Транзисторни изглаждащи филтри
Възможно е да се намалят показателите за тегло и размер чрез използване на транзисторни SF вместо обемисти LC филтри. Вярно е, че усилването на транзисторните филтри се компенсира от по-ниска ефективност. Помислете за типични схеми на транзисторни филтри.
Фигура 1 показва диаграма на най-простия транзисторен филтър.
Ориз. 4 - Най-простият транзисторен филтър
Колекторът на транзистора VT получава напрежение от токоизправителя с голяма амплитуда на пулсации. Базовата верига се захранва отинтегрираща схема RC. Тази схема изглажда пулсациите в основата на транзистора. По принцип тази схема може да се разглежда като RC филтър. Колкото по-голяма е времевата константа τ = RC, толкова по-ниска е пулсацията на напрежението в основата на транзистора. Е, тъй като транзисторът е свързан по схематаемитер последовател, тогава изходното напрежение ще повтори напрежението в основата, т.е. пулсациите ще бъдат толкова малки, колкото в основата. Капацитетът на кондензатора C може да бъде няколко пъти по-малък (около h21e пъти), отколкото в LC филтъра, тъй като базовият ток е много по-малък от изходния ток на филтъра, т.е. колекторния ток на транзистора. Основното предимство на схемата е простотата. А ето и недостатъците. Първо, противоречивите изисквания за съпротивлението на фрезата R - за намаляване на пулсациите, увеличаване на съпротивлението, за увеличаване на ефективността - намаляване. Второ, силната зависимост на параметрите от температурата, тока на натоварване, коефициента на пренос на ток на основата на транзистора (h21e). Обикновено резикът се избира експериментално.
Малко по-различна схема е показана на фигура 5. В такава схема основната верига на транзистора се захранва от отделен източник с напрежение, по-голямо от входното. Веригата има по-малко пулсации.
Ориз. 5 - Друга транзисторна SF верига
Тъй като основата се захранва от отделен източник, съпротивлението на фрезатавъзможно е да се увеличи и следователно да се намали пулсацията на изходното напрежение. Разсейваната мощност на резистора R е малка, защото базовият ток е малък. Тази схема обаче има същите недостатъци като предишната. Освен това в такъв филтър транзисторът може да влезе в насищане и всички пулсации от входа на филтъра ще бъдат прехвърлени на изхода без ограничения. Транзисторът ще влезе в този режим, когато базовото напрежение надвиши напрежението на колектора.
По-долу е дадена диаграма на транзистор SF, лишен от горните недостатъци.
Ориз. 6 - Филтър с делител на напрежението
Токът през делителя R1R2 се избира да бъде 5-10 пъти по-голям от тока, разклоняващ се в основата. Следователно изходното напрежение на филтъра се определя от разпределението на входното напрежение през делителя. Недостатъците на филтъра са по-ниската ефективност в сравнение с предишните схеми. Освен това е необходимо да се увеличи капацитетът на кондера C1, за да се получат приемливи пулсации.
В заключение една практична схема на транзисторен изглаждащ филтър, който се доближава до LC филтрите по ефективност и пулсации, но ги превъзхожда по тегло и размери. Схемата е показана на фигура 7.
Ориз. 7 - Транзисторен изглаждащ филтър
Колекторът на транзистора VT1 получава входно напрежение с големи пулсации, а напрежението от отделен източник се подава към основата през резистора R1, стойността е по-голяма от входа. Conder C1 се зарежда, докато напрежението върху него стане по-голямо от входното със стойността на предното напрежение на диода VD1, т.е.Upr.VD1 , Conder C1 започва да се разрежда през отворения диод VD1, транзистора VT1 и товара. Кондерът ще се разрежда, докато входното напрежение се покачи отново. Диодите VD2, VD3 изместват нивото на постоянния компонент. В допълнение, диодът VD2 действа като ключпиков детектор VD2C2. Тъй като базовият ток е доста малък и кондерът се разрежда само през основната верига, пулсациите върху него ще бъдат по-малки, отколкото върху C1. Това означава, че пулсациите на изхода ще бъдат незначителни. Като транзистор се използва KT827A. Можете да го замените с композит от KT815 и KT819. При входно напрежение 14-15 V с ниво на пулсации 2,5-3 V и базово напрежение 18-20 V при ток на натоварване 2 A, изходното напрежение е 12,5 V с ниво на пулсации 40 mV.
