Основы электронной техники (стр. 32 )

Рис. 28.16. Фиксация уровня постоянной составляющей, (а) Уровень фиксации 0 В.

(б) Выходной сигнал (точка X) изменяется от 0 до 10 В,

тогда как входной сигнал изменяется от -5 до +5 В.

Рис. 28.17. Сигнал на выходе схемы, изображенной на рис. 28.16, при посто­янной времени: (а) очень большой, (б) сравнимой с периодом входного сигнала, (в) малой.

Этот заряд сохраняется до прихода фронта следую­щего импульса.

Фронт импульса CD представляет собой положительный перепад напряжения величиной 10 В. Он состоит из высокочастотных составляющих поэтому проходит через конденсатор, изменяя потенциал точки Х от 0 до +10 В (рис. 28.16(б).

Диод теперь смещен в обратном направлении (т. е. цепь разомкнута) падением напряжения 10 В на резисторе R. Начинающий протекать ток пытается перезарядить конденсатор в противоположном направле­нии; при этом выходное напряжение начинает падать. Однако, если по­стоянная времени RC велика в сравнении с периодом входного сигнала, конденсатор не успеет потерять свой отрицательный заряд до прихода следующего среза входного импульса (рис. 28.17(а)).

При величине постоянной времени, сравнимой с периодом вход­ного сигнала, выходной сигнал будет иметь форму, показанную на рис. 28.17(б). При малой постоянной времени схема превращается в диф­ференциатор (рис. 28.17(в)).

Чтобы получить большую величину постоянной времени, резистор R можно удалить. При этом постоянная времени будет определяться как С · r, где r — обратное сопротивление диода. Чтобы получить на выхо­де нулевой уровень фиксации при отрицательной полярности выходно­го сигнала, следует поменять полярность включения диода (рис. 28.18). Обратите внимание, что постоянная составляющая входного сигнала бло­кируется конденсатором и не влияет на величину выходного сигнала.

Рис. 28.18. Фиксация выходного сигнала на нулевом уровне при его отрица­тельной полярности.

Чтобы нарисовать график выходного сигнала, нужно сначала нари­совать входной сигнал и затем провести линию нулевого уровня. Если Диод включен таким образом, что ограничивает положительные отклоне­ния сигнала, то весь выходной сигнал будет расположен ниже нулевого уровня, и наоборот.

Схемы фиксации можно применять не только для сигналов прямоугольной формы. На рис. 28.19 показана схема фиксации синусоидального сигнала.

Для фиксации сигнала на уровнях, отличных от нулевого, последовательно с диодом включается источник ЭДС, который смещает диод в прямом (рис. 28.20(а)) или обратном (рис. 28.20(б)) направлении. На схе­ме рис. 28.20(б) на диод подано обратное смещение +5 В, в результате чего выходной сигнал не может иметь значение, большее +5 В. Посколь­ку схема фиксации не изменяет размах входного сигнала, то выходной сигнал изменяется от +5 В до -15 В при общем размахе 20 В.

Рис. 28.19. Фиксация уровня синусоидального сигнала.

Рис. 28.20. Фиксация сигнала на уровне -5 В (а) и +5 В (б).

29

Источники питания II

Выпрямление тока

Существует два типа выпрямителей.

1 Однополупериодный выпрямитель, показан на рис. 29.1. Диод D1 в схеме на рис. 29.1 (а) проводит ток только в течение положительных полупериодов входного напряжения, обеспечивая формирование на выходе выпрямителя напряжение только положительной полярности. Если изменить полярность включения диода (рис. 29.1(б)), то на выхо­де выпрямителя будут воспроизводиться только отрицательные полу­периоды входного напряжения. Выходное напряжение содержит по­стоянную составляющую (рис. 29.2), уровень которой приблизительно втрое ниже максимального (пикового) уровня напряжения (0,318Vp, где Vp – максимальное напряжение).

2. Двухполупериодный выпрямитель, показан на рис. 29.3. В этом слу­чае используется трансформатор с отводом от средней точки вторич­ной обмотки. ЭДС, индуцируемые в каждой из половин вторичной обмотки, в любой момент времени равны по величине и противоположны по знаку.

Рис. 29.1. Однополупериодный выпрямитель с положительной (а)

и отрицательной (б) полярностью выходного напряжения.

Рис. 29.3. Двухполупериодный выпрямитель с использованием трансформатора с отводом от средней точки вторичной обмотки.

