Anti-aliasingové filtre a stabilizátory napätia

Vyhladzovacie filtre sú určené na zníženie usmerneného zvlnenia napätia. Vyhladenie zvlnenia sa hodnotí faktorom vyhladenia q.

Hlavnými prvkami vyhladzovacích filtrov sú kondenzátory, induktory a tranzistory, ktorých odpor je odlišný pre jednosmerné a striedavé prúdy.

Podľa typu filtračného prvku sa rozlišujú kapacitné, indukčné a elektronické filtre. Podľa počtu filtračných odkazov sa filtre delia na jednolinkové a viaclinkové.

Kapacitný filter je kondenzátor s veľkou kapacitou, ktorý je zapojený paralelne so zaťažovacím odporom Rn. Kondenzátor má vysoký jednosmerný odpor a nízky striedavý odpor. Uvažujme o prevádzke filtra na príklade obvodu polovičného usmerňovača (obr. 1, a).

Obrázok 1-Jednofázový polvlnový usmerňovač s kapacitným filtrom: a) obvod b) časové schémy činnosti

Keď v časovom intervale t0 — t1 preteká kladná polvlna (obr. 2.63, b), prúdi záťažový prúd (diódový prúd) a nabíjací prúd kondenzátora.Kondenzátor sa nabije a v čase t1 napätie v kondenzátore prekročí úbytok napätia sekundárneho vinutia — dióda sa zatvorí a v časovom intervale t1 — t2 je prúd v záťaži zabezpečený vybitím kondenzátora. Che. prúd v záťaži tečie neustále, čo výrazne znižuje zvlnenie usmerneného napätia.

Čím väčšia je kapacita kondenzátora Cf, tým menšie bude budenie. Toto je určené časom vybíjania kondenzátora — konštantou času vybíjania τ = СfRн. Pri τ> 10 je koeficient vyhladenia určený vzorcom q = 2π fc m Cf Rn, kde fc je frekvencia siete, m je počet polperiód usmerneného napätia.

Pri nízkych zaťažovacích výkonoch sa odporúča použiť kapacitný filter s vysokoodporovým zaťažovacím odporom RH.

Indukčný filter (tlmivka) je zapojený do série s Rn (obr. 3, a). Indukčnosť má nízky jednosmerný odpor a vysoký striedavý odpor. Vyhladzovanie zvlnenia je založené na fenoméne samoindukcie, ktorá spočiatku zabraňuje zvyšovaniu prúdu a následne ho podporuje jeho poklesom (obr. 2, b).

Obrázok 2-Jednofázový polvlnový usmerňovač s indukčným filtrom: a) obvod, b) časové schémy činnosti

Indukčné filtre sa používajú v usmerňovačoch stredného a vysokého výkonu, to znamená v usmerňovačoch pracujúcich s veľkými záťažovými prúdmi.

Koeficient vyhladenia je určený vzorcom: q = 2π fs m Lf / Rn

Prevádzka kapacitného a indukčného filtra je založená na skutočnosti, že počas toku prúdu spotrebovaného sieťou kondenzátor a induktor ukladajú energiu a keď prúd zo siete neprechádza alebo sa znižuje, prvky dávajú vypnutie akumulovanej energie, udržiavanie prúdu (napätia) v záťaži.

Multi-prechodové filtre využívajú vyhladzovacie vlastnosti kondenzátorov aj tlmiviek. V nízkovýkonových usmerňovačoch, kde je odpor záťažového rezistora niekoľko kOhm, je namiesto tlmivky Lf zaradený rezistor Rf, ktorý výrazne znižuje hmotnosť a rozmery filtra.

Obrázok 3 zobrazuje typy LC a RC rebríkových filtrov.

Obrázok 3-Viacnásobné filtre: a) LC v tvare L, b) LC v tvare U, c) RC filter

Stabilizátory sú určené na stabilizáciu konštantného napätia (prúdu) záťaže pri kolísaní sieťového napätia a zmenách prúdu spotrebovaného záťažou.

Stabilizátory sa delia na stabilizátory napätia a prúdu, ako aj parametrické a kompenzačné. Stabilita výstupného napätia sa hodnotí stabilizačným faktorom Kst.

Parametrický stabilizátor založený na použití prvku s nelineárnou charakteristikou - polovodičovej zenerovej diódy.Napätie zenerovej diódy je takmer konštantné s výraznou zmenou spätného prúdu zariadením.

Obvod parametrického stabilizátora je znázornený na obrázku 4. Vstupné napätie UBX je rozdelené medzi obmedzovací odpor Rlim a paralelne pripojenú zenerovu diódu VD a zaťažovací odpor Rn.

Obrázok 4 – Parametrický stabilizátor

So zvyšujúcim sa vstupným napätím sa zvýši prúd cez zenerovu diódu, čo znamená, že sa zvýši prúd cez obmedzovací rezistor a dôjde na ňom k väčšiemu poklesu napätia a záťažové napätie zostane nezmenené.

Parametrický stabilizátor má Kst rádovo 20-50. Nevýhodou tohto typu stabilizátorov sú nízke stabilizačné prúdy a nízka účinnosť.

Parametrické stabilizátory sa používajú ako pomocné zdroje napätia, ako aj pri malom zaťažovacom prúde - nie viac ako stovky miliampérov.

Kompenzačný stabilizátor využíva premenlivý odpor tranzistora ako obmedzujúci odpor. So zvyšujúcim sa vstupným napätím sa zvyšuje aj odpor tranzistora, zodpovedajúcim spôsobom, keď napätie klesá, odpor klesá. V tomto prípade zostáva napätie v záťaži nezmenené.

Obvod stabilizátora tranzistorov je znázornený na obrázku 5. Princíp regulácie výstupného napätia URn je založený na zmene vodivosti regulačného tranzistora VT1.

Obrázok 5 - Schéma kompenzačného regulátora napätia

Na tranzistore VT2 je zostavený obvod na porovnávanie napätia a jednosmerný zosilňovač. Merací obvod R3, R4, R5 je zahrnutý v jeho základnom obvode a zdroj referenčného napätia R1VD je zahrnutý v obvode emitora.

Napríklad, keď sa zvýši vstupné napätie, zvýši sa aj výstup, čo povedie k zvýšeniu napätia na báze tranzistora VT2, zatiaľ čo potenciál emitora VT2 zostane rovnaký.To povedie k zvýšeniu základného prúdu, a tým aj kolektorového prúdu tranzistora VT2 — základný potenciál tranzistora VT1 sa zníži, tranzistor sa uzavrie a dôjde na ňom k väčšiemu poklesu napätia a výstupné napätie sa zníži. zostávajú nezmenené.

Dnes sa stabilizátory vyrábajú vo forme integrovaných obvodov. Typická schéma zapnutia integrovaného stabilizátora je znázornená na obrázku 6.

Obrázok 6 – Typická schéma zapnutia vstavaného stabilizátora napätia

Označenie výstupov mikroobvodu stabilizátora: «IN» — vstup, «OUT» — výstup, «GND» — spoločný (prípad). Ak je stabilizátor nastaviteľný, potom je tu výstup «ADJ» — nastavenie.

Výber stabilizátora je založený na hodnote výstupného napätia, maximálnom zaťažovacom prúde a rozsahu zmeny vstupného napätia.