Φίλτρα κατά της παραμόρφωσης και σταθεροποιητές τάσης

Τα φίλτρα εξομάλυνσης έχουν σχεδιαστεί για να μειώνουν τον ανορθωμένο κυματισμό τάσης. Η εξομάλυνση κυματισμού αξιολογείται από τον παράγοντα εξομάλυνσης q.

Τα κύρια στοιχεία των φίλτρων εξομάλυνσης είναι οι πυκνωτές, επαγωγείς και τρανζίστορ των οποίων η αντίσταση είναι διαφορετική για συνεχή και εναλλασσόμενα ρεύματα.

Ανάλογα με τον τύπο του στοιχείου φίλτρου, γίνεται διάκριση μεταξύ χωρητικών, επαγωγικών και ηλεκτρονικών φίλτρων. Ανάλογα με τον αριθμό των συνδέσμων φιλτραρίσματος, τα φίλτρα χωρίζονται σε μονής σύνδεσης και πολλαπλών συνδέσμων.

Ένα χωρητικό φίλτρο είναι ένας πυκνωτής μεγάλης χωρητικότητας που συνδέεται παράλληλα με την αντίσταση φορτίου Rn. Ένας πυκνωτής έχει υψηλή αντίσταση DC και χαμηλή αντίσταση AC. Ας εξετάσουμε τη λειτουργία του φίλτρου στο παράδειγμα ενός κυκλώματος ανορθωτή μισού κύματος (Εικ. 1, α).

Εικόνα 1-Μονοφασικός ανορθωτής ημικυμάτων με χωρητικό φίλτρο: α) κύκλωμα β) διαγράμματα χρονισμού λειτουργίας

Όταν ένα θετικό μισό κύμα ρέει στο χρονικό διάστημα t0 — t1 (Εικ. 2.63, β), το ρεύμα φορτίου (ρεύμα διόδου) και το ρεύμα φόρτισης του πυκνωτή ρέουν.Ο πυκνωτής φορτίζεται και τη στιγμή t1 η τάση στον πυκνωτή υπερβαίνει την πτώση τάσης της δευτερεύουσας περιέλιξης — η δίοδος κλείνει και στο χρονικό διάστημα t1 — t2 το ρεύμα στο φορτίο παρέχεται από την εκφόρτιση του πυκνωτή. Τσε. το ρεύμα στο φορτίο ρέει συνεχώς, γεγονός που μειώνει σημαντικά τον κυματισμό της ανορθωμένης τάσης.

Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή Cf, τόσο μικρότερη είναι η διέγερση. Αυτό καθορίζεται από τον χρόνο εκφόρτισης του πυκνωτή — τη σταθερά χρόνου εκφόρτισης τ = СfRн. Στο τ> 10, ο συντελεστής εξομάλυνσης προσδιορίζεται από τον τύπο q = 2π fc m Cf Rn, όπου fc είναι η συχνότητα του δικτύου, m είναι ο αριθμός των μισών περιόδων της ανορθωμένης τάσης.

Συνιστάται η χρήση χωρητικού φίλτρου με αντίσταση φορτίου RH υψηλής αντίστασης σε ισχύ χαμηλού φορτίου.

Επαγωγικό φίλτρο (τσοκ) συνδέεται σε σειρά με το Rn (Εικ. 3, α). Η επαγωγή έχει χαμηλή αντίσταση DC και υψηλή αντίσταση AC. Η εξομάλυνση κυματισμού βασίζεται στο φαινόμενο της αυτοεπαγωγής, το οποίο αρχικά εμποδίζει την αύξηση του ρεύματος και στη συνέχεια το υποστηρίζει με τη μείωσή του (Εικ. 2, β).

Σχήμα 2-Μονοφασικός ανορθωτής ημικυμάτων με επαγωγικό φίλτρο: α) κύκλωμα, β) διαγράμματα χρονισμού λειτουργίας

Τα επαγωγικά φίλτρα χρησιμοποιούνται σε ανορθωτές μέσης και υψηλής ισχύος, δηλαδή σε ανορθωτές που λειτουργούν με μεγάλα ρεύματα φορτίου.

Ο συντελεστής εξομάλυνσης καθορίζεται από τον τύπο: q = 2π fs m Lf / Rn

Η λειτουργία του χωρητικού και επαγωγικού φίλτρου βασίζεται στο γεγονός ότι κατά τη ροή του ρεύματος που καταναλώνεται από το δίκτυο, ο πυκνωτής και το πηνίο αποθηκεύουν ενέργεια και όταν δεν υπάρχει ρεύμα από το δίκτυο ή μειώνεται, τα στοιχεία δίνουν διακοπή της αποθηκευμένης ενέργειας, διατηρώντας το ρεύμα (την τάση ) στο φορτίο.

Τα φίλτρα πολλαπλών συνδέσμων χρησιμοποιούν τις ιδιότητες εξομάλυνσης τόσο των πυκνωτών όσο και των επαγωγέων. Σε ανορθωτές χαμηλής ισχύος, όπου η αντίσταση της αντίστασης φορτίου είναι αρκετά kOhm, αντί για το τσοκ Lf περιλαμβάνεται η αντίσταση Rf, η οποία μειώνει σημαντικά τη μάζα και τις διαστάσεις του φίλτρου.

Το σχήμα 3 δείχνει τους τύπους φίλτρων σκάλας LC και RC.

