Компенсация входной емкости

Обладающие входной емкостью 1. Расположение выводов обоих типов корпусов обеспечивает низкий уровень гармонических искажений второго порядка и упрощает проектирование печатной платы. Кроме того, оба типа корпусов имеют открытую теплоотводящую площадку, которая обеспечивает отвод тепла к печатной плате по пути с низким тепловым сопротивлением. За счет этого увеличивается эффективность теплопередачи и повышается надежность.

Поиск данных по Вашему запросу:

Компенсация входной емкости

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Компенсация входной ёмкости
• 2. 19. Емкость и эффект Миллера
• Компенсация емкости входного кабеля
• 2.19. Емкость и эффект Миллера
• Компенсация паразитных емкостей активных элементов в электронных устройствах
• 8.9 Шумы в схемах с операционными усилителями

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ИЗ ГЛИНЫ и СЕРЕБРА Конденсаторы КТК

Компенсация входной ёмкости

Емкостная нагрузка часто преподносит проблемы в работу электронной схемы — уменьшается полоса выходного сигнала и скорость его нарастания. Кроме того, возникает отставание фазы выходного сигнала в цепи обратной связи от фазы входного, что может приводить к нестабильности.

Неизбежность управления усилителем емкостной нагрузкой в некоторых схемах может приводить к перегрузке, перерегулированию звону и, иногда, возбуждению. Эффекты становятся более ощутимыми при управлении значительной емкостной нагрузкой — жидко-кристаллические индикаторные панели или плохо согласованные коаксиальные кабели. Однако эти проблемы могут возникать даже в низкочастотных прецизионных схемах и схемах, работающих на постоянном токе. Операционный усилитель в большей степени подвержен нестабильности, когда он работает как буфер с единичным коэффициентом усиления, поскольку в этом случае в цепи обратной связи не происходит ослабления сигнала, передаваемого с выхода на вход, либо при большой синфазной составляющей входного сигнала, которая, несмотря на постоянство коэффициента передачи, может модулировать петлевое усиление на участке нестабильности.

Одним из определяющих факторов среди приведенных выше является выходной импеданс усилителя выходное сопротивление R 0. Для того, чтобы характеристики не ухудшались при работе на небольшие нагрузки, в большей части операционных усилителей элементы встроенной коррекции компенсируют лишь незначительное влияние нагрузки.

Поэтому при работе на существенную емкостную нагрузку усилители выборки-хранения, пиковые детекторы, формирование сигналов для передачи по коаксиальным кабелям должны использоваться элементы внешней коррекции.

Емкостная нагрузка, как показано на рисунках 1 и 2, оказывает влияние на коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи одинаковым способом на оба входа операционного усилителя, независимо от того, какой из них является активным входом: нагрузочная емкость C L формирует полюс совместно с неподсоединенным к цепи обратной связи выходным резистором R 0.

Коэффициент усиления при подключенной емкостной нагрузке описывается следующим образом A — коэффициент усиления ОУ с разомкнутой цепью обратной связи и без емкостной нагрузки :.

Для решения проблемы нестабильности работы операционного усилителя с емкостной нагрузкой существует несколько способов. Выбор подходящего способа должен соответствовать необходимым требова-ниям электронной схемы. Некоторые примеры компенсации рассматриваются ниже. Рисунок 3 демострирует часто используемый способ компенсации внутри петли обратной связи.

Последовательно включенный резистор R X с небольшим сопротивлением в данной схеме используется для того, чтобы развязать выход операционного усилителя от нагрузочной емкости C L , а конденсатор C F также небольшого номинала , включенный в цепь обратной связи, обеспечивает высокочастотное шунтирование. Для лучшего понимания работы этого способа устранения нестабильности на рисунке 4 приведена часть схемы, относящаяся к цепи обратной связи.

Вывод VB подключен к инвертирующему входу операционного усилителя. Представим, что конденсаторы C F и C L не оказывают на работу схемы никакого влияния на постоянном токе и обладают нулевыми сопротивлениями на высоких частотах. С этой точки зрения, можно рассмотреть поведение схемы.

Конденсатор C L отсутствует. Полюс и нуль определяются элементом C F следующим образом:. Для уравнивания полюса случая 1 к нулю случая 2 и полюса случая 2 к нулю случая 1 элементы R X и C F определяются следующими формулами:.

Как установлено экспериментально, этот компонент должен быть включен в формулу для расчета C F. Значения элементов, расчитанных по этим двум формулам, позволяют скомпенсировать любой операционный усилитель, работающий на любую емкостную нагрузку.

В схеме с компенсацией этого ОУ согласно рис. Осциллограммы выходного импульсного сигнала схемы приведены на рисунках 6 и 7. Необходимо отметить, что, поскольку резистор R X расположен внутри цепи обратной связи, он не оказывает отрицательного воздействия на точность схемы при работе на постоянном токе. Тем не менее, значение сопротивления этого резистора не должно быть велико, чтобы он не приводил к существенному уменьшению скорости нарастания выходного сигнала. Рассмотренный способ компенсации применим только в схемах с операционными усилителями с обратной связью по напряжению.

Конденсатор C F в цепи обратной связи ОУ с ОС по току будет приводить к дополнительной нестабильности схемы и возбуждению. Наиболее простой способ компенсации усилителя при работе на емкостную нагрузку — использование резистора, включенного последовательно с выходным сигналом рис.

