрямую. Это позволит сэкономить, поскольку устройства меньшей мощности стоят дешевле.

Что такое чередование фаз и как его проверить?

Часто на объектах электроснабжения приходится решать задачу проверки чередования фаз, а также производить фазировку. Обычно эти задачи входят в комплекс работ по согласованию параллельной работы трансформаторов. Хочется поделиться небольшой историей, в которой будут затронуты темы чередования фаз в трехфазной сети и правильной фазировки, а также приборы и методы, использующиеся при этом.

  • Небольшое вступление
  • Что собой представляет чередование фаз?
  • Как выполнить проверку?
  • Когда нужно учитывать порядок?

Небольшое вступление

Попалась на глаза история о монтаже электрооборудования, а именно двух масляных трансформаторов. Работы были завершены успешно. В итоге имелась следующая схема электроснабжения. Собственно сами трансформаторы, вводные выключатели, секционные разъединители, две секции шин. Успешно, как считали монтажники, прошли пусконаладочные работы. Стали включать оба трансформатора на параллельную работу и получили короткое замыкание. Естественно, монтажники утверждали, что произвели проверку чередования фаз с обоих источников и все совпадало. Но, о фазировке не было сказано ни слова. А зря! Теперь давайте разберемся подробно, что же пошло не так.

Что собой представляет чередование фаз?

Как известно, в трехфазной сети присутствует три разноименные фазы. Условно они обозначаются как А, В и С. Вспоминая теорию, можно говорить что синусоиды фаз смещены относительно друг друга на 120 градусов. Так вот всего может быть шесть разных порядков чередования, и все они делятся на два вида – прямое и обратное. Прямым чередованием считается следующий порядок – АВС, ВСА и САВ. Обратный порядок будет соответственно СВА, ВАС и АСВ.

Чтобы проверить порядок чередования фаз можно воспользоваться таким прибором, как фазоуказатель. О том, как пользоваться фазоуказателем, мы уже рассказывали. Конкретно рассмотрим последовательность проверки прибором ФУ 2.

Как выполнить проверку?

Сам прибор (предоставлен на фото ниже) представляет собой три обмотки и диск, который вращается при проверке. На нем нанесены черные метки, которые чередуются с белыми. Это сделано для удобства считывания результата. Работает прибор по принципу асинхронного двигателя.

Итак, подключаем на выводы прибора три провода от источника трехфазного напряжения. Нажимаем кнопку на приборе, которая расположена на боковой стенке. Увидим, что диск начал вращаться. Если он крутится по направлению нарисованной на приборе стрелки, значит, чередование фаз прямое и соответствует одному из вариантов порядка АВС, ВСА или САВ. Когда диск будет вращаться в противоположную стрелке сторону, можно говорить об обратном чередовании. В таком случае возможен один из таких трех вариантов – СВА, ВАС или АСВ.

Если возвращаться к истории с монтажниками, то все что они сделали – это лишь определение чередования фаз. Да, в обоих случаях порядок совпал. Однако нужно было еще проверить фазировку. А ее невозможно выполнить с помощью фазоуказателя. При включении были соединены разноименные фазы. Чтобы узнать где условно А, В и С, нужно было применить мультиметр или осциллограф.

Мультиметром измеряется напряжение между фазами разных источников питания и если оно равно нулю, то фазы одноименные. Если же напряжение будет соответствовать линейному напряжению, то они разноименные. Это самый простой и действенный способ. Более подробно о том, как пользоваться мультиметром, вы можете узнать в нашей статье. Можно, конечно, воспользоваться осциллографом и смотреть по осциллограмме какая фаза от какой отстает на 120 градусов, но это нецелесообразно. Во-первых, так на порядок усложняется методика, и во-вторых такой прибор стоит немалых денег.

На видео ниже наглядно показывается, как проверить чередование фаз:

Когда нужно учитывать порядок?

Проверить чередование фаз нужно при эксплуатации трехфазных электродвигателей переменного тока. От порядка фаз будет меняться направление вращения двигателя, что иногда бывает очень важно, особенно если на участке находится много механизмов, использующих двигатели.