Умножител на напрежение е устройство, чийто изход може да произведе напрежение, което е произволен брой пъти по-голямо от напрежението на неговия вход. С други думи, умножителят е устройство, което преобразува променливо напрежение в постоянно напрежение, което надвишава амплитудата на входното променливо напрежение. Сред предимствата включват малки размери и тегло, стабилност на работа. Недостатъците включват нисък ток на натоварване, ниска ефективност и в резултат на това ниска мощност. Умножителите на напрежението се използват по-често в устройства, където не се изисква значителен ток в товара, но високото напрежение е важно. Например в телевизор (телевизор) има умножител на напрежението. По принцип на изхода му се генерира напрежение от 25 kV за захранване на ускоряващия електрод на кинескопа.
Както винаги, нека започнем просто - удвоителят на напрежението е показан на фигура 1.
Забележка: входното напрежение на всеки умножител трябва да бъде AC!
Ориз. 1 - Небалансиран удвоител на напрежението
В отрицателния полупериод на входното напрежение кондензаторът С1 се зарежда до амплитудната стойност на входното напрежение - Um. По време на положителния полупериод C2 започва да се зарежда до стойносттаUC2 = Um + UC1 = 2Um, т.е. изходът е двойна стойност на амплитудата на входното напрежение. Всичко е много просто.
Лесно се виждаче ако залепиш друг диод с кондер, получаваш утроител на напрежението:
Ориз. 2 - Утроител на напрежението
В положителния полупериод C1 се зарежда през VD1 до стойността на Um. В следващия полупериод C2 се зарежда през VD2 до стойност, равна на сумата от напреженията на кондензатора C1 и Um, т.е. UC2 = UC1 + Um = 2Um. В следващия (трети) положителен полупериод, когато C1 беше презареден през диода VD1, диодът VD2 се затваря, кондензаторът C2 се разрежда през диода VD3 до C3, зареждайки последния до 2Um, т.е. до удвояване на стойността на амплитудата. В края на зареждането C1 товарът ще бъде под общото напрежение на кондерите C1 и C3. Тъй като има двойна стойност на напрежението на тръбопровода C3, напрежениетоUout = UC1 + UC3 = 3Um се разпределя към товара. Като добавим диод с кондензатор, получаваме напрежение, което е произволен брой пъти по-голямо от входното, което трябваше да се докаже.
Achtung: само първият кондер се зарежда до амплитудната стойност на напрежението. При всяко следващо напрежението е по-голямо със стойността на входа. С други думи, е необходимо да се защити веригата от електрическа повреда, т.е. да се използват диоди и кондензатори за подходящо напрежение.
Стабилизатор на напрежение (STN) е устройство, което поддържа постоянно напрежение в товара с определена точност. С други думи, стабилизаторът на напрежението е устройство, на изхода на което напрежението остава непроменено, когато е изложено на дестабилизиращи фактори.
Стабилизаторите са параметрични (PSN) и компенсаторни (KSN). Параметричният стабилизатор е най-простият. Работата му се основава на свойствата наполупроводниковия диод, или по-скоро на една от разновидностите му -ценеров диод. Типична най-проста схема на параметричен стабилизатор е показана на фигура 1.
Ориз. 1 - Параметричен регулатор на напрежението
Ценеровите диоди използват феномена на електрически лавинен пробив. В същото време, в широк диапазон от промени в тока през диода, напрежението върху него се променя много леко. Входното напрежение през ограничителния резистор Rbal се подава към паралелно свързания ценеров диод и товарното съпротивление. Тъй като напрежението на ценеровия диод се променя леко, то ще има същия характер при натоварване. С увеличаване на входното напрежение почти цялата промяна на Uin се прехвърля към Rn, което води до увеличаване на тока в него. Увеличаването на този ток се дължи на увеличаване на тока на стабилизиране при почти постоянен ток на натоварване. С други думи, цялата промяна на входното напрежение се абсорбира в ограничителния (баласт) нож.
Често ценеровият диод работи в такъв режим, когато напрежението на източника се разхожда (т.е. е нестабилно) и съпротивлението на натоварване е постоянно. За нормален режим на стабилизиране съпротивлението на ножа Rogr трябва да има определена стойност. Ако напрежението Uin се движи от Umin до Umax, тогава за да изчислите Rlimit, можете да използвате формулата:
където Uin.av = 0,5(Uin.min + Uin.max) е средната стойност на напрежението на източника, Iav. \u003d 0,5 (Imin + Imax) - средният ток на ценеровия диод, In \u003d Un / Rn - ток на натоварване. Когато входното напрежение се промени в една или друга посока, токът на ценеровия диод ще се промени, напрежението върху него, следователно, върху товара ще остане постоянно.