Этот метод достаточно эффективен. Однако, он существенно ухудшает динамические характеристики схемы. Основная функция резистора R S , располагающегося между выходом ОУ и нагрузкой, состоит в изолировании выхода усилителя и цепи обратной связи от нагрузочной емкости. С точки зрения фунционирования, на передаточной характеристике цепи обратной связи образуется нуль, уменьшающий фазовый сдвиг на высоких частотах.

Для обеспечения хорошей стабильности значение R S должно быть таковым, чтобы добавляемый нуль располагался, по крайней мере, на декаду ниже точки пересечения частотной характеристики ОУ с характеристикой буфера с единичным коэффициентом усиления. При его выборе необходимо учитывать выходной импеданс используемого усилителя; значения сопротивления от 5 до 50 Ом зачастую достаточно для предотвращения нестабильности.

На рисунках 9 и 10 приведены осциллограммы выходного сигнала ОУ OP Analog Devices до компенсации и после, с емкостной нагрузкой 2 нФ и амплитудой входного сигнала мВ. Значение сопротивления резистора R S в схеме с компенсацией составляет 50 Ом. К недостаткам данного способа можно отнести уменьшение амплитуды выходного сигнала, зависящего от соотношения сопротивлений последовательного резистора и нагрузки, что может потребовать увеличения входного сигнала, либо увеличения коэффициента усиления схемы.

Кроме того, данная схема обладает нелинейной амплитудной характеристикой при изменяющейся нагрузке. Для низковольтных приложений, когда требуется максимальный уровень выходного сигнала, близкий к уровням напряжения питания схемы с rail-to-rail операционными усилителями , рекомендуется метод компенсации нестабильности с использованием демпфирующей цепи. Эта цепь представляет собой последовательное соединение резистора и конденсатора и подключается между выходом усилителя и общим проводом рис.

В зависимости от значения емкости нагрузки, разработчики электронных схем обычно используют эмпирические методы для определения корректных значений R S и C S.

Значения компонентов депфирующей цепи также могут быть определены экспериментально с помощью осциллографа.

При идеальном подборе R S и C S положительные и отрицательные выбросы отклика на воздействие импульсным сигналом минимальны. На рисунке 12 приведена осциллограмма выходного сигнала ОУ AD Analog Devices , работающего на емкостную нагрузку 68 нФ, при амплитуде входного сигнала мВ на неинвертирующем входе.

Емкость на входных выводах операционного усилителя также может приводить к неустойчивости работы схемы. Широко распространенным применением ОУ является пребразование тока в напряжение, когда он используется в качестве буфера или усилителя сигнала цифро-аналогового преобразователя с токовым выходом. Суммарная емкость на входе ОУ складывается из выходной емкости ЦАП, входной емкости усилителя-преобразователя и паразитной емкости соединительных проводников.

Другим популярным применением ОУ, при котором к его входу может подключаться значительная емкость, является схема активного фильтра. В этом случае в некоторых схемах между входами ОУ может располагаться большая емкость часто включенная последовательно с резистором , использующаяся для уменьшения высокочастотного шума. Однако, при некорректных значениях компонентов этой цепи в схеме может возникать звон и даже самовозбуждение. Для лучшего понимания происходящего необходимо проанализировать схему усилителя рис.

Если значение f P значительно меньше частоты единичного усиления при разомкнутой цепи обратной связи, то схема становится нестабильной. Для избавления от нестабильности, связанной с емкостью C 1 , параллельно резистору обратной связи R 2 должен быть подключен конденсатор C F , формирующий нуль, согласованный с полюсом f P.

Этот конденсатор уменьшает рассогласование скоростей изменения коэффициентов усиления и, поэтому, увеличивает запас по фазе. Количественную оценку выбросов некомпенсированной схемы можно определить следующим образом:. Ниже показан пример стабилизации схемы при использовании RC-фильтра непосредственно на входе операционного усилителя. Часто желательно использование фильтрации входного сигнала ОУ, подключая емкость к общему земляному проводу, для уменьшения наведенных высокочастотных помех.

Такое подключение фильтрующего конденсатора имеет схожий эффект воздействия на динамические характеристики усилителя, как и увеличение паразитной емкости. Поскольку не все реальные ОУ обладают одинаковым поведением, некоторые из них допускают подключение меньшей емкости к входу, чем другие. И во многих случаях в качестве компенсации в цепь обратной связи вводится конденсатор C F.

Для дальнейшего уменьшения наводимых радиочастотных помех последовательно с входом включается резистор небольшого сопротивления, образующий совместно с входной емкостью фильтр низких частот. На рисунке 16 слева показан приближенный подход к решению, при реализации которого, тем не менее, будет трудно избавиться от нестабильности. Справа на этом же рисунке приведена значительно улучшенная схема.

На рисунке 17 показано поведение этих схем на входное импульсное воздействие. Неучтенная при разработке паразитная емкость может оказывать сильное воздействие на стабильность работы операционного усилителя. Поэтому очень важно предвидеть ее наличие в реальной схеме и минимизировать. Основным источником входной паразитной емкости могут являться проводники печатной платы. Один квадратный сантиметр проводника, окруженного полигоном земли, обладает емкостью порядка 2,8 пФ зависит от нескольких факторов, в том числе, от толщины платы.

