рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры
- Раздел Изобретательство
- /
- Выпрямление колебаний
Реферат Курсовая Конспект
Выпрямление колебаний
Выпрямление колебаний - раздел Изобретательство, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ 8.5.1. Общие Сведения О Выпрямителях...
8.5.1. Общие сведения о выпрямителях
Радиотехнические устройства выполняют свои функции при наличии энер- гии, поступающей от источника электропитания, который формирует постоян- ные напряжения различных номиналов. В свою очередь источники электропи- тания получают энергию от сети переменного тока с частотой 50…400 Гц. Поэтому одной из функций устройств в составе источника электропитания яв- ляется преобразование энергии переменного тока (напряжения) в энергию по- стоянного тока. Данный процесс преобразования называется выпрямлением и реализуется устройством, которое получило название выпрямитель.
Выпрямление – это частный случай детектирования, при котором на вход детектора поступает немодулированное гармоническое колебание низкой час- тоты, а на выходе формируется сигнал в виде постоянного напряжения, вели- чина которого в идеале равна амплитуде входного сигнала (его огибающей). Это значит, что состав и структура схемы выпрямителя такая же, как и схемы детектора (см. рис. 8.11, 8.12,а).
Выпрямитель, как и детектор, осуществляет преобразование спектра вход-
ного сигнала, т.е. входной сигнал, представляющий собой гармоническое коле-
бание с частотой
ω =ω0 , преобразуется в выходной сигнал с частотой
ω = 0.
Отличие только в том, что полезной при выпрямлении является одна гармони-
ческая составляющая тока нелинейного элемента с частотой
ω = 0
(нулевая
гармоника), а при детектировании – все гармонические составляющие в полосе частот модулирующего сигнала.
8.5.2. Схемы выпрямителей
В качестве нелинейного элемента в схеме выпрямителя обычно применяют один или несколько полупроводниковых диодов, которые осуществляют пре- образование спектра входного сигнала. Фильтр низкой частоты выделяет нуле- вую составляющую спектра тока нелинейного элемента, формируя постоянное напряжение.
а. Однополупериодный выпрямитель
На рис 8.17 изображена функциональная схема однополупериодного вы-
прямителя, а также эпюры напряжений и тока в цепи выпрямителя.
Фильтром низкой частоты являются параллельно включенные сопротивле- ния нагрузки детектора и емкость, т.е. низкочастотный фильтр. Высокочастот- ные составляющие спектра тока диода фильтр не пропускает (емкость их шун- тирует). В то же время постоянная составляющая создает постоянное напряже- ние на сопротивлении нагрузки.
Рис. 8.17. Схема выпрямителя
Физические явления при выпрямлении подобны явлениям, происходящим при детектировании. Отличия очевидны из сравнения рис. 8.13,а и рис. 8.17,б.
Выходное напряжение выпрямителя является пульсирующим (см.
рис.8.17,б). Величина пульсаций определяется качеством фильтрации, т.е. зави-
сит от постоянной времени фильтра τц = RC . При большом значении постоян-
ной времени емкость фильтра разряжается медленно, при этом меньше изменя-
ется выходное напряжение за время периода входного напряжения. Очевидно, что постоянная времени цепи должна быть значительно больше периода вход- ного напряжения, т.е.
τц >> T0 = 2π
ω0 .
Выпрямитель обычно работает с использованием линейного участка ВАХ диода, что позволяет применить кусочно-линейную аппроксимацию этой ха- рактеристики для анализа работы выпрямителя методом угла отсечки. Полагая,
что на вход выпрямителя поступает напряжение
u(t ) = E cos Ωt , и применяя
рассуждения, приведенные при рассмотрении линейного детектирования, полу-
чаем зависимость угла отсечки от параметров диода и фильтра:
tgθ −θ
= π .
RS
Величина угла отсечки при выпрямлении, так же как при детектировании, зависит только от параметров схемы выпрямителя и не зависит от амплитуды входного напряжения.
|
должен быть меньше
20о . При этом значение произведения RS находится в
пределах 100. Учитывая, что
S = 1 Ri , где
Ri – внутреннее сопротивление дио-
да, параметры фильтра R и C определяются из соотношений:
R ≈ 100Ri
и С >> T0
R = 2π Rω0 .