Также важно учитывать порядок следования фаз при подключении электросчетчика индукционного типа СА4. Если порядок будет обратный возможно такое явление как самопроизвольное движение диска на счетчике. Новые электронные счетчики, конечно, нечувствительны к чередованию фаз, но на их индикаторе появится соответствующее изображение.

Если имеется электрический силовой кабель, с помощью которого необходимо выполнить подключение трехфазной сети питания, и нужен контроль фазировки, выполнить его можно и без специальных приборов. Зачастую жилы внутри кабеля отличаются по цвету изоляции, что сильно упрощает процесс «прозвонки». Так, чтобы узнать где условно находится фаза А, В или С понадобится лишь снять наружную изоляцию кабеля. На двух концах мы увидим жилы одинакового цвета. Их мы и примем за одинаковые. Подробнее о цветовой маркировке проводов вы можете узнать из нашей статьи.

Но все же слепо доверяться такой маркировке нельзя. Так, на практике бывают случаи, что производители кабеля не могут гарантировать что в начале и в конце кабеля цвет жил будет один и тот же. Поэтому нужно все равно прозвонить жилы прозвонкой.

Теперь вы знаете, что такое чередование фаз в трехфазной сети и как его проверить с помощью приборов. Надеемся, информация была для вас полезной и интересной!

Советуем также прочитать:

  • Методика измерения петли фаза-ноль
  • Что такое реле контроля напряжения
  • Как выбрать тепловое реле для защиты двигателя

Понимание обратной фазы — Руководство музыкального продюсера (2020)

Раскрытие информации : Мы можем получать комиссионные, когда вы переходите по нашим ссылкам и совершаете покупки. Ознакомьтесь с нашим полным раскрытием сведений об аффилированных лицах здесь .

  • Узнайте, что такое реверс фаз и когда он применим
  • Узнайте, как это может повлиять на ваши миксы
  • Узнайте, как изменение фазы дорожки влияет на ее звучание

Что такое Фаза?

Фаза, или, точнее, «в фазе», является важной частью аудиотехники, которая, хотя и важна, часто упускается из виду.

Новые инженеры часто могут обнаружить, что сигналы их микрофонов «не совпадают по фазе», что сильно ухудшает качество звука их записей.

Проще говоря, фаза относится к ситуации записи, когда записываются несколько микрофонов или источников звука, а также к положению формы волны каждого источника.

Как вы увидите при записи в DAW, каждая дорожка показывает визуальное представление волны. Они могут различаться по внешнему виду в зависимости от того, что вы записываете, но по существу звук распространяется в виде волны с положительными и отрицательными колебаниями, где каждое полное колебание представляет собой цикл.

Автор: swphonetics.com

На самом деле нам не нужно слишком углубляться в теорию волн, но важно понимать в общих чертах, как колебания волн могут влиять друг на друга.

Если мы посмотрим на пример ниже, то увидим, что два идентичных трека малого барабана воспроизводят один и тот же удар малого барабана.

Как вы можете видеть выше, обе формы сигнала идеально совпадают, что означает, что они находятся «в фазе» друг с другом. первый.

Это просто дублированный образец малого барабана, но давайте представим, что верхняя дорожка (синяя) — это микрофон наверху малого барабана, а нижняя дорожка (зеленая) — это микрофон под малым барабаном. В этом случае нам нужно убедиться, что оба микрофона находятся в фазе друг с другом или как можно ближе к ней.

Что такое фазовые проблемы?

В приведенных выше примерах формы сигналов были вручную смещены по фазе, однако в сценарии записи может произойти аналогичный эффект в зависимости от того, где расположены ваши микрофоны — перемещение микрофона к источнику звука или от него приведет к волна попадает в микрофон (и, следовательно, записывает) в другой момент колебания.

Это может вызвать определенные проблемы при использовании нескольких микрофонов, чаще всего на ударной установке. Однако могут возникнуть проблемы с другими инструментами, такими как запись гитарного усилителя с двумя микрофонами (распространенный метод заключается в использовании конденсаторного и динамического микрофона, что может еще больше усложнить точное определение того, в какой точке волна ударит по каждому микрофону).

Проблема с несколькими источниками, находящимися не в фазе друг с другом, заключается в том, что это может повлиять на восприятие звука.

