Измерение мощности в трехфазных цепях 4 страница

Главные закономерности фотоэффекта были выве­дены А. Эйнштейном на основе фотонной теории света. Согласно этой теории, лучистая энергия излучается и поглощается не как непрерывный поток, а определен­ными порциями —кванта м и. Каждый квант (фо­тон) в зависимости от частоты излучения v обладает определенным количеством энергии:

W=hv,

где h=6,66-Ю^-34 Дж∙с — постоянная Планка.

Когда поток фотонов падает на фотокатод, энер­гия фотонов передается свободным электронам, кото­рые, совершая определенную работу выхода Wo, по­кидают катод с начальной скоростью vo. Этот процесс описывается уравнением Эйнштейна

Из уравнения (17.2) следует, что электрон может покинуть катод, если работа выхода меньше энергии

кванта.

Суть внутреннего фотоэффекта состоит в том, что в полупроводнике под действием световой энергии возникают подвижные носители зарядов: пары электронов и дырок. При этом энергия фотона идет на перемещение электрона из валентной зоны в зону проводимости и сопротивление полупроводника умень­шается.

Оглавление

17.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ ФОТОЭЛЕМЕНТЫ С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ

Фотоэлементами с внешним фотоэффектом назы­ваются электронные приборы, работа которых основа­на на явлении фотоэлектронной эмиссии с катода.

Фотоэлемент монтируется в стеклянной колбе, вну­три которой, как и в электронных лампах, создается вакуум.

Фотокатодом элемента 1 (рис. 17.1) является тон­кий слой светочувствительного материала (щелочно земельного металла), которым покрыто около 50/6 внутренней поверхности колбы.

Анодом фотоэлемента 2 является кольцо из тонкой никелевой проволоки, что обеспечивает свободное по­ступление света на фотокатод.

На рис. 17.2 представлена схема включения фото­элемента, которая служит для преобразования свето­вого потока в сигнал постоянного напряжения (тока). При освещении фотокатода в цепи появляется фототок I_ф, проходящий через сопротивление нагрузки R_H.

Так как, согласно (17.1), значение /ф прямо пропор­ционально световому потоку, то выходное напряжение

U_H = R_HI_ф = k R_нФ.

Интегральная чувствительность k электронных фотоэлементов с кислородно-цезиевым катодом состав­ляет 20—60 мкА/лм, с сурьмяно-цезиевым — 80— 180 мкА/лм.

Для правильной эксплуатации фотоэлементов не­обходимо знать их спектральные характеристики, ход которых показан на рис. 17.3.

Вольт-амперные характеристики, приведенные на рис. 17.4, дают возможность судить о зависимости фототока I_ф от анодного напряжения U_а при различных значениях светового потока Ф. Видно, что в режиме насыщения фототок не зависит от анодного напряже­ния. Этот режим и является рабочим.

Электронные фотоэлементы широко применяются в различных областях науки и техники. В частности, их применяют в фотореле, которые обеспечивают конт­роль различных величин на производстве: освещен­ности, прозрачности сред, качества обработки поверх­ности деталей и т. п.

Электронные фотоэлементы, как и все фотоэлектри­ческие приборы, обозначают буквенно-цифровым ко­дом. Например, СЦВ—3— электронный фотоэлемент с сурьмяно-цезиевым катодом, номер разработки —3,

Оглавление

§ 17.3. ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ УМНОЖИТЕЛИ

Электронные фотоэлементы обладают относительно малой чувствительностью. Применение фотоэлектрон­ных умножителей (ФЭУ) позволяет устранить этот недостаток.

ФЭУ представляют собой приборы, в которых поток первичных электронов, полученных при фотоэлектрон­ной эмиссии, усиливается посредством вторичной элек­тронной эмиссии.

На рис. 17.5, а показана схема устройства и вклю­чения ФЭУ, а на рис. 17.5, б — его условное обозначение. Кроме фотокатода и анода у ФЭУ имеется не­сколько электродов (динодов), которые являются эмиттерами вторичных электронов. Число динодов в современных ФЭУ достигает четырнадцати.

При облучении фотокатода светом первичные электроны, ускоряемые электрическим полем динода Д|, выбивают из него вторичные электроны. Эти элек­троны ускоряются полем динода Дг и выбивают из него новые вторичные электроны, и так до тех пор, пока вторичные электроны последнего динода не дос­тигнут анода А. Анодный ток, проходя через R_a, выделяет на нем полезное напряжение.