Εικόνα 3-Φίλτρα πολλαπλών συνδέσεων: α) LC σε σχήμα L, β) LC σε σχήμα U, γ) φίλτρο RC

Οι σταθεροποιητές έχουν σχεδιαστεί για να σταθεροποιούν μια σταθερή τάση (ρεύμα) του φορτίου κατά τις διακυμάνσεις της τάσης του δικτύου και τις αλλαγές στο ρεύμα που καταναλώνεται από το φορτίο.

Οι σταθεροποιητές χωρίζονται σε σταθεροποιητές τάσης και ρεύματος, καθώς και σε παραμετρικούς και αντιστάθμισης. Η σταθερότητα της τάσης εξόδου αξιολογείται από τον συντελεστή σταθεροποίησης Kst.

Παραμετρικός σταθεροποιητής που βασίζεται στη χρήση ενός στοιχείου με μη γραμμικό χαρακτηριστικό - ημιαγωγική δίοδο zener Η τάση της διόδου zener είναι σχεδόν σταθερή με σημαντική αλλαγή στο αντίστροφο ρεύμα μέσω της συσκευής.

Το κύκλωμα παραμετρικού σταθεροποιητή φαίνεται στο Σχήμα 4. Η τάση εισόδου UBX κατανέμεται μεταξύ της περιοριστικής αντίστασης Rlim και της παράλληλης συνδεδεμένης διόδου zener VD και της αντίστασης φορτίου Rn.

Εικόνα 4 — Παραμετρικός σταθεροποιητής

Καθώς αυξάνεται η τάση εισόδου, το ρεύμα μέσω της διόδου zener θα αυξηθεί, πράγμα που σημαίνει ότι το ρεύμα μέσω της περιοριστικής αντίστασης θα αυξηθεί και θα συμβεί μεγαλύτερη πτώση τάσης σε αυτήν και η τάση φορτίου θα παραμείνει αμετάβλητη.

Ο παραμετρικός σταθεροποιητής έχει Kst της τάξης του 20-50. Τα μειονεκτήματα αυτού του τύπου σταθεροποιητών είναι τα χαμηλά ρεύματα σταθεροποίησης και η χαμηλή απόδοση.

Οι παραμετρικοί σταθεροποιητές χρησιμοποιούνται ως βοηθητικές πηγές τάσης, καθώς και όταν το ρεύμα φορτίου είναι μικρό - όχι περισσότερο από εκατοντάδες milliamps.

Ένας σταθεροποιητής αντιστάθμισης χρησιμοποιεί τη μεταβλητή αντίσταση του τρανζίστορ ως περιοριστική αντίσταση. Καθώς αυξάνεται η τάση εισόδου, αυξάνεται και η αντίσταση του τρανζίστορ, αντίστοιχα, καθώς μειώνεται η τάση, μειώνεται και η αντίσταση. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση στο φορτίο παραμένει αμετάβλητη.

Το κύκλωμα σταθεροποιητή των τρανζίστορ φαίνεται στο Σχήμα 5. Η αρχή ρύθμισης της τάσης εξόδου URn βασίζεται σε μια αλλαγή στην αγωγιμότητα του τρανζίστορ ρύθμισης VT1.

Σχήμα 5 — Σχηματικό ρυθμιστή αντισταθμιστικής τάσης

Ένα κύκλωμα σύγκρισης τάσης και ένας ενισχυτής DC συναρμολογούνται στο τρανζίστορ VT2. Το κύκλωμα μέτρησης R3, R4, R5 περιλαμβάνεται στο κύκλωμα βάσης του και η πηγή τάσης αναφοράς R1VD περιλαμβάνεται στο κύκλωμα εκπομπού.

Για παράδειγμα, όσο αυξάνεται η τάση εισόδου, θα αυξάνεται και η έξοδος, γεγονός που θα οδηγήσει σε αύξηση της τάσης στη βάση του τρανζίστορ VT2, ενώ ταυτόχρονα το δυναμικό του πομπού VT2 θα παραμείνει το ίδιο.Αυτό θα οδηγήσει σε αύξηση του ρεύματος βάσης και ως εκ τούτου το ρεύμα συλλέκτη του τρανζίστορ VT2 — το δυναμικό βάσης του τρανζίστορ VT1 θα μειωθεί, το τρανζίστορ θα κλείσει και θα συμβεί μεγαλύτερη πτώση τάσης σε αυτό και η τάση εξόδου θα παραμένει αμετάβλητο.

Σήμερα, οι σταθεροποιητές παράγονται με τη μορφή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Ένα τυπικό σχέδιο για την ενεργοποίηση ενός ενσωματωμένου σταθεροποιητή φαίνεται στο Σχήμα 6.

Εικόνα 6 — Τυπικό σχηματικό για την ενεργοποίηση ενός ενσωματωμένου σταθεροποιητή τάσης

Ονομασία των εξόδων του μικροκυκλώματος σταθεροποιητή: «IN» — είσοδος, «OUT» — έξοδος, «GND» — κοινή (περίπτωση). Εάν ο σταθεροποιητής είναι ρυθμιζόμενος, τότε υπάρχει μια έξοδος «ADJ» — ρύθμιση.

Η επιλογή του σταθεροποιητή βασίζεται στην τιμή της τάσης εξόδου, στο μέγιστο ρεύμα φορτίου και στο εύρος διακύμανσης της τάσης εισόδου.