Как правило, источники звука, которые находятся не в фазе, приводят к отсутствию низких частот, однако в более крайних случаях звук может казаться жестяным и неприятным, а если полностью не в фазе, то вы обнаружите, что источники полностью компенсируются, и вы вообще ничего не услышите из-за того, что колебания происходят одновременно в точно противоположных точках.

Если бы нам нужно было присвоить амплитуде сигнала числовое значение, скажем, +5 в самой высокой точке цикла и -5 в самой низкой точке. Если один микрофон поместить в точку +5, а другой в -5, мы получим амплитуду (или громкость) 0.

Это отличный пример того, почему в сценарии записи действительно стоит взять дополнительное время при настройке микрофонов и проверке звука, чтобы проверить фазу ваших источников звука.

Чем ближе вы к фазе, тем качественнее будут ваши записи и тем легче вам будет микшировать!

Как проверить фазу и устранить проблемы с фазой

Может потребоваться некоторое время, чтобы приучить свой слух улавливать тонкие проблемы с фазой.

Если вы записываете с помощью нескольких микрофонов, попробуйте солировать каждый записывающий канал, чтобы убедиться, что вы получаете чистый сигнал. микрофоны не в фазе.

Один из способов решить эту проблему с фазой — просто попробовать переместить микрофоны, однако это может занять много времени, особенно если вы одинокий звукоинженер, так как вам придется бегать туда-сюда из концертной комнаты, пока вы не получить хороший звук.

К счастью, многие консоли, интерфейсы и DAW имеют встроенную кнопку реверса фазы.

Даже если вы чувствуете, что у вас хороший звук, всегда стоит щелкнуть кнопку инверсии фазы и сравнить их — используйте свои уши, чтобы оценить, какая конфигурация звучит лучше, и вы быстро уловите небольшие различия, которые могут иметь место. большое влияние на ваш микс.

Что такое реверс фазы?

Кнопка реверса фазы фактически переворачивает сигнал с ног на голову. Положительные колебания теперь отрицательные и наоборот. Это быстрый и простой способ проверить фазу ваших микрофонов, а часто и простое решение проблемы с фазой.

Обычно кнопка реверса фазы выглядит как круг с перечеркнутой линией, в некоторых DAW, таких как Logic, вы найдете эту опцию в определенных плагинах, таких как плагин усиления.

Теперь это не так. определенное решение для ваших проблем с фазой, но это отличная отправная точка, если вы все еще испытываете проблемы, возможно, вам нужно переместить микрофоны, чтобы найти золотую середину.

Фаза исправления в миксе

Существуют определенные проблемы, которые могут быть исправлены на этапе микширования, например, если певец слегка расстроен, его можно тщательно настроить автонастройкой, и он по-прежнему будет звучать естественно.

Если ваши записи не совпадают по фазе, вы мало что можете сделать. Если вы записали два микрофона на одну стереодорожку, вы не сможете применить инверсию фазы, не влияя на них обоих, что не будет иметь никакого значения.

Характерно, что в противофазном звуке отсутствуют низкие частоты. Можно утверждать, что усиление нижних частот может исправить это, однако добиться естественного, а иногда и приятного звучания будет сложно.

Если вы записываете стерео, т.е. два верхних микрофона, затем панорамирование одного левого и одного правого может в некоторой степени исправить проблемы с фазой, хотя опять же не окончательное решение.

Еще один способ решить проблемы с фазой — увеличить масштаб ваших сигналов и вручную сдвигать один из них до тех пор, пока они оба не выровняются. На самом деле это довольно распространенная практика, особенно при записи бас-гитары с цифровым входом и микрофоном.

В этом случае, несмотря на запись одного и того же пассажа, сигнал DI может достигать DAW немного позже, чем микрофон, и наоборот. Это стоит проверить, так как вы рискуете потерять часть низких частот баса.

Существуют плагины, которые могут быть очень полезными, когда речь идет о выравнивании фазы, например Auto-Align от Soundradix, который может помочь подтолкнуть ваши сигналы к фазовой когерентности.

Вот подборка дешевых и эффективных плагинов Auto Align на PluginBoutique.

Балансные кабели

Есть случаи, когда фаза может быть использована в наших интересах.

