Anti-aliasing filtre og spenningsstabilisatorer

Utjevningsfiltre er designet for å redusere likerettede spenningsrippel. Ripple-utjevning evalueres av utjevningsfaktoren q.

Hovedelementene i utjevningsfiltre er kondensatorer, induktorer og transistorer hvis motstand er forskjellig for likestrøm og vekselstrøm.

Avhengig av type filterelement skilles det mellom kapasitive, induktive og elektroniske filtre. I henhold til antall filtreringslenker er filtre delt inn i enkeltlenke og multilenke.

Et kapasitivt filter er en kondensator med stor kapasitet som kobles parallelt med lastmotstanden Rn. En kondensator har høy DC-motstand og lav AC-motstand. La oss vurdere driften av filteret på eksemplet med en halvbølge likeretterkrets (fig. 1, a).

Figur 1-Enfaset halvbølge likeretter med kapasitivt filter: a) krets b) tidsdiagrammer for drift

Når en positiv halvbølge flyter i tidsintervallet t0 — t1 (fig. 2.63, b), flyter laststrømmen (diodestrømmen) og kondensatorens ladestrøm.Kondensatoren lades og på tidspunktet t1 overskrider spenningen i kondensatoren spenningsfallet til sekundærviklingen — dioden lukkes og i tidsintervallet t1 — t2 leveres strømmen i belastningen av kondensatorens utladning. Che. strømmen i lasten flyter konstant, noe som reduserer krusningen av den likerettede spenningen betydelig.

Jo større kapasitansen til kondensatoren Cf, jo mindre eksitasjon. Dette bestemmes av utladningstiden til kondensatoren — utladningstidskonstanten τ = СfRн. Ved τ> 10 bestemmes utjevningskoeffisienten av formelen q = 2π fc m Cf Rn, hvor fc er frekvensen til nettverket, m er antall halvperioder av den likerettede spenningen.

Det anbefales å bruke et kapasitivt filter med høy motstand RH-belastningsmotstand ved lav belastningseffekt.

Induktivt filter (choke) er koblet i serie med Rn (fig. 3, a). Induktans har lav DC-motstand og høy AC-motstand. Ripple smoothing er basert på fenomenet selvinduksjon, som i utgangspunktet forhindrer strømmen i å øke, og deretter støtter den med sin reduksjon (fig. 2, b).

Figur 2-Enfaset halvbølge likeretter med induktivt filter: a) krets, b) tidsdiagrammer for drift

Induktive filtre brukes i likerettere med middels og høy effekt, det vil si i likerettere som opererer med store belastningsstrømmer.

Utjevningskoeffisienten bestemmes av formelen: q = 2π fs m Lf / Rn

Driften av det kapasitive og induktive filteret er basert på det faktum at under flyten av strømmen som forbrukes av nettverket, lagrer kondensatoren og induktoren energi, og når det ikke er strøm fra nettverket, eller det minker, gir elementene en stans av den lagrede energien, opprettholdelse av strømmen (spenningen) i lasten.

Multi-junction-filtre bruker utjevningsegenskapene til både kondensatorer og induktorer. I laveffekt likerettere, hvor motstanden til lastmotstanden er flere kOhm, i stedet for choken Lf, er motstanden Rf inkludert, noe som reduserer filterets masse og dimensjoner betydelig.

Figur 3 viser typene LC- og RC-stigefiltre.

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

Stabilisatorer er designet for å stabilisere en konstant spenning (strøm) av lasten under svingninger i nettspenningen og endringer i strømmen som forbrukes av lasten.

Stabilisatorer er delt inn i spennings- og strømstabilisatorer, samt parametriske og kompenserende. Stabiliteten til utgangsspenningen evalueres av stabiliseringsfaktoren Kst.

Parametrisk stabilisator basert på bruk av et element med en ikke-lineær karakteristikk - en halvleder zenerdiode.Spenningen til zenerdioden er nesten konstant med en betydelig endring i omvendt strøm gjennom enheten.

Den parametriske stabilisatorkretsen er vist i figur 4. Inngangsspenningen UBX er fordelt mellom begrensningsmotstanden Rlim og den parallellkoblede zenerdioden VD og lastmotstanden Rn.

Figur 4 — Parametrisk stabilisator

Når inngangsspenningen øker, vil strømmen gjennom zenerdioden øke, noe som betyr at strømmen gjennom begrensningsmotstanden vil øke og det vil oppstå et større spenningsfall over den, og lastspenningen forblir uendret.

Den parametriske stabilisatoren har en Kst i størrelsesorden 20-50. Ulempene med denne typen stabilisatorer er lave stabiliseringsstrømmer og lav effektivitet.

Parametriske stabilisatorer brukes som hjelpespenningskilder, så vel som når belastningsstrømmen er liten - ikke mer enn hundrevis av milliampere.

En kompenserende stabilisator bruker den variable motstanden til transistoren som en begrensende motstand. Når inngangsspenningen øker, øker også motstanden til transistoren, tilsvarende når spenningen avtar, reduseres motstanden. I dette tilfellet forblir spenningen i lasten uendret.

Stabilisatorkretsen til transistorene er vist i figur 5. Prinsippet for regulering av utgangsspenningen URn er basert på en endring i konduktiviteten til reguleringstransistoren VT1.

Figur 5 — Skjematisk over kompenserende spenningsregulator

En spenningssammenligningskrets og en likestrømsforsterker er satt sammen på transistoren VT2. Målekretsen R3, R4, R5 er inkludert i basiskretsen, og referansespenningskilden R1VD er inkludert i emitterkretsen.

For eksempel, når inngangsspenningen øker, vil også utgangen øke, noe som vil føre til en økning i spenningen ved bunnen av transistoren VT2, samtidig som potensialet til emitteren VT2 vil forbli det samme.Dette vil føre til en økning i basisstrømmen, og dermed kollektorstrømmen til transistoren VT2 - basispotensialet til transistoren VT1 vil avta, transistoren vil lukke og et større spenningsfall vil oppstå på den, og utgangsspenningen vil forbli uendret.

I dag produseres stabilisatorer i form av integrerte kretser. Et typisk opplegg for å slå på en integrert stabilisator er vist i figur 6.

Figur 6 — Typisk skjematisk for å slå på en innebygd spenningsstabilisator

Betegnelse på utgangene til stabilisatormikrokretsen: «IN» — inngang, «UT» — utgang, «GND» — felles (tilfelle). Hvis stabilisatoren er justerbar, er det en utgang «ADJ» — justering.

Valget av stabilisator er basert på verdien av utgangsspenningen, den maksimale belastningsstrømmen og variasjonsområdet for inngangsspenningen.