Сглаживающие фильтры

Выпрямители

Одним из главных применений полупроводниковых диодов является выпрямление переменного тока. Выпрямитель служит для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение.

Мостовая схема выпрямления изображена на рис.46 и состоит из трансформатора Ти четырех дио­дов: VD ₁ - VD ₄.

Рис.46 Мостовая двухполупериодная схема выпрямления.

Диагональ АВ моста подключена к вторичной об­мотке трансформатора, а диагональ СD – к нагрузке. Полярность напряжения на вторичной обмотке изменяется каждую половину периода, в результате чего при более высоком потенциале точки А(+) по сравнению с потенциалом точки В{-) ток проходит в течение первого полупериода А -> VD1 -> С-> R ->D -> VD3 -> B -> А, а вследующий полупериод по пути B->VD2 ->C ->R ->D ->VD4 ->A.

Таким образом, выпрямленный ток идет через на­грузку R в течение всего периода переменного тока, поэтому мостовая схема является двухполупериодной.

Рассмотренные схемы выпрямления переменно­го тока позволяют получать выпрямленное, но пуль­сирующее напряжение. Для питания электронных приборов пульсирующее напряжение непригодно: оно создает фон переменного тока, вызывает иска­жения сигналов и приводит к неустойчивой работе приборов. Для устранения пульсаций (сглаживания) применяют сглаживающие фильтры.

Сглаживающий фильтр состоит из реактивных элементов: конденсаторов и катушек индуктивнос­ти (дросселей) (рис.47). Сущность работы сглаживающего фильтра состоит в разделении пульсирующего тока i(t) на постоянную I₀ и переменную iсоставляю­щие. Постоянная составляющая направ­ляется в нагрузку, а нежелательная переменная за­мыкается через конденсатор, минуя нагрузку.

Рис.47. Схема сглаживающего фильтра

Физическая сущность работы в фильтре конден­сатора и дросселя состоит в том, что конденсатор (обычно большой емкости), подключенный парал­лельно нагрузке, заряжается при нарастании импуль­сов выпрямленного напряжения и разряжается при их убывании, сглаживая тем самым его пульсации. Дроссель, наоборот, при нарастании импульсов выпрямленного тока в результате действия ЭДС самоиндукции задерживает рост тока, а при убывании импульсов задерживает его убывание, сглаживая пуль­сации тока в цепи нагрузки. С другой стороны, кон­денсатор и дроссель можно рассматривать как некие резервуары энергии. Они запасают ее, когда ток в цепи нагрузки превышает среднее значение, и отдают, ког­да ток стремится уменьшиться ниже среднего значе­ния. Это и приводит к сглаживанию пульсаций.

Наиболее распространенными сглаживающими фильтрами в выпрямителях электронных приборов являются П-образные LС-фильтры (рис.46, а). В них постоянная составляющая выпрямленного тока, свободно проходящая через дроссель, попадает затем в нагрузку и замыкается через трансформа­тор. Переменные составляющие, замыкаясь через большие емкости С₁и С₂, в нагрузку не проходят.

При небольших токах нагрузки успешно работа­ет Г-образный фильтр (рис.46, б), а при малых токах нагрузки в качестве сглаживающего фильтра достаточно включить конденсатор (рис.46, в), что и делается в переносных радиоприемниках и маг­нитолах.

Во многих случаях дроссель заменяют ре­зистором, что несколько снижает качество фильтра­ции, но зато значительно удешевляет фильтр (рис.46, г, д). В наиболее ответственных случаях сглаживающий фильтр делают многозвенным, состоящим из нескольких П-образных или Г-образных LСили RСфильтров (рис.46, е).

д е

Рис.48. Схемы сглаживающих фильтров.

5. Типы усилителей на транзисторах

Усилители — это электронные цепи, которые ис­пользуются для увеличения амплитуды электронного сигнала. Цепь, рассчитанная на преобразование низ­кого напряжения в высокое, называется усилителем напряжения. Цепь, рассчитанная на преобразование слабого тока в сильный, называется усилителем тока. В современной радиоэлектронике основными усилительными устройствами являются транзисторы.

Для того чтобы транзистор обеспечивал усиление, он должен быть в состоянии принять входной сигнал и выдать выходной сигнал, значительно больший, чем входной. Входной сигнал управляет током, текущим через транзистор. Этот ток в свою очередь управляет на­пряжением на нагрузке. Транзисторная цепь рас­считана таким образом, чтобы брать напряжение от внешнего источника питания и подавать его на ре­зистор нагрузки в виде выходного напряжения. Существует несколько способов включения тран­зистора в цепь: схема с общей базой,схема с общим эмиттером и схема с общим коллектором. В каж­дой из этих схем один из выводов транзистора слу­жит общей точкой, а два других являются входом и выходом, при этом на переход эмиттер-база подается напряжение смещения в прямом направлении, а на переход коллектор-база - в обратном. Каждая схема имеет преимущества и недостатки и может быть со­брана как с р-n-р,так и с n-р-nтранзистором.

В схеме с общей базой (рис.49) входной сиг­нал подается в цепь эмиттер-база, а выходной сни­мается с цепи коллектор-база. База является общим элементом для входа и выхода.

Рис.49. Схема включения транзистора с общей базой.

В схеме с общим эмиттером (рис.50) входной сигнал подается в цепь эмиттер-база, а выходной сиг­нал снимается с цепи коллектор-эмиттер. Эмиттер является общим для входа и выхода. Этот способ включения транзистора используется наиболее ши­роко.

Рис.50. Схема включения транзистора с общим эмиттером.

Третий тип соединения (рис.51) - это схема с общим коллектором. В этой схеме входной сигнал подается в цепь база-коллектор, а выходной сигнал снимается с цепи эмиттер-коллектор. Здесь коллектор является общим для входа и выхода. Эта схема используется для согласования импедансов (импедансом называется полное сопротивление цепи переменному току).

Рис.51. Схема включения транзистора с общим коллектором.

В таблице 3 приведены входные и выходные сопротивления, а также величина усиления по на­пряжению, току и мощности для трех схем включения транзистора.

Таблица 3. Электрические параметры усилителей

Тип цепи	Входное сопротивление	Выходное сопротивление	Усиление по напряжению	Усиление по току	Усиление по мощности
Общая база	десятки Ом	сотни кОм- единицы МОм	несколько сотен Ом	меньше единицы	несколько сотен Ом
Общий эмиттер	тысячи Ом	десятки –сотни кОм	несколько десятков Ом	несколько сотен Ом	несколько тысяч Ом
Общий коллектор	десятки -сотни кОм	десятки -сотни Ом	меньше единицы	несколько сотен Ом	несколько десятков Ом

Отметим, что схема с общим эмиттером изменяет фазу входного сигнала на 180°, тогда как схемы с общей базой и с общим коллектором фазу входного сигнала не изменяют. Как видно из рисунков, все три схемы усиления требуют двух источников тока. Переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направле­нии, а переход база-коллектор должен быть смещен в обратном направлении. Однако оба напряжения смещения могут быть обеспечены с помощью одного источника тока.

Глава 10. Меры электробезопасности

Дата добавления: 2014-12-17