Bộ lọc khử răng cưa và bộ ổn áp

Bộ lọc làm mịn được thiết kế để giảm gợn điện áp được chỉnh lưu. Làm mịn gợn sóng được đánh giá bằng hệ số làm mịn q.

Các yếu tố chính của bộ lọc làm mịn là tụ điện, cuộn cảm và các bóng bán dẫn có điện trở khác nhau đối với dòng điện một chiều và xoay chiều.

Tùy thuộc vào loại phần tử bộ lọc, có sự phân biệt giữa bộ lọc điện dung, cảm ứng và điện tử. Theo số lượng liên kết lọc, các bộ lọc được chia thành liên kết đơn và đa liên kết.

Bộ lọc điện dung là một tụ điện có dung lượng lớn được mắc song song với điện trở tải Rn. Một tụ điện có điện trở DC cao và điện trở AC thấp. Hãy xem xét hoạt động của bộ lọc trên ví dụ về mạch chỉnh lưu nửa sóng (Hình 1, a).

Hình 1-Bộ chỉnh lưu nửa kỳ một pha với bộ lọc điện dung: a) mạch điện b) sơ đồ thời gian hoạt động

Khi một nửa sóng dương chạy trong khoảng thời gian t0 — t1 (Hình 2.63, b), dòng điện tải (dòng đi-ốt) và dòng điện tích của tụ điện chạy qua.Tụ điện được tích điện và tại thời điểm t1 điện áp trong tụ điện vượt quá điện áp rơi của cuộn thứ cấp - điốt đóng lại và trong khoảng thời gian t1 - t2 dòng điện trong tải được cung cấp bởi sự phóng điện của tụ điện. Chế. dòng điện trong tải chạy liên tục, điều này làm giảm đáng kể độ gợn của điện áp được chỉnh lưu.

Điện dung của tụ Cf càng lớn thì độ kích từ càng nhỏ. Điều này được xác định bởi thời gian xả của tụ điện — hằng số thời gian xả τ = СfRн. Khi τ > 10, hệ số làm mịn được xác định theo công thức q = 2π fc m Cf Rn, trong đó fc là tần số của mạng, m là số nửa chu kỳ của điện áp chỉnh lưu.

Nên sử dụng bộ lọc điện dung có điện trở tải RH điện trở cao ở công suất tải thấp.

Bộ lọc cảm ứng (cuộn cảm) được mắc nối tiếp với Rn (Hình 3, a). Điện cảm có điện trở DC thấp và điện trở AC cao. Làm mịn Ripple dựa trên hiện tượng tự cảm ứng, ban đầu ngăn dòng điện tăng lên, sau đó hỗ trợ dòng điện giảm dần (Hình 2, b).

Hình 2-Bộ chỉnh lưu nửa sóng một pha với bộ lọc cảm ứng: a) mạch điện, b) sơ đồ thời gian hoạt động

Bộ lọc cảm ứng được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu công suất trung bình và cao, tức là trong các bộ chỉnh lưu hoạt động với dòng tải lớn.

Hệ số làm mịn được xác định theo công thức: q = 2π fs m Lf / Rn

Hoạt động của bộ lọc điện dung và cảm ứng dựa trên thực tế là trong quá trình dòng điện được tiêu thụ bởi mạng, tụ điện và cuộn cảm lưu trữ năng lượng và khi không có dòng điện từ mạng hoặc giảm, các phần tử sẽ cung cấp tắt năng lượng được lưu trữ, duy trì dòng điện (điện áp) trong tải.

Bộ lọc đa tiếp giáp sử dụng các đặc tính làm mịn của cả tụ điện và cuộn cảm. Trong các bộ chỉnh lưu công suất thấp, trong đó điện trở của điện trở tải là vài kOhm, thay vì cuộn cảm Lf, điện trở Rf được đưa vào, giúp giảm đáng kể khối lượng và kích thước của bộ lọc.

Hình 3 cho thấy các loại bộ lọc bậc thang LC và RC.