Качество выпрямленного напряжения определяется величиной пульсаций. С позиций спектрального анализа основной причиной пульсаций является не- идеальная фильтрация составляющих спектра тока нелинейного элемента. По- этому величину пульсаций можно оценить коэффициентом пульсаций
|
| |
ξ = 1
+U2
+...+U2
,
где
U 0 , U1, U 2 ,...,U k
U0
– амплитуды гармонических составляющих спектра пуль-
сирующего напряжения.
Из физических соображений можно сделать вывод, что основной вклад в образование пульсаций принадлежит первой гармонике. Поэтому в рассматри- ваемом случае
ξ = U1
U0
= I1Z(ω0 ) ,
I0R
где
I0 и
I1 – амплитуды нулевой и первой гармоник тока нелинейного элемен-
та выпрямителя;
Z(ω0 )
– значение АЧХ фильтра на частоте первой гармоники.
Учитывая, что
I0 =α0
(θ)Im
= sinθ −θ cosθ I и
π(1− cosθ) m
I1 =α1
(θ)Im
= θ −sinθ cosθ
π(1− cosθ)
I m,
получаем
ξ = θ −sin θ cosθ
sin θ −θ cosθ
Z(ω0 ) .
R
Нетрудно показать, что справедливо неравенство
π Z(ω0 ) ≤ ξ ≤ 2 Z(ω0 ) .
2 R R
Для уменьшения пульсаций необходимо стремиться к увеличению сопро- тивления нагрузки выпрямителя (что не всегда зависит от разработчика выпря- мителя) и уменьшению значения коэффициента передачи фильтра на частоте первой гармоники. Для этого достаточно увеличить величину емкости фильтра.
б. Двухполупериодный выпрямитель
Лучшие параметры с точки зрения пульсаций имеет двухполупериодный выпрямитель. Он представляет собой соединение двух однополупериодных вы- прямителей, питающих общую нагрузку. На рис. 8.18,а приведена схема с дву- мя диодами, в которой вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от средней точки. Когда напряжение в верхнем конце обмотки трансформатора
положительно относительно средней точки, ток
i1 (t)
идет через диод VD1 в на-
правлении, указанном стрелкой. При этом напряжение на нижнем конце обмот-
ки отрицательно, и ток через диод VD2
не проходит. Через полупериод поляр-
ность напряжения на концах обмотки меняется на обратную. Диод VD1 запира-
ется, а диод
VD2
открывается, и ток
i2 (t )
проходит через диод
VD2 . В обоих
случаях через нагрузочное сопротивление токи проходят в одном направлении
и создают суммарный пульсирующий ток iд(t) = i1(t) + i2 (t) .
Рабочие процессы в выпрямителе показаны на рис. 8.18,б.
Рис. 8.18. Схема двухполупериодного выпрямителя
Необходимость применения трансформатора с выведенной средней точкой вторичной обмотки и неэффективное его использование (ток заряда емкости фильтра протекает в одном направлении) являются существенными недостат- ками данной схемы.
в. Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя
Эти недостатки отсутствуют в мостовой схеме двухполупериодного вы- прямителя. В этом выпрямителе (рис 8.19) вторичная обмотка не имеет средней точки и используется полностью в течение положительного и отрицательного
полупериода напряжения. В положительный полупериод открыты диоды VD1 и
VD3
(диоды VD2
и VD4
закрыты), в отрицательный полупериод открыты дио-
ды VD2
и VD4
(диоды VD1
и VD3
закрыты). Через открытые диоды происхо-
дит заряд конденсатора фильтра.
Рис. 8.19. Схема мостового двухполупериодного выпрямителя
Мостовая схема выпрямителя имеет два важных преимущества. Во- первых, обратное напряжение на диодах в 2 раза меньше, чем у других выпря- мителей. Во-вторых, можно применить более простой трансформатор (без средней точки), который может и отсутствовать. В силу того что ток заряда конденсатора проходит через два диода, у этого выпрямителя потери несколько больше.
Применяются также схемы выпрямителей с определенными специфиче- скими свойствами, например, с удвоением или умножением выходного напря- жения. Такие выпрямители позволяют получить выходное напряжение значи- тельно большее, чем амплитуда входного переменного напряжения (до не- скольких десятков киловольт).
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ
Учреждение образования... Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники... Кафедра радиотехнических устройств...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Выпрямление колебаний
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Реклама
Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право.
© copyright 1999 - 2024 allRefs.net. Все права защищены. Страница сгенерирована за: 0.022 сек.
Новости и инфо для студентов