Anti-aliasing szűrők és feszültségstabilizátorok
A simító szűrőket úgy tervezték, hogy csökkentsék az egyenirányított feszültség hullámzását. A hullámos simítást a q simítási tényezővel értékeljük.
A simító szűrők fő elemei a kondenzátorok, induktorok és tranzisztorok, amelyek ellenállása egyenáram és váltakozó áram esetén eltérő.
A szűrőelem típusától függően megkülönböztetünk kapacitív, induktív és elektronikus szűrőket. A szűrési hivatkozások száma szerint a szűrőket egylinkes és többlinkes szűrőkre osztják.
A kapacitív szűrő egy nagy kapacitású kondenzátor, amely párhuzamosan van csatlakoztatva az Rn terhelő ellenállással. A kondenzátor nagy DC ellenállással és alacsony AC ellenállással rendelkezik. Tekintsük a szűrő működését egy félhullámú egyenirányító áramkör példáján (1. ábra, a).
1. ábra - Egyfázisú félhullámú egyenirányító kapacitív szűrővel: a) áramkör b) működési időzítési diagramok
Ha pozitív félhullám folyik a t0 — t1 időintervallumban (2.63. ábra, b), a terhelőáram (diódaáram) és a kondenzátor töltőárama folyik.A kondenzátor feltöltődik, és t1 időpontban a kondenzátor feszültsége meghaladja a szekunder tekercs feszültségesését - a dióda bezárul, és a t1 - t2 időintervallumban a terhelésben lévő áramot a kondenzátor kisülése biztosítja. Che. a terhelésben az áram folyamatosan folyik, ami jelentősen csökkenti az egyenirányított feszültség hullámzását.
Minél nagyobb a Cf kondenzátor kapacitása, annál kisebb a gerjesztés. Ezt a kondenzátor kisülési ideje határozza meg – a kisülési időállandó τ = СfRн. τ> 10-nél a simítási együtthatót a következő képlet határozza meg: q = 2π fc m Cf Rn, ahol fc a hálózat frekvenciája, m az egyenirányított feszültség félperiódusainak száma.
Alacsony terhelési teljesítmény mellett nagy ellenállású RH terhelőellenállású kapacitív szűrő használata javasolt.
Induktív szűrő (fojtó) sorba van kötve Rn-nel (3. ábra, a). Az induktivitás alacsony DC ellenállással és nagy AC ellenállással rendelkezik. A hullámosság simítása az önindukció jelenségén alapul, amely kezdetben megakadályozza az áramerősség növekedését, majd annak csökkenésével támogatja (2. ábra, b).
2. ábra - Egyfázisú félhullámú egyenirányító induktív szűrővel: a) áramkör, b) működési időzítési diagramok
Az induktív szűrőket közepes és nagy teljesítményű egyenirányítókban használják, azaz nagy terhelési árammal működő egyenirányítókban.
A simítási együtthatót a következő képlet határozza meg: q = 2π fs m Lf / Rn
A kapacitív és induktív szűrő működése azon alapul, hogy a hálózat által felvett áram áramlása során a kondenzátor és az induktor energiát tárol, és amikor nincs áram a hálózatból, vagy az csökken, az elemek adják a tárolt energia leállítása, az áram (a feszültség) fenntartása a terhelésben.
A többcsatlakozós szűrők mind a kondenzátorok, mind az induktorok simító tulajdonságait használják. Kis teljesítményű egyenirányítókban, ahol a terhelő ellenállás ellenállása több kOhm, az Lf fojtótekercs helyett az Rf ellenállást tartalmazzák, ami jelentősen csökkenti a szűrő tömegét és méreteit.
A 3. ábra az LC és RC létraszűrők típusait mutatja be.
3. ábra - Több csomópontos szűrők: a) L-alakú LC, b) U-alakú LC, c) RC-szűrő
A stabilizátorok célja a terhelés állandó feszültségének (áramának) stabilizálása a hálózati feszültség ingadozása és a terhelés által fogyasztott áram változása során.
A stabilizátorokat feszültség- és áramstabilizátorokra, valamint parametrikus és kompenzációs stabilizátorokra osztják. A kimeneti feszültség stabilitását a Kst stabilizációs tényezővel értékeljük.
Paraméteres stabilizátor egy nemlineáris karakterisztikájú elem - egy félvezető zener-dióda - használatán alapul.A zener-dióda feszültsége szinte állandó, az eszközön áthaladó fordított áram jelentős változásával.
A parametrikus stabilizátor áramkör a 4. ábrán látható. Az UBX bemeneti feszültség az Rlim határoló ellenállás és a párhuzamosan kapcsolt VD zener-dióda, valamint az Rn terhelési ellenállás között van elosztva.
4. ábra – Paraméteres stabilizátor
A bemeneti feszültség növekedésével a zener-diódán áthaladó áram növekszik, ami azt jelenti, hogy a korlátozó ellenálláson áthaladó áram növekszik, és nagyobb feszültségesés következik be rajta, és a terhelési feszültség változatlan marad.
A parametrikus stabilizátor Kst-je 20-50 nagyságrendű. Az ilyen típusú stabilizátorok hátrányai az alacsony stabilizációs áramok és az alacsony hatásfok.
A paraméteres stabilizátorokat segédfeszültségforrásként használják, valamint akkor, ha a terhelési áram kicsi - nem több száz milliampernél.
A kompenzáló stabilizátor a tranzisztor változó ellenállását használja korlátozó ellenállásként. A bemeneti feszültség növekedésével a tranzisztor ellenállása is nő, ennek megfelelően a feszültség csökkenésével az ellenállás csökken. Ebben az esetben a terhelés feszültsége változatlan marad.
A tranzisztorok stabilizáló áramköre az 5. ábrán látható. Az URn kimeneti feszültség szabályozásának elve a VT1 szabályozótranzisztor vezetőképességének változásán alapul.
5. ábra – A kompenzáló feszültségszabályozó vázlata
A VT2 tranzisztoron egy feszültség-összehasonlító áramkör és egy DC erősítő van összeszerelve. Az R3, R4, R5 mérőáramkör az alapáramkörében, az R1VD referencia feszültségforrás pedig az emitter áramkörben található.
Például a bemeneti feszültség növekedésével a kimenet is növekszik, ami a VT2 tranzisztor bázisán a feszültség növekedéséhez vezet, miközben a VT2 emitter potenciálja változatlan marad.Ez az alapáram növekedéséhez vezet, és ezáltal a VT2 tranzisztor kollektoráramának növekedéséhez - a VT1 tranzisztor bázispotenciálja csökken, a tranzisztor bezárul és nagyobb feszültségesés következik be rajta, és a kimeneti feszültség csökken. változatlanok maradnak.
Ma a stabilizátorokat integrált áramkörök formájában gyártják. Az integrált stabilizátor bekapcsolásának tipikus sémája a 6. ábrán látható.
6. ábra – Tipikus kapcsolási rajz a beépített feszültségstabilizátor bekapcsolásához
A stabilizátor mikroáramkör kimeneteinek megnevezése: «IN» — bemenet, «OUT» — kimenet, «GND» — közös (tok). Ha a stabilizátor állítható, akkor van egy "ADJ" kimenet - beállítás.
A stabilizátor kiválasztása a kimeneti feszültség értéke, a maximális terhelési áram és a bemeneti feszültség változási tartománya alapján történik.