 

Рис. 29.2.

Рис. 29.4. Уровень постоянной составляющей при двухполупериодном выпря­млении синусоидального тока вдвое выше (0,636Vр), чем при однополупериодном выпрямлении.

Для одного полупериода входного напряжения потенциал точки А положителен, а потенциал точки В отрицателен по отноше­нию к среднему выводу вторичной обмотки, для другого полупериода ситуация изменяется на обратную. В первом случае открыт диод di и через этот диод и нагрузку RL протекает ток I1. Во втором случае открыт диод D1 и ток I2 протекает через нагрузку RL в том же на­правлении, что и ток I1. Форма выходного напряжения показана на рис. 29.4. В данном случае уровень постоянной составляющей на выходе выпрямителя вдвое выше, чем при однополупериодном выпрямле­нии тока (0,636Vp, или приблизительно две трети от максимального напряжения).

Мостовой выпрямитель

Еще одна схема, обеспечивающая двухполупериодное выпрямление тока, показана на рис. 29.5. Это так называемый мостовой выпрямитель. В те­чение положительного полупериода входного напряжения (рис. 29.6(а)) потенциал точки А положителен, а потенциал точки В отрицателен. Дио­ды D1 и D3 открыты, и ток I1 протекает через нагрузку RL в направлений, указанном стрелкой (сверху вниз на рисунке). В течение отрицательного полупериода (рис. 29.6(б)), напротив, потенциал точки А отрицателен, а потенциал точки В положителен.

Рис. 29.5. Мостовой выпрямитель.

Рис. 29.6.

Теперь открыты диоды D2 и D4, и ток протекает через нагрузку RL в том же самом направлении.

Для мостового выпрямителя не нужен трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки. Однако трансформатор может быть использован для изменения уровня переменного напряжения на входе этого выпрямителя.

Накопительный конденсатор

Для снижения уровня переменных составляющих выпрямленного тока используется накопительный конденсатор С1, включаемый параллельно нагрузке (рис. 29.7). Этот конденсатор заряжается до максимального входного напряжения и затем разряжается через нагрузку RL, предот­вращая быстрый спад напряжения. На рис. 29.8 иллюстрируется влияние накопительного конденсатора на форму выходного напряжения однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей. В обоих случаях выходное напряжение содержит значительную по величине постоянную составляющую, на которую наложены малые пульсации напряжения. Амплитуда этих пульсаций определяется постоянной времени (RC-постоянной) для используемого накопительного конденсатора и нагрузочного резистора.

Рис. 29.7. Источник питания постоянного тока с накопительным конденсато­ром.

Рис. 29.8. Влияние накопительного конденсатора на форму выпрямленного

синусоидального напряжения.

Поэтому накопительный конденсатор должен иметь значительную емкость – от 100 до 5000 мкФ (и даже больше).

Сравнение двух временных диаграмм, представленных на рис. 29.8, показывает, что двухполупериодное выпрямление тока имеет следующие преимущества:

1. Время разряда накопительного конденсатора меньше, поэтому амплитуда пульсаций выходного напряжения тоже меньше.

2. Частота пульсаций вдвое превышает частоту входного питающего напряжения переменного тока, тогда как при однополупериодном выпрямлении частота пульсаций совпадает с частотой питающего напряжения. Например, если выпрямитель питается от бытовой электросети, то для двухполупериодного выпрямителя частота пульсаций будет равна 2 · 50 = 100 Гц, а для однополупериодного — только 50 Гц. Как будет показано далее, более высокочастотные пульсации отфильтро­вываются легче.

Напряжение холостого хода

Напряжением холостого хода называют величину выходного напряжений источника питания при нулевом токе нагрузки, т. е. при отключенной нагрузке.

Рис. 29.9. Напряжение холостого хода равно максимальному входному напря­жению.

На рис 29.9 показан простой источник питания без нагрузочного резистора. Накопительный конденсатор заряжается, как обычно, до максимального значения входного напряжения. Однако, если нагрузка подключена (no load), этот конденсатор сохраняет свой заряд и обеспечивает тем самым постоянное значение выходного напряжения (равное максимальному входному напряжению) без каких-либо пульсаций. Та­ким образом, напряжение холостого хода Vnl – это максимально воз­можное выходное напряжение источника питания. При питании от бы­товой электросети с напряжением Vср. кв. = 240 В (среднеквадратическое значение) напряжение холостого хода