Filtros anti-aliasing y estabilizadores de voltaje
Los filtros de suavizado están diseñados para reducir la ondulación del voltaje rectificado. El suavizado de ondulación se evalúa mediante el factor de suavizado q.
Los elementos principales de los filtros de suavizado son los condensadores, inductores y transistores cuya resistencia es diferente para corrientes continuas y alternas.
Dependiendo del tipo de elemento filtrante, se hace una distinción entre filtros capacitivos, inductivos y electrónicos. De acuerdo con el número de enlaces de filtrado, los filtros se dividen en enlace único y enlace múltiple.
Un filtro capacitivo es un condensador de gran capacidad que está conectado en paralelo con la resistencia de carga Rn. Un condensador tiene una alta resistencia de CC y una baja resistencia de CA. Consideremos el funcionamiento del filtro en el ejemplo de un circuito rectificador de media onda (Fig. 1, a).
Figura 1-Rectificador monofásico de media onda con filtro capacitivo: a) circuito b) cronogramas de operación
Cuando una media onda positiva fluye en el intervalo de tiempo t0 — t1 (Fig. 2.63, b), la corriente de carga (corriente de diodo) y la corriente de carga del capacitor fluyen.El capacitor está cargado y en el tiempo t1 el voltaje en el capacitor excede la caída de voltaje del devanado secundario — el diodo se cierra y en el intervalo de tiempo t1 — t2 la corriente en la carga es proporcionada por la descarga del capacitor. Che. la corriente en la carga fluye constantemente, lo que reduce significativamente la ondulación del voltaje rectificado.
Cuanto mayor sea la capacitancia del capacitor Cf, menor será la excitación. Esto está determinado por el tiempo de descarga del capacitor: la constante de tiempo de descarga τ = СfRн. En τ> 10, el coeficiente de suavizado está determinado por la fórmula q = 2π fc m Cf Rn, donde fc es la frecuencia de la red, m es el número de semiperíodos de la tensión rectificada.
Se recomienda utilizar un filtro capacitivo con una resistencia de carga RH de alta resistencia a potencias de carga bajas.
Filtro inductivo (estrangulador) está conectado en serie con Rn (Fig. 3, a). La inductancia tiene baja resistencia de CC y alta resistencia de CA. El suavizado de ondas se basa en el fenómeno de la autoinducción, que inicialmente evita que la corriente aumente y luego la apoya con su disminución (Fig. 2, b).
Figura 2-Rectificador monofásico de media onda con filtro inductivo: a) circuito, b) cronogramas de operación
Los filtros inductivos se utilizan en rectificadores de media y alta potencia, es decir, en rectificadores que funcionan con grandes corrientes de carga.
El coeficiente de suavizado está determinado por la fórmula: q = 2π fs m Lf / Rn
El funcionamiento del filtro capacitivo e inductivo se basa en que durante el paso de la corriente consumida por la red, el capacitor y el inductor almacenan energía, y cuando no hay corriente de la red, o esta disminuye, los elementos ceden un apagado de la energía almacenada, manteniendo la corriente (el voltaje) en la carga.
Los filtros de unión múltiple utilizan las propiedades de suavizado tanto de los condensadores como de los inductores. En los rectificadores de baja potencia, donde la resistencia de la resistencia de carga es de varios kOhm, en lugar del estrangulador Lf, se incluye la resistencia Rf, lo que reduce significativamente la masa y las dimensiones del filtro.
La Figura 3 muestra los tipos de filtros de escalera LC y RC.
Figura 3-Filtros multiunión: a) LC en forma de L, b) LC en forma de U, c) filtro RC
Los estabilizadores están diseñados para estabilizar un voltaje (corriente) constante de la carga durante las fluctuaciones en el voltaje de la red y los cambios en la corriente consumida por la carga.
Los estabilizadores se dividen en estabilizadores de voltaje y corriente, así como en paramétricos y de compensación. La estabilidad de la tensión de salida se evalúa mediante el factor de estabilización Kst.
Estabilizador paramétrico basado en el uso de un elemento con una característica no lineal: un diodo zener semiconductor.El voltaje del diodo zener es casi constante con un cambio significativo en la corriente inversa a través del dispositivo.
El circuito estabilizador paramétrico se muestra en la Figura 4. El voltaje de entrada UBX se distribuye entre la resistencia limitadora Rlim y el diodo zener VD conectado en paralelo y la resistencia de carga Rn.
Figura 4 — Estabilizador paramétrico
A medida que aumenta el voltaje de entrada, aumentará la corriente a través del diodo zener, lo que significa que aumentará la corriente a través de la resistencia limitadora y se producirá una mayor caída de voltaje a través de él, y el voltaje de carga permanecerá sin cambios.
El estabilizador paramétrico tiene un Kst del orden de 20-50. Las desventajas de este tipo de estabilizadores son las bajas corrientes de estabilización y la baja eficiencia.
Los estabilizadores paramétricos se utilizan como fuentes de voltaje auxiliar, así como cuando la corriente de carga es pequeña, no más de cientos de miliamperios.
Un estabilizador de compensación utiliza la resistencia variable del transistor como resistencia limitadora. A medida que aumenta el voltaje de entrada, también aumenta la resistencia del transistor; en consecuencia, a medida que disminuye el voltaje, disminuye la resistencia. En este caso, el voltaje en la carga permanece sin cambios.
El circuito estabilizador de los transistores se muestra en la Figura 5. El principio de regulación del voltaje de salida URn se basa en un cambio en la conductividad del transistor de regulación VT1.
Figura 5 — Esquema del regulador de voltaje de compensación
Un circuito de comparación de voltaje y un amplificador de CC están ensamblados en el transistor VT2. El circuito de medición R3, R4, R5 está incluido en su circuito base y la fuente de voltaje de referencia R1VD está incluida en el circuito emisor.
Por ejemplo, a medida que aumenta el voltaje de entrada, también aumentará la salida, lo que provocará un aumento del voltaje en la base del transistor VT2, mientras que al mismo tiempo el potencial del emisor VT2 seguirá siendo el mismo.Esto conducirá a un aumento en la corriente de base y, por lo tanto, la corriente de colector del transistor VT2: el potencial de base del transistor VT1 disminuirá, el transistor se cerrará y se producirá una mayor caída de voltaje en él, y el voltaje de salida disminuirá. permanece inalterable.
Hoy en día, los estabilizadores se producen en forma de circuitos integrados. En la Figura 6 se muestra un esquema típico para encender un estabilizador integrado.
Figura 6: esquema típico para encender un estabilizador de voltaje incorporado
Designación de las salidas del microcircuito estabilizador: «IN» — entrada, «OUT» — salida, «GND» — común (carcasa). Si el estabilizador es ajustable, entonces hay una salida «ADJ» — ajuste.
La selección del estabilizador se basa en el valor de la tensión de salida, la corriente máxima de carga y el rango de variación de la tensión de entrada.