Некоторые операционные усилители работают нестабильно при единичном и даже большем коэффициенте усиления. Например, известный и широко используемый ОУ OP37 может работать стабильно при коэффициенте усиления не менее 5.

Для обеспечения стабильности таких усилителей, работающих в качестве буферов, используется технический прием, показанный на рис. Резисторы R A и R B обеспечивают достаточный коэффициент усиления при замкнутой цепи обратной связи на высоких частотах для стабилизации, а на низких частотах и постоянном токе конденсатор C 1 восстанавливает коэффициент усиления до единицы.

Расчет значений сопротивлений R A и R B достаточно прост и основан на знании значения минимального стабильного коэффициента усиления ОУ. На высоких частотах, когда конденсатор C 1 представляет собой очень малое сопротивление, операционный усилитель ведет себя так, как будто он работает при коэффициенте усиления 5, и этим обеспечивается стабильность. На низких частотах и постоянном токе сопротивление C 1 очень велико и не вносит ослабления в отрицательную обратную связь, поэтому схема ведет себя как буфер с единичным коэффициентом усиления.

Значение емкости конденсатора должно быть таким, чтобы излом АЧХ происходил на частоте по крайней мере на декаду более низкой, чем частота единичного усиления f -3 дБ :. На рисунке 19 приведены осциллограммы входного и выходного сигналов некомпенсированной и скомпенсированной схемы буфера на ОУ OP Значения компенсирующих компонентов следующие:. Для инвертирующего включения анализ схемы подобен приведенному выше, но формулы немного другие.

В этом случае, входной резистор, подключаемый к инвертирующему входу ОУ соединен параллельно резистору R A на высоких частотах. Это параллельное соединение используется для расчета значения R A при минимальном стабильном коэффициенте усиления. Значение емкости конденсатора C 1 рассчитывается аналогичным образом, как и для неинвертирующего включения усилителя.

Данный способ компенсации ОУ не лишен недостатков. Увеличение шумового усиления будет приводить к увеличению уровня шумов на высоких частотах, который может быть неприемлемым в некоторых случаях. В схеме с повторителем напряжения внимание должно быть уделено трассировке соединений, особенно, при использовании источника сигнала с большим выходным импедансом. Поводом для этого является возможная положительная обратная связь через емкость с неинвертирующим входом на частотах, где усиление становится большим единицы.

Это может приводить к нестабильности работы схемы или к возрастанию шума. Способность ОУ управлять емкостной нагрузкой определяется несколькими факторами: 1. Рис 1. Схема усилителя с емкостной нагрузкой Рис. Диаграмма Боде усилителя рис. Компенсация внутри петли обратной связи Для лучшего понимания работы этого способа устранения нестабильности на рисунке 4 приведена часть схемы, относящаяся к цепи обратной связи.

Цепь обратной связи схемы рис. Случай 1 рис. Случай 2 рис.

2.19. Емкость и эффект Миллера

До сих пор мы пользовались моделью транзистора для сигналов постоянного тока или низкой частоты. В простейшей модели транзистора в виде усилителя тока и в более сложной модели Эберса-Молла напряжения, токи и сопротивления рассматривают со стороны различных выводов транзистора. Пользуясь этими моделями, мы уже охватили достаточно широкий круг вопросов, и на самом деле они содержат в себе почти все, что необходимо учитывать при разработке транзисторных схем. Однако до сих пор мы не принимали во внимание важный момент — внешние цепи и сами переходы транзистора обладают некоторой емкостью, которую необходимо учитывать при разработке быстродействующих и высокочастотных схем.

Вых. мощность ватт, при входной ~ ватт, при анодном . с частотой среза 32мгц, с компенсацией входной емкости лампы.

Компенсация емкости входного кабеля

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь. Если применять схему компенсации с сайта Гончаренко, то судя по входным емкостям 2 ГУ81, сопротивление понадобится намного ниже 1 кОм. Я думаю так Ом. Да то ж его проблемы Мне и под пФ на той же частоте не вопрос, только добротность катушек придётся до поднять, что на 30 МГц абсолютно не проблема А по любому без отвода или ШПТ никуда не деться- у Вас он на выходе, у меня- на входе. То же самое, только в профиль. Кстати, на что неоднократно уже обращал внимание, при хорошей входной в Вашем случае- выходной катушке, можно просто отвод от неё делать Неправомерно измерять емкости между сетоками.

2.19. Емкость и эффект Миллера

На сайте нашего партнера компании Компэл опубликованы главы руководства Брюса Трампа, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей ОУ. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. Представляем вашему вниманию очередные главы из него. При этом я пришел к выводу, что такое решение зачастую не так уж и эффективно, и даже может даже нанести ущерб другим параметрам схемы. В заключении к предыдущему разделу я сказал, что есть определенные операционные усилители, для которых использование согласующего резистора не рекомендуется.

Прокопенко 2 Е. Сформулированный принцип не увеличивает чувствительность основных параметров.

Компенсация паразитных емкостей активных элементов в электронных устройствах

В отличие от схемы на отдельных транзисторах в ОУ нельзя подстраивать внутренние рабочие токи или номиналы компонентов — только использовать имеющиеся. Существуют тысячи операционных усилителей, с хорошим выбором моделей, предназначенных для малошумящих схем. Для многих из них на рис. Как во всём этом разобраться? Познакомимся с разработкой малошумящих схем на ОУ поближе. Начнём с правил использования таблицы.