Для того чтобы имел место эффект усиления элек­тронного потока, отношения числа вторичных электро­нов к числу первичных для всех динодов должны быть больше единицы. Это отношение о называют коэффициентом вторичной эмиссии.

Расчетный коэффициент усиления ФЭУ, имеющего п динодов, к = σⁿ.

Так как для современных ФЭУ σ=3÷8, то k=10⁶÷10⁷. Однако на практике этот коэффициент значительно меньше, так как ток вторичной эмиссии ограничен объемным отрицательным зарядом электро­нов, сосредоточенным около динодов.

Для нормальной работы ФЭУ между соседними ди-нодами необходимо обеспечить напряжение порядка 50—150 В.

С помощью ФЭУ можно регистрировать световые потоки до 10^-9 лм. Регистрация более слабых свето­вых сигналов ограничена наличием темнового тока, который вызван термоэлектронной эмиссией фотокатода, а также электростатической эмиссией динодов.

Интегральная чувствительность современных ФЭУ - 1 — 100 А/лм.

ФЭУ применяют в разнообразных автоматических и измерительных схемах.

При обозначении марки ФЭУ (например, ФЭУ-19) цифра соответствует номеру разработки.

Оглавление

§ 17.4. ФОТОРЕЗИСТОРЫ

Фоторезисторы — приборы, принцип действия кото­рых основан на фоторезистивном эффекте — измене­нии сопротивления полупроводникового материала под действием электромагнитного излучения.

Устройство фоторезистора показано на рис. 17,.6, а. Пленка 2 из полупроводникового материала (сульфид свинца, соединения сернистого кадмия, висмут и т. д.) закреплена на диэлектрической подложке 3 (стекло, кварц, керамика). Световой поток Ф попадает на по­лупроводник через специальное отверстие в пластмас­совом корпусе. Электроды /, выполненные из благо­родных материалов (золото, платина), обеспечивает хороший контакт с полупроводником и не подвержены коррозии. Поверхность полупроводника покрыта за­щитным слоем прозрачного лака.

В схеме (рис. 17.6, б) при отсутствии светового потока по цепи проходит так называемый темповой ток, обусловленный собственной проводимостью полу­проводника. Этот ток весьма мал, и его значение определяется темновым сопротивлением R_т, имеющим широкий диапазон значений: 10² — 10¹⁰ Ом. Наиболь­шее значение R_T имеют фоторезисторы, выполненные из сернистого кадмия.

При освещении фоторезистора в нем возникают дополнительные свободные электрические заряды — электроны и дырки, в результате чего ток в цепи воз­растает.

Разность между световым током I_св и темновым токами называется фототоком:

I _ф = I _св -I _Т.

Зависимость фототока /ф от лучистого потока ф иллюстрируется энергетической характеристикой (рис. 17.7). Нелинейность этой характеристики является недостатком фоторезисторов.

Значения фототока сильно зависят от спектраль­ного состава светового потока. Эта зависимость видна из спектральной характеристики, вид которой для фоторезистора, выполненного из сульфида кадмия, приведен на рис. 17.8 (где /_фтах — фототок, соответ­ствующий максимуму спектральной чувствительности). Интегральная чувствительность фоторезисторов на два порядка выше, чем электронных фотоэлементов.

Важным параметром фоторезисторов является пороговый световой поток Ф_п — минималь­ный поток излучения, который вызывает появление в цепи фоторезистора электрического напряжения, пре­вышающего в 2—3 раза шумовое напряжение.

Существенным недостатком фоторезистора являет­ся их большая инерционность, обусловленная значи­тельным временем генерации и рекомбинации электро­нов и дырок при изменении освещенности фоторезис­тора.

Фоторезисторы обозначают буквами ФС или СФ, Затем сле­дует буква и цифра, которые определяют состав и конструктивное оформление: А—РЬ; К—CdS, Г—герметизированный' корпус. Например, ФСК—П обозначает фоторезистор из сернистого кадмия в герметизированном корпусе.

Фоторезисторы широко применяются в автоматике, вычислительной технике и промышленной электронике. В частности, фоторезисторы используют для сорти­ровки изделий по их окраске, размерам или каким-нибудь другим признакам.

Оглавление

§ 17.5. ФОТОДИОДЫ

Фотодиод представляет собой полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещен­ности р-л-перехода.

Фотодиоды могут работать в двух режимах: в ре­жиме фотогенератора (фотоэлемента) без внешнего источника питания и в режиме фотопреобразователя с внешним источником.