Hình 3-Bộ lọc đa tiếp giáp: a) LC hình chữ L, b) LC hình chữ U, c) Bộ lọc RC

Bộ ổn định được thiết kế để ổn định điện áp (dòng điện) không đổi của tải trong quá trình dao động của điện áp lưới và thay đổi dòng điện do tải tiêu thụ.

Bộ ổn định được chia thành bộ ổn định điện áp và dòng điện, cũng như tham số và bù. Độ ổn định của điện áp ra được đánh giá bằng hệ số ổn định Kst.

Bộ ổn định tham số dựa trên việc sử dụng một phần tử có đặc tính phi tuyến tính - điốt zener bán dẫn Điện áp của điốt zener gần như không đổi với sự thay đổi đáng kể của dòng điện ngược qua thiết bị.

Mạch ổn định tham số được hiển thị trong Hình 4. Điện áp đầu vào UBX được phân phối giữa điện trở giới hạn Rlim và điốt zener được kết nối song song VD và điện trở tải Rn.

Hình 4 - Bộ ổn định tham số

Khi điện áp đầu vào tăng lên, dòng điện qua diode zener sẽ tăng lên, điều đó có nghĩa là dòng điện qua điện trở giới hạn sẽ tăng lên và điện áp rơi trên nó sẽ lớn hơn và điện áp tải sẽ không thay đổi.

Bộ ổn định tham số có Kst theo thứ tự 20-50. Nhược điểm của loại ổn định này là dòng ổn định thấp và hiệu quả thấp.

Bộ ổn định tham số được sử dụng làm nguồn điện áp phụ, cũng như khi dòng tải nhỏ - không quá hàng trăm milliamp.

Bộ ổn định bù sử dụng điện trở thay đổi của bóng bán dẫn làm điện trở giới hạn. Khi điện áp đầu vào tăng, điện trở của bóng bán dẫn cũng tăng, tương ứng, khi điện áp giảm, điện trở giảm. Trong trường hợp này, điện áp trong tải không thay đổi.

Mạch ổn định của bóng bán dẫn được hiển thị trong Hình 5. Nguyên tắc điều chỉnh điện áp đầu ra URn dựa trên sự thay đổi độ dẫn điện của bóng bán dẫn điều chỉnh VT1.

Hình 5 - Sơ đồ bộ điều chỉnh điện áp bù

Một mạch so sánh điện áp và bộ khuếch đại DC được lắp ráp trên bóng bán dẫn VT2. Mạch đo R3, R4, R5 được bao gồm trong mạch cơ sở của nó và nguồn điện áp tham chiếu R1VD được bao gồm trong mạch bộ phát.

Ví dụ, khi điện áp đầu vào tăng, đầu ra cũng sẽ tăng, điều này sẽ dẫn đến điện áp ở đế của bóng bán dẫn VT2 tăng, đồng thời điện thế của bộ phát VT2 sẽ không đổi.Điều này sẽ dẫn đến sự gia tăng dòng điện cơ bản, và do đó dòng điện thu của bóng bán dẫn VT2 - điện thế cơ sở của bóng bán dẫn VT1 sẽ giảm, bóng bán dẫn sẽ đóng lại và điện áp rơi lớn hơn sẽ xảy ra trên nó, và điện áp đầu ra sẽ vẫn không thay đổi.

Ngày nay, chất ổn định được sản xuất dưới dạng mạch tích hợp. Một sơ đồ điển hình để bật bộ ổn định tích hợp được hiển thị trong Hình 6.

Hình 6 - Sơ đồ điển hình để bật ổn áp tích hợp

Chỉ định các đầu ra của vi mạch ổn định: «IN» — đầu vào, «OUT» — đầu ra, «GND» — chung (trường hợp). Nếu bộ ổn định có thể điều chỉnh được, thì có đầu ra «ADJ» — điều chỉnh.

Việc lựa chọn bộ ổn định dựa trên giá trị của điện áp đầu ra, dòng tải tối đa và phạm vi biến thiên của điện áp đầu vào.