8.9 Шумы в схемах с операционными усилителями

Входной кабель длиной около 1 м совместно с емкостью первого каскада осциллографа образуют суммарную емкость около … пФ. В большинстве практически возникающих ситуаций можно считать, что для упомянутой области частот допустимой входной емкостью измерительного прибора является значение около 10…15 пФ. Например, при уменьшении входной емкости с до 10 пФ приходится мириться с десятикратным снижением чувствительности прибора. Коэффициент передачи повторителя остается близким к единице практически во всем диапазоне рабочих частот. Принципиальная схема повторителя напряжения, выполненного в виде электронного щупа к осциллографу, представлена на рис. Для повышения входного и снижения выходного сопротивлений, а также ослабления зависимости выходного сопротивления от импеданса исследуемого участка устройства схема выполнена на составном эмиттерном повторителе. Для предотвращения самовозбуждения в цепь базы включен резистор R1. Ток выходного каскада выбран достаточно высоким — около 3,5 мА — для снижения нелинейных искажений сигнала на высоких частотах и расширения полосы пропускания.

Большая или меньшая емкость при Cx разбалансирует мост . Частотная компенсация определяется C1, C2, R2, а также суммой R1 и прямым Диапазон входного напряжения от 0 до + V ограничен диапазоном CMV U1.

Входная емкость электронной лампы — емкость, которой обладает входная цепь электронной лампы вследствие наличия междуэлектродных емкостей. Входная емкость полевого транзистора С; — емкость между выводом затвора и соединенными вместе выводами истока и стока. Входная емкость интегральной микросхемы Сг Сцх — величина, равная отношению емкостной реактивной составляющей входного тока интегральной микросхемы к произведению круговой частоты на синусоидальное входное напряжение микросхемы при заданном значении частоты сигнала. Входную емкость образуют емкости Coin, CC1C2 и СС1СЗ между управляющей сеткой и электродами, заземленными по переменному току: катодом, экранирующей сеткой и защитной сеткой, соединенной с катодом.

Название: Синтез электронных схем на компонентном уровне и компенсация влияния паразитных емкостей полупро. Рубрика: Коммуникации и связь. Скачать файл: referat. Краткое описание работы: Содержание 1. Постановка задачи 2.

Перепишем 4.

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к устройствам для снятия информации о мозговой деятельности или функциональном состоянии мозга человека при исследованиях методами электроэнцефалографии для последующего использования полученных данных в области нейрокомпьютерного интерфейса. Нейрокомпьютерный интерфейс НКИ называемый также прямой нейронный интерфейс, мозговой интерфейс, интерфейс мозг-компьютер, BCI -brain-computer interface — система, предназначенная для обмена информацией между мозгом и электронным устройством например, компьютером. Она позволяет пользователю взаимодействовать с внешним миром без посредства нервов и мышц, только с помощью управляющих сигналов, генерируемых его мозговой деятельностью посредством односторонней или двухсторонней связи между мозгом и электронным устройством. На данный момент благодаря НКИ, стало возможным общение с парализованными больными, также нейропротезирование и лечение некоторых болезней. В исследовательских целях нейрокомпьютерный интерфейс позволяет узнать какие участки мозга отвечают за зрительное, эмоциональное восприятия и т. В игровой индустрии проводятся эксперименты, где испытуемые играют на компьютере при помощи электрических сигналов мозга. Нейрокомпьютерный интерфейс обнаруживает паттерны активации деятельности в мозге, которые соответствуют желаемому действию человека.

Каскад о с общей базой, как и каскад с ОК, не инвертирует фазу усиливаемого сигнала. Iэ — постоянная составляющая тока эмиттера. Поэтому при синусоидальном сигнале Zвх увеличивается с ростом частоты. Динамическое выходное сопротивление очень велико — порядка нескольких МОм наибольшее из трёх способов включения транзистора без учёта шунтирующего влияния Rк.

