Электронные фильтры

Электронные фильтры (ЭФ) – это фильтры, в которых вместо индуктивных катушек включают транзисторы, что позволяет избавиться от переходных процессов и уменьшить габариты и массу выпрямителей.

I_k

Применение транзисторов в фильтрах основано на различии сопротивлений для постоянной и переменной составляющих коллекторного тока.

I_k0

∆ I_k

р.т

∆ U_k

I_k

U_k0

U_k

Рисунок 1.15 – К определению R_ст и R_дин электронного фильтра

Из выходной характеристики транзистора (рисунок 1.15) мы видим, что сопротивление R_кэ постоянному току (это статическое сопротивление) R_ст = U_ко / I_кo на 2-3 порядка меньше сопротивления переменному току (это динамическое сопротивление) R_дин = ∆U_к / ∆I_к. Электронные фильтры снижают пульсации в 3-5 раз.

Различают 2 способа включения транзисторов в ЭФ:

• последовательно нагрузочным устройствам (рисунок 1.16);

• параллельно нагрузочным устройствам (рисунок 1.17).

При последовательном подключении в базовую цепь транзистора включена RC-цепь, которая обеспечивает фиксированное положение рабочей точки на пологом участке выходной характеристики. При этом сопротивление R_э обеспечивает термостабилизацию режима работы транзистора.

VT

R_э

С_б

R_б

R_н

Рисунок 1.16 – Последовательное включение транзистора в ЭФ

R_б1

R_ф

R_б2

С

С_э

R_э

R_н

Рисунок 1.17 – Параллельное включение транзистора в ЭФ

Этот фильтр применяют при низких значениях выпрямленных напряжений. Делитель R_δ1 / R _δ2 – устанавливает рабочую точку. Цепь R_э C_э – термостабилизирующее звено.

3. Стабилизаторы напряжения и тока

Стабилизатор напряжения (или тока) – это устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения (или тока) нагрузочного устройства с заданной степенью точности.

Напряжение (или ток) нагрузочного устройства может сильно изменяться при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, каковыми являются: изменение напряжения в сети, изменение температуры, колебание частоты тока и т. д. Чтобы эти факторы не оказывали влияния на работу электрических устройств применяют стабилизаторы.

Классификация стабилизаторов:

1. по стабилизируемой величине:

• стабилизаторы напряжения;

• стабилизаторы тока;

2. по способу стабилизации:

• параметрические;

• компенсационные.

Основные параметры стабилизаторов:

1. Коэффициент стабилизации по напряжению для стабилизаторов напряжения:

K_ст. U = ,

где ∆ U_вх, ∆ U_вых – приращения напряжений,

U_вх, U_вых – номинальные значения.

2. Коэффициент стабилизации тока для стабилизаторов тока:

K_ст. U = ,

где I_Н – номинальный ток, а  I_Н – приращение тока;

3. Внутреннее сопротивление стабилизатора R_ст;

4. Коэффициент полезного действия:

η_ст. = p_н / (p_н + p_п)

где p_н – полезная мощность в нагрузочном устройстве;

p_п – мощность потерь.

Параметрические стабилизаторы

С помощью параметрического стабилизатора (ПС) напряжения можно получить напряжение стабилизации U_ст от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. В ПС используется полупроводниковый стабилитрон VD, который включают параллельно R_н. Последовательно со стабилитроном включают балластный резистор R_б для создания требуемого режима работы (рисунок 1.18).

Рисунок 1.18 – Параметрический стабилизатор напряжения

U_вх

U_н = U_ст

VD

R_б

R

При изменении U_вх под действием колебания напряжения питающей сети или изменения сопротивления нагрузки R_н, U_н изменяется незначительно, т. к. оно определяется U_ст. стабилитрона, которое мало изменяется при изменении протекающего через него тока, что видно на ВАХ стабилитрона (рисунок 1.19).

Рисунок 1.19 – Обратная ветвь ВАХ стабилитрона

U_ст

А

I_обр

I_ст

U_вх

I

I_нэ1

I_нэ2

I

R_б

В параметрическом стабилизаторе тока используется нелинейный элемент (это может быть полевой или биполярный транзистор), который включают последовательно с нагрузочным устройством (рисунок 1.20).

U

U_нэ2 U_нэ1 U_вх2 U_вх1

R_н

Рисунок 1.20 – Схема ПС тока и ВАХ нелинейного элемента

Рассмотрим вольтамперную характеристику этого нелинейного элемента. При изменении напряжения от U_вх1 до U_вх2 напряжение на нагрузочном элементе изменяется от U_нэ1 до U_нэ2, а нагрузочный ток I_н практически не меняется.

Достоинство схемы – простота конструкции и надежность работы.

Недостатки схемы:

• небольшой КПД ≤ 0,3;

• большое внутреннее сопротивление стабилизатора (5–20 Ом);

• узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.