Если вы когда-либо видели в продаже симметричные кабели и задавались вопросом, что они делают, то вы знаете, что в них используется инверсия фазы для снижения избыточного шума.

Когда вы подключаете сбалансированный провод, сигнал сразу же разделяется на два, при этом один сигнал инвертируется по фазе.

Поскольку сигнал с самого начала полностью совпадает по фазе, изменение его направления приводит к тишине из-за того, что два сигнала компенсируют друг друга, и, таким образом, устраняется любой нежелательный гул или шум, которые могут передаваться по кабелю.

Так что, если вы когда-нибудь ищете тихие кабели, стоит потратить немного больше на балансные. Мы рекомендуем следующее…

Сбалансированные провода ¼ дюйма

VisioSound 2 x 1/4 “стерео разъем TRS / соединительный аудиокабель со сбалансированным сигналом / 2 шт. в упаковке 20 футов…

Сбалансированные микрофонные провода

VisioSound Штыревой XLR-кабель для микрофона/Сбалансированный микрофон/Микрофонный соединительный кабель / 7 цветов 20 футов Белый

  • Штекерный XLR-гнездовой XLR
  • Балансный микрофонный кабель
  • Идеально подходит для использования с микрофонами, активными динамиками, студийными и сценическими приложениями и DMX цепи освещения
  • Длина: 1,6 / 3 / 6 / 10 / 20 / 30 / 50 / 65 футов
  • Ограниченная пожизненная гарантия

Это просто фаза?

При планировании сессий записи обязательно подумайте о фазе ваших микрофонов или записываемых сигналов.

Это должно стать одной из первых вещей, которые вы проверяете в своем рабочем процессе, чтобы обеспечить высокое качество записи и убедиться, что вы не столкнетесь с дальнейшими проблемами, когда достигнете стадии микширования.

Посмотрите наше видео ниже, чтобы узнать, насколько большой может быть разница при реверсировании фазы сигнала!

Последнее обновление от 04. 04.2023 / Партнерские ссылки / Изображения из Amazon Product Advertising API

Что делать с инверсией фазы?

2019-11-18 электроника дизайн

Альтернативное название: «Этот папа подал -10 В на TL074, и вот что случилось с его печенью!”

Почти все знают, что это плохая идея – приносить входные данные общего Операционный усилитель TL074 к более отрицательному напряжению, чем примерно на 4 В выше отрицательного. силовая шина; то есть около -8 В в среде Eurorack, где отрицательная шина питания -12В. Когда вы это сделаете, вывод может внезапно перейти для противоположной шины питания от того места, где она должна быть. Это явление известный как реверс фазы

и техпаспорт предостерегает от этого. Это является типичным поведением операционных усилителей с JFET-входом, таких как TL074. Это не общий с операционными усилителями CMOS. Биполярные операционные усилители часто демонстрируют аналогичный явление, когда напряжение на самом деле за пределами диапазона шины питания, но не часто на такое высокое напряжение, как TL074.

Одним из важных следствий обращения фазы является то, что основной Буферная схема с единичным усилением не работает во всем диапазоне входных напряжений.

Когда вход сильно отрицательный, эта схема выдаст неправильный выход. Проблема обращения фазы на входе является более жестким ограничением, чем емкость выходного диска – TL074 с радостью сгенерирует выходных данных напряжения за пределами своего собственного диапазона входа , при условии, что мы можем запросить эти выходные напряжения без подачи их на вход. Если это желательно для буферизации входных напряжений rail-to-rail нам нужен либо другой операционный усилитель, который не показывает переворот фазы, или использовать другую схему, которая будет держать входы подальше от отрицательной шины. Это отчасти из-за обращение фазы, что общие буферизованные несколько модулей часто используют два инвертирующие каскады, при этом входы операционных усилителей заблокированы на 0 В в каждом каскаде, вместо этого простой схемы выше.

Но почему вообще происходит инверсия фазы? исследовать что, давайте посмотрим, как работают JFET во входном каскаде TL074, а затем как они подходят к остальной части операционного усилителя.

P-канальные полевые транзисторы

JFET в TL074 относятся к P-канальному типу. N-канальные JFET немного больше общие, как отдельные части, и они работают в основном так же, как я описать, но со всеми полярностями в обратном порядке.

