рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

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.

k
Для получения на выходе напряжения, близкого к амплитуде, угол отсечки


 

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


U
2

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 (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:

Все темы данного раздела:

Радиотехника и информатика
    Для современного общества важнейшей является проблема использования информационных технологий во всех сферах человеческой деятельности. По своей значимости и актуаль

Диоинформатика
Информационный аспект работы любой системы предполагает использо- вание определенного материального носителя информации. Физический про- цесс, являющийся функцией некоторых параметров и используемы

Передающее устройство
Передающее устройство осуществляет преобразование передаваемого со- общения и приведение его к виду, пригодному для передачи в свободное про- странство с помощью антенн. С этой целью в состав устро

Приемное устройство
Высокочастотные радиосигналы, улавливаемые приемной антенной, по- ступают в приемное устройство. Приемное устройство осуществляет соответст- вующие преобразования принятого высокочастотного сигнала

Проблемы обнаружения и оптимальной обработки сигналов
Одной из основных задач радиолокационного приема является задача об- наружения. Суть этой задачи – определить, содержит ли принимаемое колеба- ние отраженный сигнал. Задача статистическая, то есть

Проблемы оптимизации и адаптации
Проблемы оптимизации и адаптации решаются при проектировании и экс- плуатации РТС. При оптимизации синтезируют наилучшую в определенном смысле функциональную и алгоритмическую структуру РТС, опирая

Математические модели сигналов
Для того чтобы сигналы являлись объектами теоретического изучения и анализа, необходимо иметь их математические модели. Математическая модель сигнала – это формализованное его представление в

Дельта-функция
Дельта-функция (δ -функция, функция Дирака) – это математическая мо- дель реально не существующего сигнала, который имеет бесконечную по вели- чине амплитуду и нулевую д

Функция единичного скачка
τ → 0τ Функция единичного скачка (функция Хевисайда) описывает процесс рез- кого (мгновенного) перехода ф

Характеристики сигналов
    Для сигнала, существующего в интервале ∆t = t2 −t1 , наиболее важными являются следующие характерис

Геометрические методы в теории сигналов
    В теории множеств имеется понятие действительного векторного про- странства, под которым понимается непустое множество V , для элементов ко- торого опр

Определение спектров некоторых сигналов
    3.4.1. Спектр колоколообразного (гауссова) импульса       Сигнал, описываемый функцией вида

Корреляционный анализ сигналов
    3.5.1. Общие положения     При решении многих задач оптимальной обработки сигналов возникает потребность определять степе

Свойства взаимокорреляционной функции
1. Значения R12 (τ) и R 21(τ) не изменятся, если вместо задержки сигнала s2 (t ) или

Дискретизация и восстановление сигналов по теореме отсчетов
(теореме Котельникова)     3.6.1. Теорема Котельникова     В настоящее время широко применяются циф

Рез равные промежутки времени
∆t ≤1 2 f m . Справедливость теоремы подтверждается тем, что сигнал s(t), спектр ко- торог

Определение коэффициентов ряда
    Значение коэффициентов Ck   определим, пользуясь формулой Ck = ∞  

Радиосигналы с амплитудной модуляцией
    4.2.1. Амплитудно-модулированные сигналы     Амплитудная модуляция (АМ; английский термин – amplitude modulation) являетс

Радиосигналы с угловой модуляцией
    4.3.1. Общие сведения об угловой модуляции     При угловой модуляции (английский термин – angle modulation) происхо- дит изменен

Импульсная модуляция
    4.4.1. Виды импульсной модуляции     В рассмотренных выше видах модуляции (АМ, ФМ, ЧМ) носителем пере- даваемой информаци

Узкополосные сигналы
    4.5.1. Общие сведения об узкополосных сигналах     В различных системах передачи информации широко применяются радио- сиг

Основные характеристики линейных цепей
    5.2.1. Характеристики в частотной области     Спектральное представление сигналов делает весьма удобным их анализ в часто

Дифференцирующая и интегрирующая цепи
    На рис. 5.1,а представлена схема линейного четырехполюсника в виде по- следовательной RC -цепи с постоянной времени τ = RC

Фильтр нижних частот
    В качестве фильтра нижних частот во многих радиотехнических устройст- вах (выпрямителях, детекторах и др.) применяется схема, изображенная на рис. 5.3,а. Ча

Параллельный колебательный контур
    Параллельный колебательный контур – это частотно-избирательная цепь, образованная параллельным соединением индуктивности L и емкости C . Ак-

Усилители
    Для увеличения мощности сигналов с сохранением их формы используют усилители. Принцип действия усилителей основан на преобразовании энергии источника питания в энерг