В режиме фотогенератора используется фотогальванический эффект, суть которого зключается в создании разности потенциалов на зажимах не­однородного полупроводника при его освещении.

Фотодиоды образованы двумя примесными полу­проводниками с различными типами электропровод­ности. Конструктивно фотодиоды выполнены так, что световой поток падает на плоскость р-n-перехода под прямым углом (рис. 17.9, а).

При отсутствии светового потока в области р-n-перехода существует потенциальный барьер с напряже­нием U_K (контактная разность потенциалов), обуслов­ленный взаимной диффузией электронов в область р-типа и дырок в область л-типа.

При освещении р-л-перехода фотоны, попавшие на полупроводники, образуют пары свободных зарядов электрон — дырка. В результате в областях р- и л-ти-пов увеличивается концентрация свободных электро­нов и дырок соответственно.

Под действием электрического поля, обусловленно­го контактной разностью потенциалов 0_К (рис. 17.9, а), неосновные носители р-области — электроны — пере­ходят в л-область, а неосновные носители л-области — дырки — в р-область. В результате этого процесса в л-области возникает избыток электронов, а в р-обла­сти — избыток дырок. Та­ким образом, на зажимах фотодиода возникает фото-ЭДС Еф, равная кон­тактной разности потен­циалов и имеющая значе­ние около 1 В.

При замыкании осве­щенного фотодиода на внешнюю нагрузку R_h (рис. 17.9, б) в цепи возни­кает ток I, обусловленный движением неосновных но­сителей зарядов. Следовательно в данной схеме про­исходит преобразование лучистой энергии в электри­ческую.

Фотодиоды, работающие в генераторном режиме, довольно широко используют в качестве источников, преобразующих солнечную энергию. Такие источни­ки именуют фотоэлементами или солнечными элемен­тами. Из них строят солнечные батареи, которые используют на космических объектах в качестве электростанций. Фотоэлементы отличаются от фото­диодов только своими конструктивными особенно­стями.

Фотодиоды и фотоэлементы изготовляют из гер­мания, кремния, селена, сернистого серебра, арсенида индия и т. д.

В режиме фотопреобразователя в цепь последо­вательно с нагрузкой включают источник напряжения в запирающем направлении (рис. 17.10). Когда фотодиод не освещен, в цепи проходит темновой ток. При освещении фотодиода происходит генерация электронов и дырок. Под действием электрического поля источника Е_а неосновные носители слоев р- и n-типов полупроводника создают в цепи ток, значе­ние которого практически определяется только свето­вым потоком Ф и равно приблизительно току короткого замыкания в генераторном режиме. Поэтому чувст­вительность фотодиодов в обоих режимах принято считать одинаковой. Для германиевых фотодиодов интегральная чувствительность достигает 20 мА/лм.

Более точно ток можно определить по вольт-амперным характеристикам (рис. 17.11) графическим способом.

Фотодиоды широко применяются в промышлен­ности: в вычислительной технике, регистрирующих и измерительных приборах фотометрии, в киноаппарату­ре, системах автоматизации производственных про­цессов и т. д.

Фотодиоды обозначают буквами ФД, затем следуют буквы, обозначающие материал, из которого изготовлен прибор. На­пример, ФД-ГЗ-001 означает: фотодиод германиевый, легирован­ный золотом, номер разработки 001.

Оглавление

§ 17.6. ФОТОТРАНЗИСТОРЫ

Фототранзистор представляет собой трехслойный полупроводниковый прибор с двумя р- п-переходами, обладающий свойством усиления фототока при воз­действии лучистой энергии.

Фототранзистор, как правило, выполнен в виде обычного плоскостного транзистора из германия или кремния. Световой поток падает на базу, поэтому эмиттер делают тонким, небольших размеров.

На рис. 17.12 представлена двухполюсная схема включения фототранзистора. Под действием света в области базы образуются пары носителей зарядов — электроны и дырки. Дырки (неосновные носители базы) под действием электрического поля источника Е_к движутся через коллекторный переход, образуя фо­тоток I_ф, проходящий через нагрузку R_ф. Электроны, не прошедшие через эмиттерный переход и оставшиеся в базе, снижают потенциальный барьер. Это облег­чает переход дырок из эмиттера в базу, увеличивая коллекторный фототок. Чувствительность фототранзи­стора сильно превышает чувствительность фотодиодов и имеет значения порядка 0,5—1 А/лм.

На рис. 17.13 показана схема с подключенной базой. Возможности такой схемы шире, так как на ее вход можно подавать кроме светового электри­ческий сигнал. Обычно электрический вход используют для выбора рабочей точки на линейном участке ха­рактеристики, а также для уменьшения влияния внешних воздействий.

Фототранзисторы широко применяются в различ­ных областях: фототелеграфии, фототелефонии, в вы­числительной технике, регистрации видимого, инфра­красного и ультрафиолетового излучения.

Оглавление

Глава 13

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

§ 13.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫПРЯМИТЕЛЯХ

Выпрямители — это устройства, которые служат для преобразования переменного тока в постоянный. Они широко применяются в различных электронных аппаратах, так как большинство блоков этих аппа­ратов требует питания постоянным током.

На рис. 18.1 показана структурная схема выпря­мителя, в состав которого входят: силовой тран сформатор, служащий для преобразования пере­менного питающего напряжения; вентиль, обладаю­щий односторонней проводимостью и обеспечиваю­щий преобразование переменного тока в выпрямлен­ный (ток одного направления); сглаживающий фильтр, который служит для преобразования вы­прямленного тока в ток, близкий по форме к постоян­ному.

Современные выпрямители различают по типу вен­тилей, схеме их включения и числу фаз источника переменного напряжения. Выпрямители подразделяют также на управляемые и неуправляемые. Для питания блоков электронной аппаратуры, как правило, при­меняют выпрямители малой мощности с питанием от однофазных сетей переменного тока. В тех случаях, когда необходимо получить повышенное постоянное напряжение, а первичный источник также вырабаты­вает постоянное напряжение, применяют специальные преобразователи — инверторы.

Оглавление

§ 13.2. ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

На рис. 18.2 представлена схема однополупериодного выпрямителя. Переменное синусоидальное на­пряжение u₂ (рис. 18.3, а) подают на диод Д. За счет односторонней проводимости диодов ток i₂ (рис. 18.3, б) проходит только в положительные полупериоды на­пряжения и₂ и, следовательно, имеет импульсную форму. Постоянная составляющая этого тока I_о опре­деляет средним значением тока I_о, проходящего через нагрузку R_H за полупериод.

Средним значением тока i₂ называется среднее арифметическое значение из всех мгновенных значе­ний за полупериод:

где U_1m—амплитуда первой гармоники переменного напряжения на нагрузке выпрямителя (импульсное напряжение на нагрузке может быть разложено в ряд Фурье). Так как для однополупериодного выпря­мителя U_lm = U_2m/2 = πUo/2=l,57U₀, то на основа­нии (18.3) получаем k_п = 1,57.

Таким образом, k_п для однополупериодного вы­прямителя велик, что является главным недостатком данной схемы.

Наряду с этим в таком выпрямителе плохо исполь­зуются обмотки трансформатора. Действительно, со­гласно (18.1), так как при однополупериодном вы­прямлении I_2т = 2I₂, то I₀ = 0,636I₂, т. е. постоянная составляющая значительно меньше действующего значения тока во вторичной обмотке.

Оглавление

§ 13.3. ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Наиболее широкое распространение получила мо­стовая схема двухполупериодного выпрямителя (рис. 18.4). Схема состоит из силового трансформа­тора Т_р и четырех диодов Д₁—Д₄. К диагонали моста ас подключена вторичная обмотка трансформатора, к диагонали bd — сопротивление нагрузки R_H

В положительный полупериод напряжения u₂ (рис. 18.5, а), когда потенциал точки а выше потен­циала точки с (см. рис. 18.4), открыты диоды Д₁ и Д₃ и ток проходит по цепи: точка а, диод Д₁, сопро­тивление нагрузки R_H, диод Д₃, точка с. В отрица­тельный полупериод напряжения ы₂ открыты диоды Д₂ и Д₄ и теперь ток проходит по цепи: точка с, диод Д₂, R_h, диод Д₄, точка а. Через сопротивление на­грузки R„ ток проходит все время в неизменном на­правлении. Таким образом, ток в нагрузке имеет фор­му, показанную на рис. 18.5, б, что и соответствует двухполупериодному выпрямлению.

Постоянная составляющая тока нагрузки /о опре­деляется, как и в схеме однополупериодного выпря­мителя, средним значением тока i„ и, согласно (18.1),

Iо = 2I_2т/π = 0,636I_2m, (18.4)

т. е. в двухполупериодном выпрямителе постоянная составляющая тока в два раза больше, чем в однополупериодном.

Так как в мостовой схеме через вторичную обмот

Обратное напряжение, действующее на каждый диод в данной схеме такое же, как в схеме однополупе-риодного выпрямителя. Действительно, когда диоды Д₁ и Д₃ открыты, к диоду Д₂ приложено полное обрат­ное напряжение вторичной обмотки через открытый диод Д₁. Точно такое же обратное напряжение прило­жено и к диоду Д₄. Следовательно, U_обрт = U_2m =√2U₂ и, согласно (18.5),

U_обрт = 1,57Uo.

Малое значение коэффициента пульсации k_п = 0,67 также является преимуществом данной схемы.

Оглавление

§ 13.4. ТРЕХФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Трехфазные выпрямители применяют в устройст­вах большой и средней мощностей. Рассмотрим одну из возможных схем трехфазного выпрямителя, пред­ставленную на рис. 18.6, а. Вторичные обмотки трех­фазного трансформатора соединены звездой. К фа­зам А, В а С трансформатора подключены диоды Д₁, Д₂, Д₃, катоды которых присоединяют к точке О. Между нейтральной точкой трансформатора О и точ­кой О' включена нагрузка R_H.

Ток через каждый диод может проходить только тогда, когда потенциал на его аноде выше потенциа­ла на катоде. Это возможно в течение ⅓ периода когда напряжение в данной фазе выше напряжений в двух других фазах. Так, например, когда открыт диод Д₁, через него и нагрузку R₂ проходит ток, опре­деляемый и_А. В это время диоды Д₂ и Д₃ заперты, так как потенциалы их катодов выше потенциалов анодов. В следующую треть периода открыт диод Д₂ и т. д. Характер изменения напряжения фаз, соответ­ствующий открытому состоянию диодов, показан на рис. 18.6, б. Если считать диоды идеальными, то на­пряжение на нагрузке R_H равно напряжению фазы с открытым диодом и, следовательно, ток в нагрузке изменяется по тому же закону, т. е. ток, проходящий через нагрузку, не падает до нуля, как это имело место в схемах одно- и двухполупериодного выпрями­телей. Таким образом, пульсация тока в трехфазном выпрямителе относительно невелика и коэффициент пульсации k_п = 0,25.

Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке Iо = 0,827I_т.

В каждом диоде ток проходит в течение T/3, и поэтому его среднее значение I_ср = Iо/3. Выпрямленное напряжение на нагрузке

Очевидно, что максимальное значение обратного напряжения на каждом диоде определяется амплиту­дой линейного напряжения U_обрт = √ 3U_т, а так как U_m = 1.21 U_о согласно (18.6), то U_обрт = 2.09U₀.

Оглавление

§ 13.5. ВЫПРЯМИТЕЛЬ НА ТИРИСТОРЕ. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Были рассмотрены схемы выпрямителей, в которых регулирование выпрямленного напряжения и тока можно осуществлять или в цепи переменного тока с помощью автотрансформатора, или в цепи выпрям­ленного тока с помощью потенциометра и реостата. Но эти способы управления имеют существенные не­достатки. Во-первых, они обладают низким КПД из-за значительных потерь в регулировочных устройствах и, во-вторых, в них невозможно применять современ­ные схемы автоматического регулирования.

В настоящее время широко распространены вы­прямители с управляемыми полупроводниковыми дио­дами — тиристорами. Тиристоры благодаря компакт­ности, экономичности и хорошим эксплуатационным характеристикам пришли на смену ртутным выпрями­телям с управляющим электродом.

Проанализируем работу простейшего однополупе­риодного выпрямителя на тиристоре (рис. 18.7). Дан­ная схема аналогична рассмотренной ранее в § 18.2, только диод в ней заменен тиристором. В обычном выпрямителе момент открытия диода совпадает с началом положительной полуволны напряжения u₂ и ток через нагрузку проходит в течение всего этого полупериода. В схеме с тиристором диод открывается только при подаче на него управляющего импульса i_y. Из рис. 18.8 видно, что начало действия управляю­щего импульса i_y сдвинуто во времени на t _у относи­тельно начала периода напряжения u₂ и ток в нагруз­ке проходит в течение времени T/2 — t_y. Следователь­но, уменьшается среднее значение тока I_сру по срав­нению со средним значением тока I_ср0 при действии i _у в начале периода.

Таким образом, появляется возможность автома­тически регулировать средние значения тока и напря­жения на нагрузке, изменяя момент подачи управляю­щего импульса.

Наряду с регулируемыми выпрямителями широко применяются стабилизаторы постоянных напряжений и тока. В данном пособии рассмотрим стабилизатор постоянного напряжения.

Устройство, поддерживающее автоматически по­стоянное напряжение на нагрузке при изменении де­стабилизирующих факторов в определенных пределах, называется стабилизатором напряжения. Такими дестабилизирующими факторами являются входное напряжение и сопротивление нагрузки, кото­рые изменяются в процессе работы устройства.

Существует два метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный.

В параметрических стабилизаторах используются элементы с нелинейной вольт-амперной характери­стикой, рассмотренные ранее (ионный и кремниевый стабилизаторы).

Компенсационные стабилизаторы обладают более оптимальными параметрами. Работа таких стабили­заторов основана на сравнении входного напряже­ния с заданным стабильным. В зависимости от раз­ности между стабильным и выходным напряжениями (рассогласованием) осуществляется автоматическое воздействие (регулирование), направленное на умень­шение этого рассогласования. В качестве примера рассмотрим схему стабилизатора, приведенную на рис. 18.9.

Стабильное (опорное) напряжение U_cт создается на кремниевом стабилитроне Д. Транзистор Т играет

роль сравнивающего и ре­гулирующего элемента. Ме­жду эмиттером и базой действует небольшое по­ложительное напряжение

U_эб.= U _ст— U_выx..

Таким образом, U_выx≈U _ст Представим себе, что напряжение на вхо­де U_вx несколько возросло. Это увеличит напряжение на выходе U_выx. Следовательно, напряжение U_эб. умень­шится и уменьшится ток эмиттера, равный выходному току U_выx. Это обстоятельство приведет к уменьшению выходного напряжения практически почти до прежнего значения. На транзисторе избыток напряжения U_выx упадет.

При увеличении сопротивления нагрузки схема работает точно так же. Уменьшение входного напря­жения вызовет увеличение U_эб и т. д. В конечном итоге U_выx почти не изменится.

Важнейшим параметром, характеризующим рабо­ту схемы стабилизатора, является коэффициент ста­билизации, представляющий собой отношение относи­тельного изменения входного напряжения к относи­тельному изменению выходного напряжения (при R„ — const):

где U_вx и U_выx. — номинальные значения входного и выходного напряжений.

Оглавление

§ 13.6. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ. ВЫПРЯМЛЕНИЕ С УМНОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Для питания ряда узлов электронной аппаратуры обычно требуется постоянное напряжение. Напряже­ние же, получаемое на выходе рассмотренных выпря­мительных схем, является или пульсирующим (трех­фазный выпрямитель), или импульсным (одно- и двух-полупериодный выпрямитель). Для того чтобы вы­прямленное напряжение имело требуемую форму, при­меняют сглаживающие фильтры.

Количественно работа фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания пульсации q, который показывает, во сколько раз уменьшается пульсация при прохождении сигнала через данный фильтр:

q = k_п / k'_п

здесь k_п и k'_п — коэффициенты пульсации сигнала до и после.

Наряду с малым значением коэффициента пуль­сации в фильтре не должно быть значительных по­терь постоянной составляющей выпрямленного на­пряжения.

Сглаживающие фильтры подразделяются на ем­костные, индуктивные, индуктивно-емкостные и резисторно-емкостные.

Наиболее простым является емкостный фильтр, который состоит из конденсатора С_ф, включенного параллельно с нагрузкой R_H (рис. 18.10,а). Работа фильтра основана на способ ности конденсатора быстро запасать электрическую энергию, а затем относительно медленно отдавать ее в нагрузку.

Когда напряжение на диоде Д, равное разности напряжения источника и напряжения на конденсаторе, положительно, т.е. U_Д=u-U_c>0, то диод открыт и С_ф заряжается. Как это видно из графика на рис. 13.10,6, зарядка происходит в интервале времени от t₁ до t₂. Так как сопротивление диода Д весьма мало, конденсатор успевает зарядиться почти до и. Затем, когда и — U_c<0, диод заперт и конденсатор медленно разряжается через R_H до тех пор, пока на­пряжение источника и снова не станет больше U_c-Время разрядки зависит от постоянной времени τ = С_фR_H, которая показывает, в течение какого вре­мени напряжение на конденсаторе уменьшится в 2,72 раза.

Дата добавления: 2017-01-13