Anti-aliasing filtre og spændingsstabilisatorer

Udjævningsfiltre er designet til at reducere ensrettet spændingsrippel. Ripple-udjævning evalueres ved udjævningsfaktoren q.

Hovedelementerne i udjævningsfiltre er kondensatorer, induktorer og transistorer, hvis modstand er forskellig for jævn- og vekselstrøm.

Afhængig af typen af ​​filterelement skelnes der mellem kapacitive, induktive og elektroniske filtre. I henhold til antallet af filtreringslinks er filtre opdelt i single-link og multi-link.

Et kapacitivt filter er en kondensator med stor kapacitet, der er forbundet parallelt med belastningsmodstanden Rn. En kondensator har høj DC-modstand og lav AC-modstand. Lad os overveje driften af ​​filteret på eksemplet med et halvbølge ensretterkredsløb (fig. 1, a).

Figur 1-Enfaset halvbølge ensretter med kapacitivt filter: a) kredsløb b) driftsdiagrammer

Når en positiv halvbølge flyder i tidsintervallet t0 — t1 (fig. 2.63, b), flyder belastningsstrømmen (diodestrømmen) og kondensatorens ladestrøm.Kondensatoren oplades og på tidspunktet t1 overstiger spændingen i kondensatoren sekundærviklingens spændingsfald — dioden lukker og i tidsintervallet t1 — t2 tilvejebringes strømmen i belastningen af ​​kondensatorens afladning. Che. strømmen i belastningen flyder konstant, hvilket reducerer krusningen af ​​den ensrettede spænding betydeligt.

Jo større kapacitansen af ​​kondensatoren Cf er, jo mindre er excitationen. Dette bestemmes af kondensatorens afladningstid — afladningstidskonstanten τ = СfRн. Ved τ> 10 er udjævningskoefficienten bestemt af formlen q = 2π fc m Cf Rn, hvor fc er netværkets frekvens, m er antallet af halve perioder af den ensrettede spænding.

Det anbefales at bruge et kapacitivt filter med en høj modstand RH belastningsmodstand ved lave belastningseffekter.

Induktivt filter (choker) er forbundet i serie med Rn (fig. 3, a). Induktans har lav DC-modstand og høj AC-modstand. Ripple-udjævning er baseret på fænomenet selvinduktion, som i første omgang forhindrer strømmen i at stige, og derefter understøtter den med dens fald (fig. 2, b).

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

Induktive filtre bruges i ensrettere med medium og høj effekt, det vil sige i ensrettere, der arbejder med store belastningsstrømme.

Udjævningskoefficienten bestemmes af formlen: q = 2π fs m Lf / Rn

Driften af ​​det kapacitive og induktive filter er baseret på det faktum, at under strømmen af ​​strømmen, der forbruges af netværket, lagrer kondensatoren og induktoren energi, og når der ikke er nogen strøm fra netværket, eller det falder, giver elementerne en nedlukning af den lagrede energi, opretholdelse af strømmen (spændingen) i belastningen.

Multi-junction filtre bruger udjævningsegenskaberne for både kondensatorer og induktorer. I ensrettere med lav effekt, hvor belastningsmodstandens modstand er flere kOhm, medfølger i stedet for chokeren Lf modstanden Rf, hvilket reducerer filterets masse og dimensioner markant.

Figur 3 viser typerne af LC- og RC-stigefiltre.

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

Stabilisatorer er designet til at stabilisere en konstant spænding (strøm) af belastningen under fluktuationer i netspændingen og ændringer i den strøm, der forbruges af belastningen.

Stabilisatorer er opdelt i spændings- og strømstabilisatorer, såvel som parametriske og kompenserende. Stabiliteten af ​​udgangsspændingen vurderes af stabiliseringsfaktoren Kst.

Parametrisk stabilisator baseret på brugen af ​​et element med en ikke-lineær karakteristik - en halvleder zenerdiode.Spændingen på zenerdioden er næsten konstant med en signifikant ændring i omvendt strøm gennem enheden.

Det parametriske stabilisatorkredsløb er vist i figur 4. Indgangsspændingen UBX er fordelt mellem begrænsningsmodstanden Rlim og den parallelt forbundne zenerdiode VD og belastningsmodstanden Rn.

Figur 4 — Parametrisk stabilisator

Når indgangsspændingen stiger, vil strømmen gennem zenerdioden stige, hvilket betyder, at strømmen gennem begrænsningsmodstanden vil stige, og der vil opstå et større spændingsfald over den, og belastningsspændingen forbliver uændret.

Den parametriske stabilisator har en Kst i størrelsesordenen 20-50. Ulemperne ved denne type stabilisatorer er lave stabiliseringsstrømme og lav effektivitet.

Parametriske stabilisatorer bruges som hjælpespændingskilder, såvel som når belastningsstrømmen er lille - ikke mere end hundredvis af milliampere.

En kompenserende stabilisator bruger transistorens variable modstand som en begrænsningsmodstand. Når indgangsspændingen stiger, øges også transistorens modstand, tilsvarende falder modstanden, når spændingen falder. I dette tilfælde forbliver spændingen i belastningen uændret.

Transistorernes stabilisatorkredsløb er vist i figur 5. Princippet for regulering af udgangsspændingen URn er baseret på en ændring i ledningsevnen af ​​reguleringstransistoren VT1.

Figur 5 — Skematisk over kompenserende spændingsregulator

Et spændingssammenligningskredsløb og en DC-forstærker er samlet på transistoren VT2. Målekredsløbet R3, R4, R5 er inkluderet i dets basiskredsløb, og referencespændingskilden R1VD er inkluderet i emitterkredsløbet.

For eksempel, når indgangsspændingen stiger, vil udgangen også stige, hvilket vil føre til en stigning i spændingen i bunden af ​​transistoren VT2, samtidig med at potentialet for emitteren VT2 forbliver det samme.Dette vil føre til en stigning i basisstrømmen, og dermed kollektorstrømmen af ​​transistoren VT2 — basispotentialet for transistoren VT1 vil falde, transistoren vil lukke, og der vil opstå et større spændingsfald på den, og udgangsspændingen vil Forbliv uændret.

I dag produceres stabilisatorer i form af integrerede kredsløb. Et typisk skema til at tænde for en integreret stabilisator er vist i figur 6.

Figur 6 — Typisk skematisk til at tænde for en indbygget spændingsstabilisator

Betegnelse for udgangene på stabilisatormikrokredsløbet: «IN» — input, «OUT» — output, «GND» — fælles (tilfælde). Hvis stabilisatoren er justerbar, er der en udgang «ADJ» — justering.

Valget af stabilisator er baseret på værdien af ​​udgangsspændingen, den maksimale belastningsstrøm og variationsområdet for indgangsspændingen.