Filtres antialiasing i estabilitzadors de tensió

Els filtres suavitzants estan dissenyats per reduir la ondulació de tensió rectificada. El suavitzat de la ondulació s'avalua pel factor de suavització q.

Els elements principals dels filtres de suavització són els condensadors, inductors i transistors la resistència dels quals és diferent per als corrents continus i alterns.

Segons el tipus d'element filtrant, es distingeix entre filtres capacitius, inductius i electrònics. Segons el nombre d'enllaços de filtratge, els filtres es divideixen en enllaços únics i enllaços múltiples.

Un filtre capacitiu és un condensador de gran capacitat que es connecta en paral·lel amb la resistència de càrrega Rn. Un condensador té una alta resistència DC i una baixa resistència AC. Considerem el funcionament del filtre en l'exemple d'un circuit rectificador de mitja ona (Fig. 1, a).

Figura 1-Rectificador de mitja ona monofàsic amb filtre capacitiu: a) circuit b) diagrames de temps de funcionament

Quan flueix una mitja ona positiva en l'interval de temps t0 — t1 (Fig. 2.63, b), el corrent de càrrega (corrent del díode) i el corrent de càrrega del condensador flueixen.El condensador es carrega i en el temps t1 la tensió del condensador supera la caiguda de tensió del bobinatge secundari: el díode es tanca i en l'interval de temps t1 - t2 el corrent a la càrrega és proporcionat per la descàrrega del condensador. Che. el corrent a la càrrega flueix constantment, la qual cosa redueix significativament l'ondulació de la tensió rectificada.

Com més gran sigui la capacitat del condensador Cf, menor serà l'excitació. Això ve determinat pel temps de descàrrega del condensador: la constant de temps de descàrrega τ = СfRн. A τ> 10, el coeficient de suavització ve determinat per la fórmula q = 2π fc m Cf Rn, on fc és la freqüència de la xarxa, m és el nombre de semiperíodes de la tensió rectificada.

Es recomana utilitzar un filtre capacitiu amb una resistència de càrrega RH d'alta resistència a baixes potències de càrrega.

Filtre inductiu (asfixia) està connectat en sèrie amb Rn (Fig. 3, a). La inductància té una baixa resistència de CC i una alta resistència de CA. El suavitzat de l'ondulatge es basa en el fenomen de l'autoinducció, que inicialment impedeix que el corrent augmenti, i després el suporta amb la seva disminució (Fig. 2, b).

Figura 2-Rectificador de mitja ona monofàsic amb filtre inductiu: a) circuit, b) diagrames de temps de funcionament

Els filtres inductius s'utilitzen en rectificadors de potència mitjana i alta, és a dir, en rectificadors que funcionen amb corrents de càrrega grans.

El coeficient de suavització ve determinat per la fórmula: q = 2π fs m Lf / Rn

El funcionament del filtre capacitiu i inductiu es basa en el fet que durant el flux del corrent consumit per la xarxa, el condensador i l'inductor emmagatzemen energia, i quan no hi ha corrent de la xarxa, o disminueix, els elements donen una parada de l'energia emmagatzemada, mantenint el corrent (la tensió) a la càrrega.

Els filtres multiunió utilitzen les propietats de suavització tant dels condensadors com dels inductors. En els rectificadors de baixa potència, on la resistència de la resistència de càrrega és de diversos kOhm, en comptes de l'asfixia Lf, s'inclou la resistència Rf, que redueix significativament la massa i les dimensions del filtre.

La figura 3 mostra els tipus de filtres d'escala LC i RC.

Figura 3-Filtres multi-unió: a) LC en forma de L, b) LC en forma d'U, c) Filtre RC

Els estabilitzadors estan dissenyats per estabilitzar una tensió constant (corrent) de la càrrega durant les fluctuacions de la tensió de la xarxa i els canvis en el corrent consumit per la càrrega.

Els estabilitzadors es divideixen en estabilitzadors de tensió i corrent, així com paramètrics i de compensació. L'estabilitat de la tensió de sortida s'avalua pel factor d'estabilització Kst.

Estabilitzador paramètric basat en l'ús d'un element amb una característica no lineal: un díode zener semiconductor.La tensió del díode zener és gairebé constant amb un canvi significatiu en el corrent invers a través del dispositiu.

El circuit estabilitzador paramètric es mostra a la figura 4. La tensió d'entrada UBX es distribueix entre la resistència limitadora Rlim i el díode zener connectat en paral·lel VD i la resistència de càrrega Rn.

Figura 4 — Estabilitzador paramètric

A mesura que augmenta la tensió d'entrada, augmentarà el corrent a través del díode zener, la qual cosa significa que augmentarà el corrent a través de la resistència limitadora i es produirà una caiguda de tensió més gran a través d'ella, i la tensió de càrrega es mantindrà sense canvis.

L'estabilitzador paramètric té un Kst de l'ordre de 20-50. Els inconvenients d'aquest tipus d'estabilitzadors són els baixos corrents d'estabilització i la baixa eficiència.

Els estabilitzadors paramètrics s'utilitzen com a fonts de tensió auxiliars, així com quan el corrent de càrrega és petit, no més de centenars de mil·liampers.

Un estabilitzador compensador utilitza la resistència variable del transistor com a resistència limitadora. A mesura que augmenta la tensió d'entrada, la resistència del transistor també augmenta, en conseqüència, a mesura que disminueix la tensió, la resistència disminueix. En aquest cas, la tensió de la càrrega es manté inalterada.

El circuit estabilitzador dels transistors es mostra a la figura 5. El principi de regulació de la tensió de sortida URn es basa en un canvi en la conductivitat del transistor de regulació VT1.

Figura 5 — Esquema del regulador de tensió compensador

Al transistor VT2 es munten un circuit de comparació de tensió i un amplificador de corrent continu. El circuit de mesura R3, R4, R5 s'inclou al seu circuit base i la font de tensió de referència R1VD s'inclou al circuit emissor.

Per exemple, a mesura que augmenta la tensió d'entrada, també augmentarà la sortida, la qual cosa comportarà un augment de la tensió a la base del transistor VT2, mentre que al mateix temps el potencial de l'emissor VT2 es mantindrà igual.Això comportarà un augment del corrent de base i, per tant, el corrent del col·lector del transistor VT2: el potencial de base del transistor VT1 disminuirà, el transistor es tancarà i es produirà una caiguda de tensió més gran i la tensió de sortida es produirà. romandre sense canvis.

Avui dia, els estabilitzadors es produeixen en forma de circuits integrats. A la figura 6 es mostra un esquema típic per encendre un estabilitzador integrat.

Figura 6 — Esquema típic per encendre un estabilitzador de tensió integrat

Designació de les sortides del microcircuit estabilitzador: «IN» — entrada, «OUT» — sortida, «GND» — comú (cas). Si l'estabilitzador és ajustable, hi ha una sortida "ADJ" - ajust.

La selecció de l'estabilitzador es basa en el valor de la tensió de sortida, el corrent de càrrega màxima i el rang de variació de la tensió d'entrada.