Высококачественный ламповый усилитель мощности

Вниманию читателей предлагается простая оригинальная схема усилителя мощности в двух вариантах. Первый -бюджетный, с автоматическим смещением выходной лампы. Второй — с фиксированным смещением от отдельной обмотки силового трансформатора. По мнению автора схемы, вариант с фиксированным смещением отличается более глубоким и красивым звуком, хотя и вариант с автоматическим смещением вас не разочарует, позволив всем его повторившим не узнать звучание своих любимых записей. Схема усилителя в варианте с автосмещением выходной лампы приведена на рис. 1. Входной сигнал после регулятора громкости подается на управляющую сетку двойного триода 6Н2П. Лампа эта имеет высокий коэффициент усиления и высокое внутреннее сопротивление, что в данном случае не очень хорошо. В подробности этого я вдаваться не буду, так как об этом можно прочитать в любой радиотехнической литературе. Основной особенностью включения лампы предварительного каскада является параллельное включение двух триодов, находящихся внутри одного баллона лампы 6Н2П. Этим достигается уменьшение внутреннего сопротивления лампы, что влечет за собой улучшение нагрузочной способности и соотношение сигнал/шум. Сопротивление нагрузки выбрано не случайно, при этом достигается компенсация коэффициента нелинейных искажений выходного каскада и высокая динамика сигнала. Конденсатор емкостью 470 мкФ, шунтирующий резистор катода, позволяет устранить влияние обратной связи, уменьшающей усиление первого каскада. Конденсатор емкостью 0,22 мкФ является разделительным и от его качества очень сильно зависит звук усилителя в целом. Можно применить ФТ, К71, К78, при желании получить более «теплое» звучание — К40У-2, К40У-9, К42У-2. Не рекомендуется БМ, МБМ ввиду их утечки. Нежелательно применять К73 из-за их менее естественного звучания. Еще одно. При применении выходного трансформатора ТВЗ 1-9 емкость этого конденсатора следует уменьшить до 0,047…0,068 мкФ. Дело в том, что ламповый однотактник при внешней простоте — конструкция сложная, например, емкость этого конденсатора входит в расчет амплитудно-частотной характеристики выходного каскада. Теперь о выходном каскаде. Лампа 6П43П была выбрана не случайно. После прослушивания многих экземпляров ламп 6П14П, 6П18П, 6П43П было отдано предпочтение именно последней. Конструкция лампы характеризуется правильной геометрией внутренних частей, что само по себе говорит о высоком классе этого пентода. Поставьте именно эту лампу — и вы будете вознаграждены сочным и ярким звучанием, прекрасной детализацией звука и его оттенками. Емкость конденсатора в цепи автоматического смещения можно увеличить до 1000 мкФ (сравните звук), а резистором, включенным параллельно этому конденсатору, выставляется ток катода выходной лампы в пределах 50 мА (в варианте с автосмещением). Автор использовал выходной трансформатор ТВЗ 1-9 от лампового телевизора, перебранный и «сваренный»в парафине заново, заменив бумагу в зазоре на чертежную кальку, я же использовал трансформатор TW6SE московской фирмы «Аудиоинструмент». По моему мнению, отличному, например, от мнения Симулкина, схема усилителя которого приведена в журнале «Радиохобби» №2 за 2003 год (стр. 57), никакой другой режим, кроме триодного, использовать не нужно. Рассуждения Станислава на стр. 58 о пен-тодном включении выходной лампы для рок-музыки, ультралинейного-для шансона и реггей, а триодного — для классической музыки мне кажутся спорными. Эклектикой можно заниматься, но к звуку это никакого отношения не имеет. Основы построения высококачественных усилителей неизменны в течение многих десятилетий. Это: 1) Кратчайший, с наименьшими потерями, путь сигнала; 2) Высококачественные комплектующие; 3) Триодный режим выходного каскада. Щелкать переключателем, да еще в анодной цепи, нелогично и нецелесообразно. С этим к сурдологу. Вариант блока питания приведен на рис. 2. Схема БП не отличается от описанных многократно и в комментариях не нуждается. Питать накал постоянным током не нужно, это приведет к ухудшению микродинамики. Для варианта усилителя с фиксированным смещением выходной лампы, с-хема которого приведена на рис. 3, в блок питания добавляется дополнительный источник напряжения смещения, схема которого приведена на рис. 4. Подстроечным резистором R2 выставляется напряжение 0,04…0,05 В в контрольной точке К.Т. на схеме усилителя рис. 3. В заключение привожу параметры усилителя при фиксированном смещении. Рвых = 2,5 Вт при КНИ = 2…3% на частоте 1000 Гц. При Рвых = 2,2 Вт КНИ = 0,8.. .1%. При использовании ТВЗ 1-9 частотный диапазон с 35…40 Гц до 18…19 кГц при неравномерности 1,5…2,0 дБ (зависит от качества исполнения ТВЗ 1-9). При использовании TW6SE фирмы «Аудиоинструмент» диапазон частот еще шире. Пусть вас не пугает невысокая выходная мощность — в комплекте с акустикой, чувствительностью от 90 дБ 2…3 Вт вполне достаточно. Радиолюбительские схемы / Усилители, УНЧ, аудио

Другие страницы сайта Пишите письма На главную Усилители, УНЧ, аудио

Заявка на патент США для зажигания лампы с автоматической компенсацией паразитной емкости.

Заявка на патент (заявка № 20020070683, выданная 13 июня 2002 г.) ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

&lqb;0002] 1. Область изобретения

[0003] Изобретение относится к газоразрядным лампам, которые зажигаются при напряжениях, значительно превышающих их рабочее напряжение, и, в частности, к зажиганию таких ламп.

[0004] 2. Описание предшествующего уровня техники

[0005] Общими характеристиками газоразрядной лампы являются ее отрицательное сопротивление и высокое напряжение зажигания. Схема для питания такой лампы обычно включает в себя средство ограничения тока, такое как балласт, для компенсации отрицательного сопротивления и часто включает в себя схему зажигания для генерирования высоковольтных импульсов для зажигания ламп. Такая схема воспламенителя обычно включает в себя чувствительный к напряжению переключатель (например, sidac) для обеспечения непрерывного производства импульсов высокого напряжения до тех пор, пока лампа не зажжется. При зажигании напряжение на лампе уменьшается с более высокого напряжения холостого хода (OCV) до более низкого напряжения, что приводит к переходу переключателя в непроводящее состояние и прекращению генерации импульсов. Один пример такого балласта описан в патенте США No. № 5 825 139.

