Anti-aliasing filter och spänningsstabilisatorer

Utjämningsfilter är utformade för att minska likriktad spänningsrippel. Rippelutjämning utvärderas av utjämningsfaktorn q.

Huvudelementen i utjämningsfilter är kondensatorer, induktorer och transistorer vars resistans är olika för likström och växelström.

Beroende på typen av filterelement skiljer man på kapacitiva, induktiva och elektroniska filter. Beroende på antalet filtreringslänkar delas filter in i enkellänk och multilänk.

Ett kapacitivt filter är en kondensator med stor kapacitet som kopplas parallellt med belastningsmotståndet Rn. En kondensator har hög DC-resistans och låg AC-resistans. Låt oss överväga filtrets funktion på exemplet med en halvvågslikriktarkrets (fig. 1, a).

Figur 1-Enfas halvvågslikriktare med kapacitivt filter: a) krets b) tidsdiagram för driften

När en positiv halvvåg flyter i tidsintervallet t0 — t1 (fig. 2.63, b), flyter belastningsströmmen (diodström) och kondensatorladdningsströmmen.Kondensatorn laddas och vid tidpunkten t1 överstiger spänningen i kondensatorn sekundärlindningens spänningsfall — dioden stängs och i tidsintervallet t1 — t2 tillhandahålls strömmen i belastningen av kondensatorns urladdning. Che. strömmen i lasten flyter konstant, vilket avsevärt minskar krusningen av den likriktade spänningen.

Ju större kapacitans kondensatorn Cf är, desto mindre är excitationen. Detta bestäms av urladdningstiden för kondensatorn — urladdningstidskonstanten τ = СfRн. Vid τ> 10 bestäms utjämningskoefficienten av formeln q = 2π fc m Cf Rn, där fc är nätets frekvens, m är antalet halvperioder av den likriktade spänningen.

Det rekommenderas att använda ett kapacitivt filter med ett högresistans RH belastningsmotstånd vid låga belastningseffekter.

Induktivt filter (choke) är ansluten i serie med Rn (fig. 3, a). Induktans har låg DC-resistans och hög AC-resistans. Ripple smoothing är baserad på fenomenet självinduktion, som initialt förhindrar strömmen från att öka, och sedan stödjer den med dess minskning (fig. 2, b).

Figur 2-Enfas halvvågslikriktare med induktivt filter: a) krets, b) tidsdiagram för driften

Induktiva filter används i likriktare med medel och hög effekt, det vill säga i likriktare som arbetar med stora belastningsströmmar.

Utjämningskoefficienten bestäms av formeln: q = 2π fs m Lf / Rn

Driften av det kapacitiva och induktiva filtret är baserad på det faktum att under flödet av den ström som förbrukas av nätverket lagrar kondensatorn och induktorn energi, och när det inte finns någon ström från nätverket, eller den minskar, ger elementen en avstängning av den lagrade energin, upprätthåller strömmen (spänningen ) i lasten.

Multi-junction filter använder utjämningsegenskaperna hos både kondensatorer och induktorer. I lågeffektlikriktare, där belastningsmotståndets resistans är flera kOhm, i stället för choken Lf, ingår motståndet Rf, vilket avsevärt minskar filtrets massa och dimensioner.

Figur 3 visar typerna av LC- och RC-stegefilter.

Figur 3-Multi-junction filter: a) L-formad LC, b) U-formad LC, c) RC-filter

Stabilisatorer är utformade för att stabilisera en konstant spänning (ström) av lasten under fluktuationer i nätspänningen och förändringar i strömmen som förbrukas av lasten.

Stabilisatorer är indelade i spännings- och strömstabilisatorer, såväl som parametriska och kompenserande. Utspänningens stabilitet utvärderas av stabiliseringsfaktorn Kst.

Parametrisk stabilisator baserad på användningen av ett element med en icke-linjär karakteristik - en halvledarzenerdiod.Spänningen på zenerdioden är nästan konstant med en signifikant förändring i den omvända strömmen genom enheten.

Den parametriska stabilisatorkretsen visas i figur 4. Inspänningen UBX fördelas mellan begränsningsmotståndet Rlim och den parallellkopplade zenerdioden VD och belastningsmotståndet Rn.

Figur 4 — Parametrisk stabilisator

När inspänningen ökar kommer strömmen genom zenerdioden att öka, vilket innebär att strömmen genom begränsningsmotståndet kommer att öka och ett större spänningsfall uppstår över den, och belastningsspänningen förblir oförändrad.

Den parametriska stabilisatorn har ett Kst i storleksordningen 20-50. Nackdelarna med denna typ av stabilisatorer är låga stabiliseringsströmmar och låg verkningsgrad.

Parametriska stabilisatorer används som hjälpspänningskällor, såväl som när belastningsströmmen är liten - inte mer än hundratals milliampere.

En kompenserande stabilisator använder transistorns variabla resistans som ett begränsande motstånd. När inspänningen ökar, ökar också transistorns resistans, på motsvarande sätt, när spänningen minskar, minskar resistansen. I detta fall förblir spänningen i lasten oförändrad.

Transistorernas stabilisatorkrets visas i figur 5. Principen för reglering av utgångsspänningen URn är baserad på en förändring av konduktiviteten hos reglertransistorn VT1.

Figur 5 — Schematisk över kompenserande spänningsregulator

En spänningsjämförelsekrets och en DC-förstärkare är monterade på transistorn VT2. Mätkretsen R3, R4, R5 ingår i dess baskrets och referensspänningskällan R1VD ingår i emitterkretsen.

Till exempel, när ingångsspänningen ökar, kommer också utsignalen att öka, vilket kommer att leda till en ökning av spänningen vid basen av transistorn VT2, samtidigt som potentialen för emittern VT2 förblir densamma.Detta kommer att leda till en ökning av basströmmen, och därmed kollektorströmmen för transistorn VT2 - baspotentialen för transistorn VT1 kommer att minska, transistorn kommer att stänga och ett större spänningsfall kommer att inträffa på den, och utspänningen kommer att fortsätter vara oförändrat.

Idag tillverkas stabilisatorer i form av integrerade kretsar. Ett typiskt schema för att slå på en integrerad stabilisator visas i figur 6.

Figur 6 — Typiskt schema för att slå på en inbyggd spänningsstabilisator

Beteckning för utgångarna på stabilisatormikrokretsen: «IN» — ingång, «OUT» — utgång, «GND» — gemensam (fall). Om stabilisatorn är justerbar, finns det en utgång «ADJ» — justering.

Valet av stabilisator baseras på värdet på utspänningen, den maximala belastningsströmmen och variationsområdet för inspänningen.