Filtri anti-aliasing e stabilizzatori di tensione

I filtri di livellamento sono progettati per ridurre il ripple di tensione rettificato. Il livellamento dell'ondulazione è valutato dal fattore di livellamento q.

Gli elementi principali dei filtri di livellamento sono i condensatori, induttori e transistor la cui resistenza è diversa per correnti continue e alternate.

A seconda del tipo di elemento filtrante si distingue tra filtri capacitivi, induttivi ed elettronici. In base al numero di collegamenti filtranti, i filtri sono suddivisi in collegamento singolo e collegamento multiplo.

Un filtro capacitivo è un condensatore di grande capacità collegato in parallelo al resistore di carico Rn. Un condensatore ha un'elevata resistenza CC e una bassa resistenza CA. Consideriamo il funzionamento del filtro sull'esempio di un circuito raddrizzatore a semionda (Fig. 1, a).

Figura 1 - Raddrizzatore a semionda monofase con filtro capacitivo: a) circuito b) diagrammi temporali di funzionamento

Quando una semionda positiva scorre nell'intervallo di tempo t0 — t1 (Fig. 2.63, b), la corrente di carico (corrente del diodo) e il flusso di corrente di carica del condensatore.Il condensatore viene caricato e all'istante t1 la tensione nel condensatore supera la caduta di tensione dell'avvolgimento secondario - il diodo si chiude e nell'intervallo di tempo t1 - t2 la corrente nel carico è fornita dalla scarica del condensatore. Che. la corrente nel carico scorre costantemente, il che riduce significativamente l'ondulazione della tensione raddrizzata.

Maggiore è la capacità del condensatore Cf, minore è l'eccitazione. Questo è determinato dal tempo di scarica del condensatore - la costante del tempo di scarica τ = СfRн. A τ> 10, il coefficiente di livellamento è determinato dalla formula q = 2π fc m Cf Rn, dove fc è la frequenza della rete, m è il numero di semiperiodi della tensione raddrizzata.

Si consiglia di utilizzare un filtro capacitivo con un resistore di carico RH ad alta resistenza a basse potenze di carico.

Filtro induttivo (choke) è collegato in serie con Rn (Fig. 3, a). L'induttanza ha una bassa resistenza CC e un'elevata resistenza CA. Il livellamento dell'ondulazione si basa sul fenomeno dell'autoinduzione, che inizialmente impedisce alla corrente di aumentare, quindi la supporta con la sua diminuzione (Fig. 2, b).

Figura 2-Raddrizzatore a semionda monofase con filtro induttivo: a) circuito, b) diagrammi temporali di funzionamento

I filtri induttivi sono utilizzati nei raddrizzatori di media e alta potenza, ovvero nei raddrizzatori che funzionano con grandi correnti di carico.

Il coefficiente di livellamento è determinato dalla formula: q = 2π fs m Lf / Rn

Il funzionamento del filtro capacitivo e induttivo si basa sul fatto che durante il flusso della corrente consumata dalla rete, il condensatore e l'induttore immagazzinano energia, e quando non c'è corrente dalla rete, o diminuisce, gli elementi danno uno spegnimento dell'energia immagazzinata, mantenendo la corrente (la tensione) nel carico.

I filtri a giunzione multipla utilizzano le proprietà di livellamento sia dei condensatori che degli induttori. Nei raddrizzatori a bassa potenza, dove la resistenza del resistore di carico è di diversi kOhm, invece dell'induttanza Lf, è incluso il resistore Rf, che riduce notevolmente la massa e le dimensioni del filtro.

La Figura 3 mostra i tipi di filtri ladder LC e RC.

Figura 3-Filtri multigiunzione: a) LC a forma di L, b) LC a forma di U, c) filtro RC

Gli stabilizzatori sono progettati per stabilizzare una tensione (corrente) costante del carico durante le fluttuazioni della tensione di rete e le variazioni della corrente consumata dal carico.

Gli stabilizzatori si dividono in stabilizzatori di tensione e di corrente, oltre che parametrici e di compensazione. La stabilità della tensione di uscita è valutata dal fattore di stabilizzazione Kst.

Stabilizzatore parametrico basato sull'uso di un elemento con una caratteristica non lineare: un diodo zener a semiconduttore.La tensione del diodo zener è quasi costante con una variazione significativa della corrente inversa attraverso il dispositivo.

Il circuito stabilizzatore parametrico è mostrato in Figura 4. La tensione di ingresso UBX è distribuita tra il resistore di limitazione Rlim e il diodo zener VD collegato in parallelo e il resistore di carico Rn.

Figura 4 — Stabilizzatore parametrico

All'aumentare della tensione di ingresso, la corrente attraverso il diodo zener aumenterà, il che significa che la corrente attraverso il resistore limitatore aumenterà e si verificherà una caduta di tensione maggiore ai suoi capi e la tensione di carico rimarrà invariata.

Lo stabilizzatore parametrico ha un Kst dell'ordine di 20-50. Gli svantaggi di questo tipo di stabilizzatori sono le basse correnti di stabilizzazione e la bassa efficienza.

Gli stabilizzatori parametrici vengono utilizzati come sorgenti di tensione ausiliaria, nonché quando la corrente di carico è ridotta, non più di centinaia di milliampere.

Uno stabilizzatore di compensazione utilizza la resistenza variabile del transistor come resistenza di limitazione. All'aumentare della tensione di ingresso, aumenta anche la resistenza del transistor, corrispondentemente, al diminuire della tensione, la resistenza diminuisce. In questo caso, la tensione nel carico rimane invariata.

Il circuito stabilizzatore dei transistor è mostrato in Figura 5. Il principio di regolazione della tensione di uscita URn si basa su una variazione della conduttività del transistor di regolazione VT1.

Figura 5 — Schema del regolatore di tensione di compensazione

Sul transistor VT2 sono montati un circuito di confronto della tensione e un amplificatore CC. Il circuito di misurazione R3, R4, R5 è incluso nel suo circuito di base e la sorgente di tensione di riferimento R1VD è inclusa nel circuito dell'emettitore.

Ad esempio, all'aumentare della tensione di ingresso, aumenterà anche l'uscita, il che porterà ad un aumento della tensione alla base del transistor VT2, mentre allo stesso tempo il potenziale dell'emettitore VT2 rimarrà lo stesso.Ciò porterà ad un aumento della corrente di base e quindi della corrente di collettore del transistor VT2: il potenziale di base del transistor VT1 diminuirà, il transistor si chiuderà e su di esso si verificherà una caduta di tensione maggiore e la tensione di uscita lo farà rimane invariato.

Oggi gli stabilizzatori vengono prodotti sotto forma di circuiti integrati. Uno schema tipico per l'attivazione di uno stabilizzatore integrato è mostrato nella Figura 6.

Figura 6 — Schema tipico per l'accensione di uno stabilizzatore di tensione integrato

Designazione delle uscite del microcircuito stabilizzatore: «IN» — ingresso, «OUT» — uscita, «GND» — comune (custodia). Se lo stabilizzatore è regolabile, allora c'è un'uscita «ADJ» — regolazione.

La scelta dello stabilizzatore si basa sul valore della tensione di uscita, sulla corrente di carico massima e sul campo di variazione della tensione di ingresso.