Ако всички промени в напрежението на източника са демпфирани в Rlimit, тогава най-голямата промяна на напрежението (Uin. max - Uin. min = ΔUin) трябва да съответства на най-голямата възможна промяна на тока, при която все още се поддържа стабилизация (Imax - Imin = ΔIst). От това следва, че ще се извършва само стабилизацияпри условие:
Има режим на стабилизиране, когато входното напрежение е постоянно, а съпротивлението на товара се променя, т.е. то се движи от Rn.min до Rn.max. За такъв режим Rogr се определя по формулата:
Понякога е необходимо да се получи напрежение, за което ценеровият диод не е проектиран. В този случай се използва последователно свързване на ценерови диоди. Тогава напрежението на стабилизирането ще съответства на сумата от напреженията на стабилизиране на последователно свързани ценерови диоди.
В допълнение към разглежданата схема се използва каскадно превключване на ценерови диоди. Просто казано, те вземат няколко от горните схеми и ги включват една след друга. В този случай стабилизиращото напрежение на предишния ценеров диод трябва да бъде по-голямо от следващото. Такива схеми се използват за увеличаване на коефициента на стабилизация. Съществува и мостова схема, наречена мостов параметричен стабилизатор. Теоретично за такава схема коефициентът на стабилизация клони към безкрайност (въпреки че това е трудно за вярване).
За съжаление, голяма мощност не може да бъде премахната от горната схема. Затова измислихме следната схема, която е проста за опозоряване.
Ориз. 2 - Параметричен регулатор на напрежение с усилвател на мощност
Както можете да видите, нищо сложно. Товарът просто беше вкаран през транзистор, свързан съгласно веригатаOK, който действа като усилвател на мощност.
Akhtung: Някак си един учител каза съвсем сериозно, че веригата на фигура 2 е компенсационен регулатор на напрежението. Тогава почти повърнах. Не се поддавайте на този вид глупости. За KSN малко по-ниско. Там ще стане ясна разликата между PSN и OSN.
Такава схема работи като стабилизатор при ниски и средни токове на натоварване и като транзисторен филтър при високи токове на натоварване (ако се придържате успоредно на ценеровия диодкондер). Ако поставите променлив (настройващ) резистор успоредно на ценеровия диод, тогава изходното напрежение става регулируемо. Можете също така да залепите кондер успоредно на товара. Общо взето може да мушнеш няколко кондера, няма да навреди. За да се намали високочестотната (HF) компонента на изходното напрежение, успоредно на товара се поставя кондер с капацитет 0,01. 1 uF. Това се отнася завсички източници на захранване. В умните книги пишат, че кондерът трябва да е керамичен, въпреки че хартията, слюдата, филмът и други работят като нищо.
Типът транзистор във веригата на фигура 2 се избира въз основа на мощността на товара. Например, за захранване на усилвател (особено голяма мощност), когато товарният ток е висок, се включва композитен транзистор. Съставен транзистор е, когато се вземат два (или повече) транзистора и колекторът или емитерът на единия е свързан към основата на другия, а оставащият изход на първия транзистор е свързан към оставащия изход на следващия. Фигурата по-долу прави това много по-ясно:
Това е съставен транзистор И това е съставен транзистор
Сега ясно ли е? Цялата работа е, че за композитен транзистор коефициентът на прехвърляне е равен на произведението на коефициентите на прехвърляне на всеки транзистор. Тоест вземаме два скапани транзистора с коефициент на усилване да речем 100, правим един съставен и получаваме транзистор с коефициент на усилване 10 000. Ясен ли е въпросът?
Така че, за големи токове се използват комбинирани транзистори, но за захранване на няколко микросхеми е подходящ транзистор със средна и ниска мощност. Дори 315-ките работят доста задоволително.
Има и куп всякакви PSN схеми, но най-често срещаните са двете по-горе. Е, ясно е, вероятно, за да получим напрежение с обратна полярност, просто обръщаме ценеровия диод с главата надолу (нафиг. 1 ) и транзисторазалепваме друг тип проводимост (фиг. 2 ; беше n-p-n, поставихме p-n-p). Полярността на проводниците също трябва да се обърне.