Область нижних частот
В области нижних частот сопротивление емкости xc =1 ωC     имеет боль- шое значение по сравнению со значения

Область верхних частот
В области верхних частот сопротивления емкостей уменьшаются по срав- нению с их значениями в области нижних и средних частот. Поэтому шунти- рующим действием емкостей

Положительная обратная связь
Обеспечивается при условии ϕ(ω) +ϕβ (ω) = 2kπ , где k – целое число, т.е. при поступлении на вход основной цепи сигнала

Отрицательная обратная связь
Обеспечивается при условии ϕ(ω)+ϕβ (ω) = (2k +1)π , т.е. при поступле- нии на вход основной цепи сигнала обратной связи в проти

Реактивная и комплексная обратная связь
Реактивная обратная связь устанавливается при условии ϕ(ω) +ϕβ (ω) = 2kπ +π

Постановка задачи
    Анализ любой радиотехнической цепи сводится к установлению зависимо- сти между входным сигналом и сигналом, формируемым на выходе. В общем случае радиотехническая це

Точные методы анализа линейных цепей
    6.2.1. Классический метод     Классический метод основан на составлении и решении линейного диффе- ренциального уравнения

Прохождение периодического сигнала через линейную цепь
Спектр периодического сигнала определяется путем разложения сигнала в ряд Фурье, комплексная форма которого имеет вид ∞     1 T 2

Прохождение непериодического сигнала через линейную цепь
Спектр непериодического сигнала (спектральная плотность) определяется путем вычисления прямого преобразования Фурье ∞ S( jω) = ∫

Приближенные методы анализа линейных цепей
    6.3.1. Приближенный спектральный метод     Приближенный спектральный метод применяется в случае, если эффек-

Суть метода
Рассматриваем прохождение сигнала с частотной модуляцией через узко- полосную цепь. Выходной сигнал определяется для фиксированного значения частоты ω(t

Прохождение амплитудно-модулированного сигнала через избирательную цепь
    Определим сигнал, формируемый резонансным усилителем, при поступле- нии на его вход АМ–сигнала с тональной модуляцией. Частотная характеристика рез

Свойства и характеристики нелинейных цепей
    При проектировании большинства радиотехнических устройств возникает необходимость преобразования спектра полезного сигнала. К их числу относят- ся устройства, которы

Способы аппроксимации характеристик нелинейных элементов
Характеристики реальных нелинейных элементов, которые определяют обычно с помощью экспериментальных исследований, имеют сложный вид и представляются в виде таблиц или графиков. В то же время д

Методы анализа нелинейных цепей
    Используются следующие методы анализа нелинейных цепей: 1. Аналитические. Позволяют в каждом конкретном случае получить ча-

Общее решение задачи анализа нелинейной цепи
    Рассмотрим процессы, происходящие в безынерционном нелинейном уст- ройстве, характеристика которого представлена на рис. 7.2. На вход устройства поступает гармоничес

Определение спектра тока в нелинейной цепи при степенной аппроксимации характеристики
    7.5.1. Гармонический сигнал на входе     Предположим, что рабочий участок характеристики нелинейного элемента описывается

Определение спектра тока в нелинейной цепи при кусочно-линейной аппроксимации характеристики
    При воздействии на нелинейный элемент сигнала с большой амплитудой и выборе рабочей точки на нижнем изгибе вольт-амперной характеристики целе- сообразно применить ме

Нелинейное резонансное усиление сигналов
    Усилитель – это устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию сигнала. Управление преобразованием осуществляется входным сиг- налом

Умножение частоты
В передающих и приемных трактах систем связи, а также в некоторых из- мерительных устройствах широко применяется нелинейное преобразование гармонического колебания, в результате которого часто

Амплитудная модуляция
    8.3.1. Общие сведения об амплитудной модуляции     Амплитудная модуляция – это процесс формирования амплитудно-моду- лиро

Амплитудное детектирование
    8.4.1. Общие сведения о детектировании     Детектирование (демодуляция) – это процесс преобразования высокочас- тотного м

Угловая модуляция
    8.6.1. Общие принципы получения сигналов с угловой модуляцией     Радиосигналы с угловой модуляцией имеют вид

Детектирование сигналов с угловой модуляцией
    8.7.1. Общие принципы детектирования сигналов с угловой модуляцией     Радиосигналы с угловой модуляцией, имеющие вид

Преобразование частоты
    8.8.1. Принцип преобразования частоты Преобразование частоты сигнала – это процесс, который обеспечивает ли- нейный перенос спектра сигнала на о

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги