Вопрос 37. Сглаживающие фильтры

С.Ф. необходимы для снижения уровня пульсации.Для их построения используют емкости и индуктивности.

а )индуктивный с.ф. в сочетании с низкой нагрузкой.б)емкостной с.ф. в сочетании с высовкой нагрузкой в)комбинированный с.ф. для повышения качества фильтра.

Количественной оценкой качества сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания S, определяемый отношением коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра: ,

где U_m.п.н – амплитудное значение первой гармоники пульсаций в нагрузке (на выходе фильтра), U_0.н – среднее напряжение в нагрузке.

Рассмотрим принцип работы простейшего емкостного фильтра, сглаживающего пульсации однополупериодного выпрямителя (рис. 27.9, а).

Собственно выпрямитель (диод D и сопротивление R_H) формирует пульсации напряжения с периодом Т_п и амплитудным значением U_m (пунктир на рис. 27.9, б). При включении емкостного фильтра форма выходного напряжения изменяется (сплошная линия на графике рис. 27.9, б). Рассмотрим процесс формирования напряжения на выходе фильтра подробнее.

С опротивление емкости переменному току значительно меньше сопротивления нагрузки , потому прямой ток диода на интервале пульсации протекает через конденсатор С_ф, заряжая его до напряжения, близкого к U_m. При уменьшении напряжения пульсации диод закрывается. Его сопротивление становится значительно больше R_H. Поэтому емкость С_ф начинает разряжаться через R_H, а напряжение на ее обкладках уменьшается по экспоненциальному закону: ,

Основные параметры:1. - постоянная фильтра2.Выходное напряжение: .3.Среднее значение напряжения на выходе фильтра (на нагрузке) определим как разность т.е. .

4.Коэффициент пульсации: .

5.Коэффициент сглаживания : .

Легко видеть, что подбором С_ф и R_н можно обеспечить требуемое значение коэффициента пульсаций, а значит, и необходимое качество выпрямленного напряжения.

Вопрос 38. Стабилизаторы напряжения

Сглаживающие фильтры позволяют существенно уменьшить уровень пульсаций, но не исключают их полностью. Исключить пульсации позволяют стабилизаторы напряжения.

П олупроводниковый параметрический стабилизатор – это диод, р-n переход которого, при определенных условиях, допускает электрический пробой. Такой диод называют стабилитроном. Пробоем р-n перехода называют явление резкого уменьшения дифференциального сопротивления перехода при достижении обратным напряжением заданного значения. Это значение называют напряжением стабилизации U_cт. Если протекающий через пробитый р-n переход ток ограничивать допустимым значением, то состояние пробоя в стабилитроне можно поддерживать и воспроизводить в течение десятков тысяч часов. Вольт - амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 27.10, а, а схемное обозначение - на рис. 27.10, б.

Рассмотренные свойства и вольт - амперная характеристика стабилитрона показывают, что при прямом включении он будет выполнять роль обычного диода. При обратном включении он также выполняет роль обычного диода, если обратное напряжение |U_обр| меньше напряжения стабилизации |U_ст|.

Когда наступает пробой р-n перехода, его дифференциальное сопротивление резко уменьшается, настолько, что падение напряжения на переходе лишь незначительно изменяется относительно U_ст. В силу этого нормальным включением стабилитрона является обратное. Рабочее напряжение не менее чем 1,5 раза должно превышать напряжение стабилизации U_ст. Рабочим участком вольт- амперной характеристики является участок пробоя р-n перехода.

Основными параметрами стабилитронов являются следующие:

-напряжение стабилизации U_ст;

-минимально допустимый ток стабилизации I_{ст мин}.;

-максимально допустимый ток стабилизации I_{ст макс}.;

-дифференциальное сопротивление стабилитрона R_ст=∆U_ст / ∆I_ст;

-максимально допустимая мощность рассеивания Р_макс.

Схема стабилизатора напряжения приведена на рис. 27.10. в. Схема включает источник питающего напряжения – U_вх (например, напряжение с выхода сглаживающего фильтра), ограничительный резистор R_огр, стабилитрон D, сопротивление нагрузки R_H. Под воздействием входного напряжения через резистор R_огр протекает ток стабилитрона I_ст и ток нагрузки I_H. Поэтому (27.20)

Напряжение стабилизации U_ст приложено к узлам 1 - 1^' схемы. Под этим напряжением находится и сопротивление нагрузки. Значит, .

Выражение (27.20) можно применять для расчета параметров схемы.