[0006] Схема воспламенителя должна быть способна запускать газоразрядные лампы, несмотря на нагрузочный эффект паразитных емкостей, связанных с лампой. Такие паразитные емкости обычно находятся в проводке и приспособлениях, через которые схема электрически связана с лампой, и даже в самой лампе. Разработка схемы воспламенителя, которая эффективно компенсирует такие паразитные емкости, затруднена, поскольку она значительно зависит, например, от длины проводки, используемой для электрического соединения схемы воспламенителя/балласта с лампой. Без какой-либо компенсации пиковое напряжение, подаваемое на лампу, будет уменьшаться с увеличением паразитной емкости.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Задачей изобретения является создание схемы зажигания газоразрядной лампы, которая автоматически компенсирует влияние паразитных нагрузочных емкостей, связанных с лампой.

[0008] Другой целью изобретения является обеспечение такой компенсации без существенного увеличения стоимости или сложности схемы.

[0009] В соответствии с изобретением предусмотрена схема для питания газоразрядной лампы, имеющей связанный с ней диапазон возможных значений паразитной нагрузочной емкости, причем этот диапазон простирается от более низкого значения емкости до более высокого значения емкости. Схема включает в себя источник импульсов зажигания, включающий в себя источник энергии, способный осуществлять зарядку паразитной нагрузочной емкости более высокого значения, по меньшей мере, до минимального напряжения зажигания лампы. Предусмотрено устройство ограничения напряжения для ограничения пикового напряжения импульсов зажигания, подаваемых на лампу при более низком значении паразитной емкости, до максимально допустимого напряжения.

[0010] В совокупности источник энергии и устройство фиксации напряжения способны поддерживать пиковое напряжение импульса зажигания по существу на постоянном уровне в заданном диапазоне значений паразитной нагрузочной емкости. Еще одним преимуществом является то, что при всех значениях паразитной нагрузочной емкости в пределах диапазона, кроме самых высоких, импульсы зажигания обычно имеют большую длительность (и, следовательно, имеют повышенные уровни энергии) по сравнению с известными схемами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

[0011] ИНЖИР. 1 представляет собой схематический чертеж схемы в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

[0012] ИНЖИР. 2 представляет собой эквивалентную схему устройства, показанного на фиг. 1 в момент времени.

[0013] ФИГ. с 3а по 3f являются иллюстрациями импульсов зажигания, создаваемых вариантом осуществления, показанным на фиг. 1.

[0014] ИНЖИР. 4 представляет собой схематический чертеж схемы в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА (ВАРИАНТОВ)

[0015] ИНЖИР. 1 показан примерный вариант электромагнитного балласта, в котором реализовано изобретение. Этот балласт включает в себя источник переменного тока 10 и автотрансформатор 12, электрически соединенные в первый последовательный контур с газоразрядной лампой L через провод питания лампы Wlamp, общий провод Wcom и отрезок двухжильного кабеля Wl, проходящий от выходных клемм к балласта к лампе L. Автотрансформатор образован дросселем балласта, имеющим первичную обмотку 12А и вторичную обмотку 12В. Двунаправленный чувствительный к напряжению переключатель S электрически соединен во второй последовательный контур с конденсатором 14 и первичной обмоткой 12А. В этом варианте переключатель S является сидаком. Резистор 16 и блокировочная катушка 18 ВЧ электрически соединены последовательно между соединением J (соединяющим одну сторону сидака S и конденсатором 14) и общим проводником Wcom. Варистор V электрически подключен между проводником питания лампы Wlamp и общим проводником Wcom. Функция этого варистора поясняется после общего описания работы схемы на фиг. 1.

[0016] В рабочем режиме во время каждого положительного цикла переменного напряжения, создаваемого источником 10, конденсатор 14 заряжается по цепи, включающей автотрансформатор 12, резистор 16 и катушку 18. Если лампа еще не зажглась, конденсатор 14 заряжается до своего напряжения. превышает порог срабатывания сидака S. При срабатывании сидака напряжение на конденсатор подается через первичную обмотку 12А, в результате чего на вторичной обмотке 12В возникает повышенное напряжение и возникает высоковольтный импульс зажигания производиться на выходных клеммах К. Этот импульс подается на лампу L через кабель Wl.

[0017] Когда ток через сидак S приближается к нулю, сидак отключается, и напряжение на конденсаторе следует за напряжением источника переменного тока, пока оно снова не превысит напряжение пробоя сидака. Резистор 16 образует синхронизирующую цепь с конденсатором 14. Постоянная времени RC этой цепи определяет фазовый сдвиг зарядного напряжения конденсатора относительно фазы напряжения, создаваемого источником переменного тока 10. Предпочтительно, эта постоянная времени равна сделано таким, чтобы напряжение пробоя возникало близко к пиковому напряжению, создаваемому источником переменного тока, и таким образом, чтобы по крайней мере один импульс зажигания производился за полупериод.

[0018] В течение каждого отрицательного полупериода схема на фиг. 1 работает таким же образом, но с током, протекающим в противоположном направлении, для создания высоковольтного импульса зажигания. Схема продолжает вырабатывать импульсы зажигания до тех пор, пока лампа не перейдет в проводимость. Когда это происходит, напряжение на лампе быстро падает и стабилизируется на напряжении, слишком низком для того, чтобы позволить конденсатору 14 снова зарядиться до напряжения отключения сидака S. Затем импульсы зажигания прекращаются, и лампа остается в проводимом состоянии за счет работы источник переменного тока 10 и автотрансформатор 12.

