Filtre anti-aliasing și stabilizatori de tensiune

Filtrele de netezire sunt concepute pentru a reduce ondulația de tensiune redresată. Netezirea ondulației este evaluată prin factorul de netezire q.

Elementele principale ale filtrelor de netezire sunt condensatoarele, inductori și tranzistoare a căror rezistență este diferită pentru curenții continui și alternativi.

În funcție de tipul elementului filtrant, se face distincția între filtre capacitive, inductive și electronice. În funcție de numărul de link-uri de filtrare, filtrele sunt împărțite în single-link și multi-link.

Un filtru capacitiv este un condensator cu o capacitate mare care este conectat în paralel cu rezistența de sarcină Rn. Un condensator are o rezistență DC mare și o rezistență AC scăzută. Să luăm în considerare funcționarea filtrului pe exemplul unui circuit redresor cu jumătate de undă (Fig. 1, a).

Figura 1- Redresor monofazat semiundă cu filtru capacitiv: a) circuit b) diagrame de timp de funcționare

Când o semiundă pozitivă curge în intervalul de timp t0 — t1 (Fig. 2.63, b), curge curentul de sarcină (curent de diodă) și curentul de încărcare a condensatorului.Condensatorul este încărcat și la momentul t1 tensiunea din condensator depășește căderea de tensiune a înfășurării secundare — dioda se închide și în intervalul de timp t1 — t2 curentul din sarcină este furnizat de descărcarea condensatorului. Che. curentul din sarcină curge constant, ceea ce reduce semnificativ ondulația tensiunii redresate.

Cu cât capacitatea condensatorului Cf este mai mare, cu atât excitația este mai mică. Aceasta este determinată de timpul de descărcare al condensatorului — constanta de timp de descărcare τ = СfRн. La τ> 10, coeficientul de netezire este determinat de formula q = 2π fc m Cf Rn, unde fc este frecvența rețelei, m este numărul de semiperioade ale tensiunii redresate.

Se recomandă utilizarea unui filtru capacitiv cu o rezistență ridicată de sarcină RH la puteri de sarcină scăzute.

Filtru inductiv (choke) este conectat în serie cu Rn (Fig. 3, a). Inductanța are rezistență DC scăzută și rezistență AC ridicată. Netezirea ondulației se bazează pe fenomenul de autoinducție, care împiedică inițial creșterea curentului, apoi îl susține cu scăderea lui (Fig. 2, b).

Figura 2- Redresor monofazat semiundă cu filtru inductiv: a) circuit, b) diagrame de timp de funcționare

Filtrele inductive sunt utilizate în redresoare de putere medie și mare, adică în redresoare care funcționează cu curenți mari de sarcină.

Coeficientul de netezire este determinat de formula: q = 2π fs m Lf / Rn

Funcționarea filtrului capacitiv și inductiv se bazează pe faptul că în timpul curgerii curentului consumat de rețea, condensatorul și inductorul stochează energie, iar atunci când nu există curent din rețea, sau acesta scade, elementele dau o oprire a energiei stocate, menținând curentul (tensiunea) în sarcină.

Filtrele cu mai multe joncțiuni folosesc proprietățile de netezire atât ale condensatoarelor, cât și ale inductorilor. În redresoarele de putere redusă, unde rezistența rezistorului de sarcină este de câțiva kOhm, în loc de șocul Lf este inclus rezistorul Rf, ceea ce reduce semnificativ masa și dimensiunile filtrului.

Figura 3 prezintă tipurile de filtre ladder LC și RC.

Figura 3-Filtre cu mai multe joncțiuni: a) LC în formă de L, b) LC în formă de U, c) filtru RC

Stabilizatoarele sunt proiectate pentru a stabiliza o tensiune constantă (curent) a sarcinii în timpul fluctuațiilor tensiunii de la rețea și al modificărilor curentului consumat de sarcină.

Stabilizatorii sunt împărțiți în stabilizatori de tensiune și curent, precum și parametrii și de compensare. Stabilitatea tensiunii de ieșire este evaluată prin factorul de stabilizare Kst.

Stabilizator parametric bazat pe utilizarea unui element cu o caracteristică neliniară - o diodă zener semiconductoare Tensiunea diodei zener este aproape constantă cu o schimbare semnificativă a curentului invers prin dispozitiv.

Circuitul stabilizator parametric este prezentat în Figura 4. Tensiunea de intrare UBX este distribuită între rezistența de limitare Rlim și dioda zener conectată în paralel VD și rezistența de sarcină Rn.

Figura 4 — Stabilizator parametric

Pe măsură ce tensiunea de intrare crește, curentul prin dioda zener va crește, ceea ce înseamnă că curentul prin rezistorul de limitare va crește și va avea loc o cădere mai mare de tensiune pe acesta, iar tensiunea de sarcină va rămâne neschimbată.

Stabilizatorul parametric are un Kst de ordinul 20-50. Dezavantajele acestui tip de stabilizatori sunt curenții mici de stabilizare și eficiența scăzută.

Stabilizatorii parametrici sunt utilizați ca surse auxiliare de tensiune, precum și atunci când curentul de sarcină este mic - nu mai mult de sute de miliamperi.

Un stabilizator de compensare folosește rezistența variabilă a tranzistorului ca rezistor de limitare. Pe măsură ce tensiunea de intrare crește, crește și rezistența tranzistorului, în mod corespunzător, pe măsură ce tensiunea scade, rezistența scade. În acest caz, tensiunea din sarcină rămâne neschimbată.

Circuitul stabilizator al tranzistoarelor este prezentat în Figura 5. Principiul de reglare a tensiunii de ieșire URn se bazează pe o modificare a conductivității tranzistorului de reglare VT1.

Figura 5 — Schema regulatorului de tensiune de compensare

Un circuit de comparare a tensiunii și un amplificator de curent continuu sunt asamblate pe tranzistorul VT2. Circuitul de măsurare R3, R4, R5 este inclus în circuitul său de bază, iar sursa de tensiune de referință R1VD este inclusă în circuitul emițător.

De exemplu, pe măsură ce tensiunea de intrare crește, și ieșirea va crește, ceea ce va duce la o creștere a tensiunii la baza tranzistorului VT2, în timp ce, în același timp, potențialul emițătorului VT2 va rămâne același.Acest lucru va duce la o creștere a curentului de bază și, prin urmare, curentul de colector al tranzistorului VT2 - potențialul de bază al tranzistorului VT1 va scădea, tranzistorul se va închide și va avea loc o cădere mai mare de tensiune pe acesta, iar tensiunea de ieșire va avea loc. ramane neschimbat.

Astăzi, stabilizatorii sunt produși sub formă de circuite integrate. O schemă tipică pentru pornirea unui stabilizator integrat este prezentată în Figura 6.

Figura 6 — Schemă tipică pentru pornirea unui stabilizator de tensiune încorporat

Desemnarea ieșirilor microcircuitului stabilizator: «IN» — intrare, «OUT» — ieșire, «GND» — comun (caz). Dacă stabilizatorul este reglabil, atunci există o ieșire «ADJ» - reglare.

Selectarea stabilizatorului se bazează pe valoarea tensiunii de ieșire, curentul maxim de sarcină și intervalul de variație a tensiunii de intrare.