Anti-aliasing filters en spanningsstabilisatoren

Afvlakkingsfilters zijn ontworpen om gelijkgerichte spanningsrimpels te verminderen. Ripple smoothing wordt geëvalueerd door de smoothing factor q.

De belangrijkste elementen van afvlakfilters zijn condensatoren, inductoren en transistoren waarvan de weerstand voor gelijkstroom en wisselstroom verschillend is.

Afhankelijk van het type filterelement wordt onderscheid gemaakt tussen capacitieve, inductieve en elektronische filters. Volgens het aantal filterlinks zijn filters onderverdeeld in single-link en multi-link.

Een capacitief filter is een condensator met een grote capaciteit die parallel is geschakeld aan de belastingsweerstand Rn. Een condensator heeft een hoge DC-weerstand en een lage AC-weerstand. Laten we eens kijken naar de werking van het filter op het voorbeeld van een enkelfasige gelijkrichterschakeling (Fig. 1, a).

Figuur 1-Eenfasige halfgolfgelijkrichter met capacitief filter: a) circuit b) timingdiagrammen van werking

Wanneer een positieve halve golf stroomt in het tijdsinterval t0 - t1 (Fig. 2.63, b), de laadstroom (diodestroom) en de condensatorlaadstroom vloeien.De condensator wordt opgeladen en op tijdstip t1 overschrijdt de spanning in de condensator de spanningsval van de secundaire wikkeling - de diode sluit en in het tijdsinterval t1 - t2 wordt de stroom in de belasting geleverd door de ontlading van de condensator. Che. de stroom in de belasting stroomt constant, wat de rimpel van de gelijkgerichte spanning aanzienlijk vermindert.

Hoe groter de capaciteit van de condensator Cf, hoe kleiner de excitatie. Dit wordt bepaald door de ontlaadtijd van de condensator - de ontlaadtijdconstante τ = СfRн. Bij τ> 10 wordt de afvlakcoëfficiënt bepaald door de formule q = 2π fc m Cf Rn, waarbij fc de frequentie van het netwerk is, m het aantal halve perioden van de gelijkgerichte spanning.

Het wordt aanbevolen om een ​​capacitief filter te gebruiken met een RV-belastingsweerstand met hoge weerstand bij lage belastingsvermogens.

Inductief filter (smoorspoel) is in serie geschakeld met Rn (fig. 3, a). Inductantie heeft een lage DC-weerstand en een hoge AC-weerstand. Ripple smoothing is gebaseerd op het fenomeen van zelfinductie, dat aanvankelijk verhindert dat de stroom toeneemt en deze vervolgens ondersteunt met zijn afname (Fig. 2, b).

Figuur 2-Eenfasige halfgolfgelijkrichter met inductief filter: a) circuit, b) timingdiagrammen van werking

Inductieve filters worden gebruikt in gelijkrichters van gemiddeld en hoog vermogen, dat wil zeggen in gelijkrichters die werken met grote belastingsstromen.

De afvlakcoëfficiënt wordt bepaald door de formule: q = 2π fs m Lf / Rn

De werking van het capacitieve en inductieve filter is gebaseerd op het feit dat tijdens het stromen van de stroom die door het netwerk wordt verbruikt, de condensator en de inductor energie opslaan, en wanneer er geen stroom uit het netwerk komt of afneemt, geven de elementen een uitschakeling van de opgeslagen energie, waarbij de stroom (de spanning) in de belasting behouden blijft.

Multi-junction-filters maken gebruik van de afvlakkingseigenschappen van zowel condensatoren als inductoren. In gelijkrichters met laag vermogen, waar de weerstand van de belastingsweerstand enkele kOhm is, is in plaats van de smoorspoel Lf de weerstand Rf opgenomen, wat de massa en afmetingen van het filter aanzienlijk vermindert.

Figuur 3 toont de typen LC- en RC-ladderfilters.