[0019] Пиковое напряжение импульсов зажигания в значительной степени определяется емкостью накопления энергии автотрансформатора 12 и конденсатора 14 по отношению к величине паразитной нагрузочной емкости, связанной с лампой L. Фактически автотрансформатор 12 и конденсатор 14 служат реактивными источниками энергии для зарядки паразитной емкости. По мере увеличения значения паразитной емкости увеличивается и количество энергии, необходимое для ее зарядки до напряжения, необходимого для зажигания лампы. Реактивную накопительную емкость схемы можно увеличить (например, за счет увеличения емкости конденсатора 14), чтобы компенсировать нагрузку паразитной емкости, но этот подход эффективен только в том случае, если паразитная емкость известна и не изменяется.

[0020] В соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 1, автоматическая компенсация диапазона значений паразитной емкости достигается за счет взаимодействия варистора V, автотрансформатора и конденсатора 14. Эти компоненты совместно автоматически регулируют пиковое импульсное напряжение, подаваемое на лампу L, в выбранном диапазоне. значений паразитной нагрузочной емкости, связанной с лампой. Пиковое импульсное напряжение, фактически подаваемое на лампу, при любом значении нагрузочной емкости в этом диапазоне должно быть как минимум равно минимальному напряжению, необходимому для зажигания лампы, но не выше максимально допустимого напряжения зажигания, которое может быть приложено к лампе. . Эти напряжения определяются по спецификациям производителей для конкретного типа или типов ламп, для которых предназначена схема.

[0021] Чтобы понять взаимодействие варистора V и конденсатора 14, полезно обратиться к фиг. 2, который представляет собой эквивалент схемы, показанной на фиг. 1 сразу после пробоя сидака S. В этой эквивалентной схеме проводящий сидак заменен проводником, а объединенные паразитные емкости, связанные с лампой (например, кабеля, лампы L и приспособления для лампы) представлены конденсатором Cp.

[0022] В момент прорыва Сидака:

&lqb;0023] Напряжение на конденсаторе 14 подается через первичную обмотку 12А и повышается до более высокого напряжения, появляющегося на вторичной обмотке 12В.

[0024] Напряжения на первичной и вторичной обмотках добавляются к мгновенному напряжению, которое затем создается источником 10 для приложения пикового напряжения импульса зажигания к проводникам Wlamp и Wcom.

[0025] Конденсатор 14 преимущественно становится эффективным источником энергии для заряда всей паразитной емкости на пути от выходных зажимов Т балласта до лампы Л, т. е. для заряда емкости Ср.

[0026] Лампа L еще не зажглась, поэтому ее можно рассматривать как разомкнутую цепь.

[0027] Емкость конденсатора 14 сделана достаточно большой для осуществления зарядки наибольшей паразитной нагрузочной емкости в диапазоне до напряжения, превышающего минимальное напряжение, необходимое для зажигания лампы. При более низких значениях паразитной емкости в этом диапазоне емкость конденсатора 14 была бы слишком велика. То есть это приведет к зарядке более низких значений паразитной емкости до напряжения зажигания, которое выше желаемого (например, выше максимально допустимого напряжения зажигания для лампы). Однако этому препятствует варистор V, который работает аналогично стабилитрону, но способен ограничивать очень высокие напряжения (например, напряжения порядка нескольких тысяч вольт). Пока напряжение, подаваемое на варистор, ниже его номинального рабочего напряжения, он имеет очень высокий импеданс. Конкретный варистор выбирается так, чтобы напряжение фиксации было выше требуемого напряжения зажигания, но ниже максимально допустимого напряжения зажигания.

[0028] Например, конкретная схема типа, показанного на фиг. 1 был разработан для зажигания и питания металлогалогенной лампы, требующей минимального напряжения зажигания 3 кВ, но имеющей максимально допустимое напряжение зажигания 4 кВ, по кабелю W1, который был основным источником нагрузочной паразитной емкости. Кабель будет иметь длину l от 0 до 50 футов, в зависимости от установки лампы. Соответствующая паразитная емкость кабеля находилась в диапазоне от 0 до примерно 1500 пф. Используя компоненты схемы, перечисленные в Таблице I, схема создавала импульсы зажигания, показанные на фиг. 3a–3f для длины кабеля от 0 до 50 футов. Во всем этом диапазоне пиковое напряжение импульса зажигания оставалось в диапазоне примерно от 3,37 кВ до 3,46 кВ. Обратите внимание, что если варистор будет удален из цепи, пиковое импульсное напряжение, подаваемое на лампу, будет варьироваться от примерно 6 кВ (для кабеля длиной 0 футов) до примерно 3,4 кВ (для кабеля длиной 50 футов). Отметим также, что импульсы зажигания имеют тенденцию быть более продолжительными (и иметь повышенные уровни энергии) по мере уменьшения паразитной нагрузочной емкости (длины кабеля) по сравнению с известными схемами. При большей длине кабеля уровни энергии (представленные областями под формами импульсных сигналов) имеют тенденцию быть примерно такими же, как и для сопоставимых схем предшествующего уровня техники. При любой другой длине кабеля уровни энергии, как правило, выше, что обеспечивает повышенную пусковую мощность. 1 ТАБЛИЦА I Примеры компонентов для фиг. 1 номер цепи № Описание 10 277 VRMS источник 12 автотрансформатор с ответвлениями N витков 12A  0,1 N витков первичной обмотки 12B  0,9N витков вторичной обмотки S Сидак 230 В 14 Конденсатор 0,458 мкФ 16 Резистор 4 кОм, 18 Вт 18 Дроссель 45 мМ Wl трехжильный, 16 AWG изолированный медный кабель V последовательно соединенные дисковые варисторы EPCOS типов S14K1000 и S14K320 (комбинированные максимальное напряжение фиксации = 3810 В при 50 А)

