Anti-aliasing filtri i stabilizatori napona

Filtri za izglađivanje dizajnirani su za smanjenje valovitosti ispravljenog napona. Izglađivanje valovitosti ocjenjuje se faktorom izglađivanja q.

Glavni elementi filtera za izglađivanje su kondenzatori, induktori te tranzistori čiji je otpor različit za istosmjernu i izmjeničnu struju.

Ovisno o vrsti filtarskog elementa, razlikuju se kapacitivni, induktivni i elektronički filtri. Prema broju poveznica za filtriranje filtri se dijele na jednovezne i viševezne.

Kapacitivni filtar je kondenzator velikog kapaciteta koji je spojen paralelno s otpornikom opterećenja Rn. Kondenzator ima visok istosmjerni otpor i mali izmjenični otpor. Razmotrimo rad filtra na primjeru kruga poluvalnog ispravljača (slika 1, a).

Slika 1-Monofazni poluvalni ispravljač s kapacitivnim filtrom: a) krug b) vremenski dijagrami rada

Kada pozitivni poluval teče u vremenskom intervalu t0 — t1 (sl. 2.63, b), teče struja opterećenja (struja diode) i struja punjenja kondenzatora.Kondenzator se puni i u trenutku t1 napon u kondenzatoru premašuje pad napona sekundarnog namota — dioda se zatvara i u vremenskom intervalu t1 — t2 struja u trošilu se osigurava pražnjenjem kondenzatora. Che. struja u opterećenju teče stalno, što značajno smanjuje valovitost ispravljenog napona.

Što je veći kapacitet kondenzatora Cf, to je pobuda manja. To je određeno vremenom pražnjenja kondenzatora — vremenskom konstantom pražnjenja τ = SfRn. Pri τ> 10, koeficijent izglađivanja određuje se formulom q = 2π fc m Cf Rn, gdje je fc frekvencija mreže, m je broj poluperioda ispravljenog napona.

Preporuča se korištenje kapacitivnog filtra s RH otpornikom opterećenja visokog otpora pri niskim snagama opterećenja.

Induktivni filter (prigušnica) spojen je u seriju s Rn (slika 3, a). Induktivitet ima mali istosmjerni otpor i visok AC otpor. Izglađivanje valovitosti temelji se na fenomenu samoindukcije, koji u početku sprječava povećanje struje, a zatim ga podržava smanjenjem (slika 2, b).

Slika 2-Monofazni poluvalni ispravljač s induktivnim filtrom: a) krug, b) vremenski dijagrami rada

Induktivni filtri koriste se u ispravljačima srednje i velike snage, odnosno u ispravljačima koji rade s velikim strujama opterećenja.

Koeficijent izglađivanja određen je formulom: q = 2π fs m Lf / Rn

Rad kapacitivnog i induktivnog filtra temelji se na činjenici da tijekom protoka struje koju troši mreža, kondenzator i induktor pohranjuju energiju, a kada nema struje iz mreže ili se ona smanjuje, elementi daju isključivanje pohranjene energije, održavajući struju (napon) u opterećenju.

Filtri s više spojeva koriste svojstva izglađivanja kondenzatora i induktora. U ispravljačima male snage, gdje je otpor otpornika opterećenja nekoliko kOhm, umjesto prigušnice Lf, uključen je otpornik Rf, što značajno smanjuje masu i dimenzije filtra.

Slika 3 prikazuje tipove LC i RC ljestvičastih filtara.

Slika 3-Višespojni filtri: a) LC u obliku slova L, b) LC u obliku slova U, c) RC-filtar

Stabilizatori su dizajnirani za stabilizaciju konstantnog napona (struje) opterećenja tijekom fluktuacija mrežnog napona i promjena struje koju troši opterećenje.

Stabilizatori se dijele na stabilizatore napona i struje, te parametarske i kompenzacijske. Stabilnost izlaznog napona ocjenjuje se faktorom stabilizacije Kst.

Parametarski stabilizator koji se temelji na korištenju elementa s nelinearnom karakteristikom - poluvodička zener dioda. Napon zener diode je gotovo konstantan sa značajnom promjenom obrnute struje kroz uređaj.

Krug parametarskog stabilizatora prikazan je na slici 4. Ulazni napon UBX raspoređuje se između graničnog otpornika Rlim i paralelno spojene zener diode VD i otpornika opterećenja Rn.

Slika 4 — Parametarski stabilizator

Povećanjem ulaznog napona povećavat će se i struja kroz zener diodu, što znači da će se povećati struja kroz granični otpornik i na njemu će doći do većeg pada napona, a napon opterećenja će ostati nepromijenjen.

Parametarski stabilizator ima Kst reda 20-50. Nedostaci ove vrste stabilizatora su niske stabilizacijske struje i niska učinkovitost.

Parametarski stabilizatori koriste se kao pomoćni izvori napona, kao i kada je struja opterećenja mala - ne više od stotina miliampera.

Kompenzacijski stabilizator koristi promjenjivi otpor tranzistora kao ograničavajući otpornik. Kako se ulazni napon povećava, otpor tranzistora također raste, sukladno tome, kako se napon smanjuje, otpor se smanjuje. U tom slučaju napon u opterećenju ostaje nepromijenjen.

Krug stabilizatora tranzistora prikazan je na slici 5. Princip regulacije izlaznog napona URn temelji se na promjeni vodljivosti regulacijskog tranzistora VT1.

Slika 5 — Shema kompenzacijskog regulatora napona

Krug za usporedbu napona i DC pojačalo sastavljeni su na tranzistoru VT2. Mjerni krug R3, R4, R5 uključen je u njegov osnovni krug, a izvor referentnog napona R1VD uključen je u krug emitera.

Na primjer, kako se ulazni napon povećava, izlaz će također rasti, što će dovesti do povećanja napona na bazi tranzistora VT2, dok će u isto vrijeme potencijal emitera VT2 ostati isti.To će dovesti do povećanja struje baze, a time i struje kolektora tranzistora VT2 - potencijal baze tranzistora VT1 će se smanjiti, tranzistor će se zatvoriti i na njemu će doći do većeg pada napona, a izlazni napon će ostaju nepromijenjeni.

Danas se stabilizatori proizvode u obliku integriranih sklopova. Tipična shema za uključivanje integriranog stabilizatora prikazana je na slici 6.

Slika 6 — Tipična shema za uključivanje ugrađenog stabilizatora napona

Oznaka izlaza mikro kruga stabilizatora: «IN» — ulaz, «OUT» — izlaz, «GND» — zajednički (slučaj). Ako je stabilizator podesiv, tada postoji izlaz «ADJ» — podešavanje.

Odabir stabilizatora temelji se na vrijednosti izlaznog napona, maksimalnoj struji opterećenja i rasponu varijacije ulaznog napona.