Figuur 3-Multi-junction filters: a) L-vormige LC, b) U-vormige LC, c) RC-filter

Stabilisatoren zijn ontworpen om een ​​constante spanning (stroom) van de belasting te stabiliseren tijdens schommelingen in de netspanning en veranderingen in de stroom die door de belasting wordt verbruikt.

Stabilisatoren zijn onderverdeeld in spannings- en stroomstabilisatoren, evenals parametrische en compensatiestabilisatoren. De stabiliteit van de uitgangsspanning wordt bepaald door de stabilisatiefactor Kst.

Parametrische stabilisator gebaseerd op het gebruik van een element met een niet-lineair kenmerk - een halfgeleider zenerdiode.De spanning van de zenerdiode is bijna constant met een significante verandering in de tegenstroom door het apparaat.

De parametrische stabilisatorschakeling is weergegeven in figuur 4. De ingangsspanning UBX wordt verdeeld tussen de begrenzingsweerstand Rlim en de parallel geschakelde zenerdiode VD en de belastingsweerstand Rn.

Figuur 4 — Parametrische stabilisator

Naarmate de ingangsspanning toeneemt, zal de stroom door de zenerdiode toenemen, wat betekent dat de stroom door de begrenzingsweerstand zal toenemen en er een grotere spanningsval over zal optreden, en de belastingsspanning zal ongewijzigd blijven.

De parametrische stabilisator heeft een Kst in de orde van 20-50. De nadelen van dit type stabilisatoren zijn lage stabilisatiestromen en laag rendement.

Parametrische stabilisatoren worden gebruikt als hulpspanningsbronnen, evenals wanneer de belastingsstroom klein is - niet meer dan honderden milliampère.

Een compenserende stabilisator gebruikt de variabele weerstand van de transistor als beperkende weerstand. Naarmate de ingangsspanning toeneemt, neemt ook de weerstand van de transistor toe, dienovereenkomstig neemt de weerstand af naarmate de spanning afneemt. In dit geval blijft de spanning in de belasting ongewijzigd.

Het stabilisatiecircuit van de transistoren wordt getoond in figuur 5. Het principe van regeling van de uitgangsspanning URn is gebaseerd op een verandering in de geleidbaarheid van de regeltransistor VT1.

Figuur 5 — Schema van compenserende spanningsregelaar

Op de transistor VT2 zijn een spanningsvergelijkingscircuit en een DC-versterker gemonteerd. Het meetcircuit R3, R4, R5 is opgenomen in zijn basiscircuit en de referentiespanningsbron R1VD is opgenomen in het emittercircuit.

Naarmate bijvoorbeeld de ingangsspanning toeneemt, zal de uitgang ook toenemen, wat leidt tot een toename van de spanning aan de basis van de transistor VT2, terwijl tegelijkertijd de potentiaal van de emitter VT2 gelijk blijft.Dit zal leiden tot een toename van de basisstroom, en dus de collectorstroom van de transistor VT2 - de basispotentiaal van de transistor VT1 zal afnemen, de transistor zal sluiten en er zal een grotere spanningsval op optreden, en de uitgangsspanning zal blijft onveranderd.

Tegenwoordig worden stabilisatoren geproduceerd in de vorm van geïntegreerde schakelingen. Een typisch schema voor het inschakelen van een geïntegreerde stabilisator wordt getoond in figuur 6.

Figuur 6 — Typisch schema voor het inschakelen van een ingebouwde spanningsstabilisator

Benaming van de uitgangen van de stabilisatormicroschakeling: «IN» — ingang, «OUT» — uitgang, «GND» — gemeenschappelijk (geval). Als de stabilisator verstelbaar is, is er een uitgang «ADJ» - aanpassing.

De selectie van de stabilisator is gebaseerd op de waarde van de uitgangsspanning, de maximale belastingsstroom en het variatiebereik van de ingangsspanning.