Anti-aliasing filtri in napetostni stabilizatorji

Gladilni filtri so zasnovani za zmanjšanje valovanja popravljene napetosti. Glajenje valovanja se ovrednoti z gladilnim faktorjem q.

Glavni elementi gladilnih filtrov so kondenzatorji, induktorji in tranzistorji, katerih upornost je različna za enosmerni in izmenični tok.

Glede na vrsto filtrskega elementa ločimo kapacitivne, induktivne in elektronske filtre. Glede na število filtrirnih povezav delimo filtre na enopovezovalne in večpovezovalne.

Kapacitivni filter je kondenzator z veliko kapaciteto, ki je povezan vzporedno z bremenskim uporom Rn. Kondenzator ima visoko enosmerno upornost in nizko izmenično upornost. Razmislimo o delovanju filtra na primeru vezja polvalovnega usmernika (slika 1, a).

Slika 1-Enofazni polvalovni usmernik s kapacitivnim filtrom: a) vezje b) časovni diagrami delovanja

Ko pozitivni polval teče v časovnem intervalu t0 - t1 (slika 2.63, b), teče tok obremenitve (diodni tok) in tok polnjenja kondenzatorja.Kondenzator se napolni in v času t1 napetost v kondenzatorju preseže padec napetosti sekundarnega navitja - dioda se zapre in v časovnem intervalu t1 - t2 se tok v obremenitvi zagotovi s praznjenjem kondenzatorja. Che. tok v bremenu teče konstantno, kar bistveno zmanjša valovanje usmerjene napetosti.

Večja kot je kapacitivnost kondenzatorja Cf, manjše je vzbujanje. To je določeno s časom praznjenja kondenzatorja - časovno konstanto praznjenja τ = СfRн. Pri τ> 10 se gladilni koeficient določi s formulo q = 2π fc m Cf Rn, kjer je fc frekvenca omrežja, m je število polperiod usmerjene napetosti.

Pri nizkih močeh obremenitve je priporočljivo uporabiti kapacitivni filter z visokoodpornim obremenitvenim uporom RH.

Induktivni filter (dušilka) je zaporedno povezan z Rn (slika 3, a). Induktivnost ima nizek enosmerni upor in visok izmenični upor. Glajenje valovanja temelji na pojavu samoindukcije, ki sprva preprečuje povečanje toka, nato pa ga podpira z njegovim zmanjšanjem (slika 2, b).

Slika 2-Enofazni polvalovni usmernik z induktivnim filtrom: a) vezje, b) časovni diagrami delovanja

Induktivni filtri se uporabljajo v usmernikih srednje in velike moči, to je v usmernikih, ki delujejo z velikimi obremenitvenimi tokovi.

Koeficient glajenja je določen s formulo: q = 2π fs m Lf / Rn

Delovanje kapacitivnega in induktivnega filtra temelji na dejstvu, da med pretokom toka, ki ga porabi omrežje, kondenzator in induktor hranita energijo, in ko toka iz omrežja ni ali pa se zmanjša, elementi dajejo izklop shranjene energije, ohranjanje toka (napetosti) v bremenu.

Multi-junkcijski filtri uporabljajo gladilne lastnosti tako kondenzatorjev kot induktorjev. V usmernikih nizke moči, kjer je upor bremenskega upora več kOhm, je namesto dušilke Lf vključen upor Rf, kar bistveno zmanjša maso in dimenzije filtra.

Slika 3 prikazuje vrste lestvičastih filtrov LC in RC.

Slika 3-Večstični filtri: a) LC v obliki črke L, b) LC v obliki črke U, c) RC-filter

Stabilizatorji so zasnovani za stabilizacijo konstantne napetosti (toka) bremena med nihanji omrežne napetosti in spremembami toka, ki ga porabi breme.

Stabilizatorje delimo na napetostne in tokovne, pa tudi na parametrične in kompenzacijske. Stabilnost izhodne napetosti se ocenjuje s stabilizacijskim faktorjem Kst.

Parametrični stabilizator, ki temelji na uporabi elementa z nelinearno karakteristiko - polprevodniške zener diode Napetost zener diode je skoraj konstantna s pomembno spremembo povratnega toka skozi napravo.

Vezje parametričnega stabilizatorja je prikazano na sliki 4. Vhodna napetost UBX se porazdeli med omejevalni upor Rlim in vzporedno vezano zener diodo VD ter bremenski upor Rn.

Slika 4 — Parametrični stabilizator

Z naraščanjem vhodne napetosti se bo povečal tok skozi zener diodo, kar pomeni, da se bo povečal tok skozi omejevalni upor in bo na njem prišlo do večjega padca napetosti, bremenska napetost pa bo ostala nespremenjena.

Parametrični stabilizator ima Kst reda 20-50. Slabosti te vrste stabilizatorjev so nizki stabilizacijski tokovi in ​​nizka učinkovitost.

Parametrični stabilizatorji se uporabljajo kot pomožni viri napetosti, pa tudi, ko je obremenitveni tok majhen - ne več kot stotine miliamperov.

Kompenzacijski stabilizator uporablja spremenljivo upornost tranzistorja kot omejevalni upor. Ko se vhodna napetost poveča, se poveča tudi upornost tranzistorja, ustrezno, ko se napetost zmanjša, se upor zmanjša. V tem primeru napetost v bremenu ostane nespremenjena.

Stabilizatorsko vezje tranzistorjev je prikazano na sliki 5. Načelo regulacije izhodne napetosti URn temelji na spremembi prevodnosti regulacijskega tranzistorja VT1.

Slika 5 - Shema kompenzacijskega regulatorja napetosti

Na tranzistorju VT2 sta sestavljena vezje za primerjavo napetosti in ojačevalnik enosmernega toka. Merilno vezje R3, R4, R5 je vključeno v njegov osnovni tokokrog, vir referenčne napetosti R1VD pa je vključen v emitersko vezje.

Na primer, ko se vhodna napetost poveča, se bo povečala tudi izhodna, kar bo povzročilo povečanje napetosti na bazi tranzistorja VT2, hkrati pa bo potencial oddajnika VT2 ostal enak.To bo povzročilo povečanje baznega toka in s tem kolektorskega toka tranzistorja VT2 - bazni potencial tranzistorja VT1 se bo zmanjšal, tranzistor se bo zaprl in na njem bo prišlo do večjega padca napetosti, izhodna napetost pa bo ostani nespremenjen.

Danes se stabilizatorji proizvajajo v obliki integriranih vezij. Tipična shema za vklop integriranega stabilizatorja je prikazana na sliki 6.

Slika 6 — Tipična shema za vklop vgrajenega napetostnega stabilizatorja

Oznaka izhodov stabilizatorskega mikrovezja: «IN» — vhod, «OUT» — izhod, «GND» — skupni (primer). Če je stabilizator nastavljiv, potem obstaja izhod «ADJ» — nastavitev.

Izbira stabilizatorja temelji na vrednosti izhodne napetosti, največjem toku obremenitve in razponu variacije vhodne napetosti.