P-канальный JFET представляет собой просто переходной диод с двумя анодами, называемый исток и сток (подключены к полупроводниковому материалу P-типа) и один катод, называемый затвором (подключен к материалу N-типа). Путь между истоком и стоком находится узкий канал из материала Р-типа (отсюда «P-канал»), который проходит вдоль перекрестка или через него.

Если ворота отключены или все три электрода находятся почти одинаковое напряжение, то PN-переход не сильно опережает или с обратным смещением. Ток может протекать между истоком и стоком через Полупроводниковый материал P-типа и переход не оказывают существенного влияния. Транзистор в данном случае выглядит как маломощный резистор (может быть между 10 и 100 Ом) между истоком и стоком.

Когда на затвор подается более положительное напряжение, чем на исток и сток, PN-переход становится смещенным в обратном направлении. Как и в случае с любым обратным смещением переходной диод, который не ломается, этот переход в основном изолятор, через который не течет ток. Но это не полностью без эффекта: тот факт, что соединение смещено в обратном направлении, создает барьер, область обедненных носителей заряда, вблизи узел. А так как соединение между истоком и стоком проходит через эту окрестность барьер влияет на кажущееся сопротивление от истока к стоку. есть поле из эффект вокруг соединение , которое заставляет работать транзистор, вот почему это называется JFET: «Транзистор с полевым эффектом перехода».

В этом состоянии транзистор по-прежнему выглядит как сопротивление между истоком и сток, но величина этого сопротивления определяется обратным смещение на PN-переходе. По мере того, как напряжение затвора становится все более и более положительным относительно истока и стока зона обедненных носителей в Канал P-типа JFET становится больше и более сильно обедняется. Это все труднее и труднее проталкивать ток через эту зону. Таким образом, очевидное сопротивление изменяется в зависимости от напряжения, подаваемого на затвор, от вполне от низкого до довольно высокого, несмотря на отсутствие значительного тока, протекающего через затвор себя – до тех пор, пока соединение не станет смещенным вперед. Это нормальный режим работы JFET в операционном усилителе.

Тем не менее, мы все еще смотрим на PN-переход, и он также может быть направлен вперед пристрастный. Если мы приведем затвор к более отрицательному напряжению, чем либо исток или сток, ток между истоком и стоком больше не будет реальным проблема: вместо этого ток будет вытекать из ворот, как если бы это был диод вместо транзистора. Обратите внимание на стрелку на условном обозначении для P-канальный JFET, указывающий через ворота. Смещение вперед переход просто превращает его в диод, и делает это без ограничения ток разрушит его так же, как любой другой диод может быть разрушен избыточный ток.

Именно эта мода с прямым смещением вызывает феномен фазового сдвига. разворот. В первом приближении TL074 удерживает истоки и стоки его полевых транзисторов примерно на 4 В выше отрицательной шины, а управление входами ниже этого напряжения сместит переходы в прямом направлении и выведет полевые транзисторы из строя. предполагаемый режим работы с обратным смещением.

Схема TL074

Вот эквивалентная схема для одного канала TL074, по его данным лист. Я отредактировал смещенные нулевые соединения (которые имеют значение только для для TL071) и добавил несколько меток.

В этой схеме генератор смещения справа создает опорное напряжение рядом с положительной рейкой; компенсирует температуру и производство вариация. Это напряжение питает базы двух транзисторов PNP, которые служат как текущие источники. Q1, в частности, является источником тока, который питает входные полевые транзисторы Q2 и Q3. Это классическая «длиннохвостая пара», которую мы часто видим. в дифференциальных усилителях, но обратите внимание, что здесь он построен на JFET. биполярных транзисторов, а источник тока находится рядом с положительной шиной с зеркалом внизу, а не наоборот, как будет обычным явлением для биполярных транзисторов NPN.

Я не буду вдаваться в подробности того, как работает раздел с надписью «усилитель», но дело в том, что ток от входной секции и токового зеркала применяется к усилителю для увеличения или уменьшения выходного напряжения (зарядка и разрядка компенсационного конденсатора С1) со скоростью нарастания операционного усилителя.

