27. Активные сглаживающие фильтры. Схема активного фильтра об и ок. График зависимости тока коллектора от напряжения на переходе при различных значениях тока базы.

Из-за ряда достоинств активные фильтры нашли широкое распространение при небольших выходных мощностях . К таким достоинствам относятся:

• высокие качественные и энергетические показатели;

• широкий диапазон частот;

• простота конструкции;

• малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки;

• малые магнитные поля из-за отсутствия индуктивности в схеме фильтра;

• отсутствие опасных режимов при возникновении переходного процесса, т.к. нет перенапряжения при “сбросе” тока нагрузки.

К недостаткам схемы можно отнести: снижение к.п.д. устройства при увеличении тока нагрузки из-за увеличения потерь на транзисторе; необходимость защиты транзистора в переходных режимах.

Принцип действия активных фильтров основан на свойстве транзистора создавать различные сопротивления для переменного и постоянного токов. Характерны два способа построения фильтров. Первый способ состоит в том, что транзистор включается по схеме с общим коллектором.

График зависимости тока коллектора от напряжения на переходе при различных значениях тока базы.

Ток коллектора I_К в схеме фильтра ОК мало зависит от величины приложенного к переходу коллектор- эмиттер напряжения U_К при постоянном значении тока базы. На рисунке приведены графики зависимости I_К = f (U_К ) при I_б = const.

Если провести на графике нагрузочную прямую (U_К = U_ВХ при I_КО = 0 и I_К = U_ВХ / R_Н при U_К = 0 ) и выбрать на ней рабочую точку А { U_К0 , I_КО }, то сопротивление транзистора переменой составляющей тока в точке А

R_Д =  U_К / I_К будет много больше его сопротивления постоянному току

R_С = U_К0 / I_КО , т.е. R_Д  R_С . Соответственно переменная составляющая выпрямленного напряжения U_В.ПЕР. на входе фильтра вызывает небольшие изменения тока коллектора I_К при условии, что ток базы I_б = const. Переменная составляющая напряжения на выходе фильтра ОК U_{ВЫХ.ПЕР.} = I_К R_Н получается значительно ослабленной по сравнению с U_В.ПЕР.

Таким образом, сглаживание пульсаций в фильтре ОК обеспечивается RC фильтром в базовой цепи, а транзистор VT предназначен для усиления сигнала по мощности (эмиттерный повторитель!). Резистор R задаёт режим работы транзистора по постоянному току, устанавливая ток базы.

В торой способ построения активного фильтра состоит в том, что транзистор включается по схеме с общей базой:

Режим работы транзистора по постоянному току определяется величиной Rб, а сглаживающее действие – постоянной времени цепочки R1C1. Эта цепь стабилизирует ток эмиттера, если R1C1 >> Tn, где Tn – период пульсации. В этом режиме транзистор обладает большим дифференциальным сопротивлением и малым статическим, что эквивалентно дросселю в LC–фильтрах.

К оэффициент сглаживания S схемы рассчитывается так же, как в RC пассивном фильтре:

28. Параметрический стабилизатор напряжения. Вах нелинейного элемента.

В качестве параметрических стабилизаторов постоянного напряжения используют нелинейные элементы, напряжение которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких нелинейных элементов чаще всего применяют кремниевые стабилитроны и стабисторы.

В схемах параметрических стабилизаторов постоянного напряжения используются полупроводниковые кремниевые стабилитроны (при напряжении до 180 В), а также газонаполненные стабилитроны тлеющего и коронного разряда (при напряжениях выше 80 В).

Схемы включения указанных стабилитронов приведены на рисунке ниже.

При повышении напряжения питания ток через стабилитрон резко возрастает, что приводит к увеличению падения напряжения на ограничивающем резисторе R, а выходное напряжение остается почти неизменным.

При изменении напряжения питания приращение напряжения на резисторе R равно приближенно приращению входного напряжения. При изменении тока нагрузки, например увеличении, ток через стабилитрон уменьшается, а суммарный ток через резистор R остается величиной неизменной. В обоих случаях выходное напряжение стабилизатора изменяется незначительно.

Основным параметром всех стабилизаторов является коэффициент стабилизации К, представляющий собой отношение относительных изменений входного и выходного напряжений стабилизатора:

где nст = Е0/Ест; Iст — ток через стабилитрон; R — ограничивающее сопротивление; Rдин — динамическое сопротивление стабилитрона.

Rдин определяется из вольт-амперной характеристики стабилитрона по формуле

При выборе стабилитрона рекомендуется, чтобы ток нагрузки схемы стабилизатора Iн не превышал 70 — 80% максимально допустимого тока через стабилитрон, указанного в справочниках.

ВАХ нелинейного элемента.

В параметрических стабилизаторах напряжения режим стабилизации осуществляется за счет нелинейности вольтамперной характеристики (ВАХ) регулирующего элемента. От ВАХ зависит качество стабилизации. В параметрических стабилизаторах напряжения находят применение элементы, ВАХ которых представлена на рисунке.

Степень нелинейности ВАХ на рабочем участке ВС оценивается отношением динамического и статического сопротивлений.

Статическое сопротивление RС - это сопротивление, которое оказывает нелинейный элемент постоянному по величине току в выбранной рабочей точке А характеристики: RС=U0/I0=tga.

Динамическое сопротивление элемента RД равно отношению изменения падения напряжения на элементе DU к изменению величины тока, протекающего через элемент DI. Динамическое сопротивление является тем сопротивлением, которое оказывает элемент изменениям протекающего через него тока: RД=DU/DI=tgb.

Статическое и динамическое сопротивления не равны между собой и изменяются в зависимости от величины напряжения и тока : Ða < Ðb; RС>RД.