Давайте посмотрим, что происходит, когда отрицательный вход немного выше, чем положительный ввод. Я вырезал только соответствующую часть схемы схему и немного упростил ее.

Помните, что положительное напряжение на затворе P-канального JFET (относительно исток и сток) имеет тенденцию к увеличению сопротивления исток-сток. Итак сопротивление через Q2 будет выше, чем через Q3. Тем временем Q1 заставляя общий ток через Q2 и Q3 быть фиксированным. Узел обозначенный V , а плавает до любого напряжения, которое необходимо для создания что сопротивление и ток уравновешиваются; Я произвольно написал в -0,6В, но может быть меньше. Это, безусловно, будет несколько более негативным, чем входные напряжения.

Большая часть тока от Q1 протекает через Q3. Только небольшое количество ток поступает на вход слева от токового зеркала; затем текущее зеркало получает столько же через выход справа, вычитая из тока через Q3. Но ток был больше Q3, чем через Q2, так что все еще вытекает относительно большое количество в секцию усилителя. Усилитель снижает выходное напряжение. когда он получает ток в этом направлении.

Если отрицательный вход немного ниже положительного, то мы в основном обратная ситуация.

Здесь сопротивление Q2 ниже, поэтому больший ток от Q1 протекает через Q2 чем через Q3. Текущее зеркало потребляет такое же большее количество тока через его выход, но для этого требуется меньше тока от Q3, поэтому остальное взято из усилителя. При протекании тока в в противоположном направлении секция усилителя вытягивает выходной сигнал операционного усилителя на высокий уровень. вместо низкого.

Эти две диаграммы вместе объясняют большую часть нормальной работы операционного усилителя: в зависимости от того, какой вход имеет более высокое напряжение (даже на очень небольшую величину), ток от Q1 будет разделен в разных пропорциях между Q2 и Q3, а затем, какой из них получает больше тока, определяет направление ток, который идет в секцию усилителя и перемещает выход напряжение так или иначе.

Но все зависит от предположения, что эти P-канальные JFETS на входе секции работают в штатном режиме с реверсом ворот пристрастный. Ворота должны быть более положительными, чем истоки и стоки; и хотя точка с пометкой V и , естественно, плавают в соответствующее напряжение, вход и выход токового зеркала в основном фиксируется на уровне -8В. Токовое зеркало имеет полупроводниковые переходы и резисторы сложены над отрицательной шиной, и он не может работать (обычно он просто отключается), если его вход и выход опускаются ниже этого напряжения.

Подумайте, что произойдет, если мы подадим на входы операционного усилителя напряжение ниже -8 В.

Текущее зеркало отключено, и переходы в JFET стали с обратным смещением. Ток от Q1 проходит прямо через Q2 (который сейчас работает как диод) и ток с усилительной секции идет правильно через Q3. Возможны и другие немного отличающиеся схемы в зависимости от был ли только один или оба входа переведены в низкий уровень, но обратите внимание, что вытягивание ток из секции усилителя – это то же самое, что произошло с положительный вход выше при нормальной работе. Хотя оба входа на самом деле низкий, операционный усилитель будет реагировать так, как если бы он получил положительный вход – и, вероятно, большой, потому что там мало или нечего ограничение тока, который может протекать через входной транзистор. Затем выход головок операционного усилителя для положительной шины.

Хотя я писал в частности об очень популярном TL074, и он использует P-канальные полевые транзисторы, в принципе вполне могли быть операционные усилители с N-канальные полевые транзисторы JFET на входах, и они, вероятно, будут демонстрировать фазу реверс на противоположной стороне, когда входное напряжение слишком близко к положительная рейка .

Нечто подобное может произойти с операционными усилителями с биполярным входом. Например, LM324 будет вести себя неправильно, когда входное напряжение станет более чем на 0,3 В ниже . отрицательный источник питания, так как переходы коллектор-база на его входе транзисторы смещаются в прямом направлении, что приводит к проблемам на входе текущее зеркало. Но «не выходить за пределы силовых шин» более интуитивно понятно. ограничение, чем «не приближаться к минусовой шине ближе, чем на 4 В», а дизайнеры редко нужно напоминать об этом пределе для LM324.