[0029] ИНЖИР. 4 иллюстрирует примерный вариант электронного балласта, в котором реализовано изобретение. Этот балласт включает в себя источник 11 питания постоянного тока, преобразователь 13, имеющий выходные клеммы 131 и 133, между которыми подключен выходной конденсатор 135, коммутатор 15 и схему I воспламенителя. Преобразователь в этом примерном варианте осуществления представляет собой понижающий преобразователь, который служит источник тока и подает на коммутатор 15 и схему зажигания I напряжение, которое ниже, чем напряжение, подаваемое источником 11 постоянного тока. Коммутатор 15 предназначен для подачи периодически реверсивного тока через вторичную обмотку 34 трансформатора. 30, а по электрическому кабелю 38 к газоразрядной лампе Л.

[0030] Схема воспламенителя I включает, помимо вторичной обмотки 34, катушку индуктивности 22, первичную обмотку 32, сидак S и параллельную комбинацию резистора 28 и конденсатора 29, все электрически соединенные последовательно между выходными клеммами 131. и 133 преобразователя 13. Предпочтительно, как описано в заявке на патент США сер. В патенте США № 09/306911, поданном 7 мая 1999 г. и включенном сюда в качестве ссылки, трансформатор относится к типу, который не насыщается при полном токе лампы (например, трансформатор с зазором), а конденсатор 36 электрически подключен ко вторичной обмотке. обмотка 34. Это гасит пульсации тока преобразователя 13.

[0031] Индуктор 22 защищает сидак, ограничивая скорость изменения тока через него при обрыве. Конденсатор 36 компенсирует уменьшение связи между первичной обмоткой 32 и вторичной обмоткой 34 при использовании трансформатора с зазором. Конденсатор 36 также регулирует резонансную частоту вторичной цепи трансформатора 30 и формирует импульсы зажигания таким образом, чтобы характеристики импульса зажигания лампы L удовлетворялись во всем диапазоне условий нагрузки, для которых предназначен балласт, включая переменные емкость нагрузки зависит от длины кабеля 38. Этот конденсатор, однако, не компенсирует снижение пикового напряжения импульсов зажигания. Это достигается за счет конденсатора 29.работает совместно с трансформатором 30 и варистором V, который электрически подключен через коммутатор 15 к выходным клеммам To балласта.

[0032] Во время работы, после подачи питания от источника постоянного тока на преобразователь 13, внутренняя коммутационная схема (не показана) преобразователя заряжает выходной конденсатор 135. Напряжение на сидаке S равно напряжению на конденсаторе 135. При этом напряжение достигает напряжения пробоя сидака, конденсатор 135 разряжает импульс тока через первичную обмотку 32, сидак и параллельную RC-комбинацию 28, 29, и воздействует на выработку на вторичной обмотке 34 импульса высокого напряжения. Импульс тока заканчивается, когда конденсатор 29 заряжается до напряжения, близкого к напряжению на конденсаторе 135, и ток через сидак становится слишком низким, чтобы удерживать его в проводимости. Затем сидак выключается (т.е. переходит в непроводящее состояние) и конденсатор 29 разряжается через резистор 28.

&lqb;0033] Если этот первый высоковольтный импульс (преобразованный в высоковольтный импульс через трансформатор 30) зажег лампу L, полное сопротивление лампы падает до низкого значения, разряжает конденсатор 135 до напряжения, значительно ниже напряжения пробоя сидака. S, и схема воспламенителя станет неактивной. Однако схема воспламенителя останется в режиме ожидания и немедленно активируется, если лампа погаснет.

[0034] Если импульс не зажжет лампу, конденсатор 29 будет разряжаться через резистор 28 до тех пор, пока напряжение на сидаке снова не превысит его напряжение пробоя, после чего последовательность генерации импульсов будет повторяться. Постоянная времени этой RC-цепи синхронизации определяет количество импульсов зажигания за период коммутатора.

[0035] В схеме на фиг. 4, пиковое напряжение импульсов зажигания определяется, прежде всего, энергоемкостью трансформатора 30 и конденсатора 29.относительно значения паразитной емкости нагрузки, связанной с лампой L.

[0036] Именно эти реактивные компоненты вместе служат источниками энергии для зарядки паразитной емкости и взаимодействуют с варистором V для автоматической регулировки пикового импульсного напряжения, подаваемого на лампу L, в выбранном диапазоне значений паразитной емкости.

[0037] Хотя изобретение было объяснено со ссылкой на два примерных варианта осуществления, возможны многие альтернативные варианты осуществления в пределах объема изобретения. Например, источник напряжения может быть подключен к первичной обмотке трансформатора для накопления энергии в трансформаторе. Если ток от источника напряжения внезапно прерывается, сам трансформатор может служить основным или единственным источником энергии для зарядки паразитной нагрузочной емкости. В качестве другого варианта можно использовать резонансный контур с емкостными и индуктивными элементами в качестве эффективного источника энергии для зарядки паразитной нагрузочной емкости. Кроме того, хотя варистор был выбран из доступных в настоящее время компонентов в качестве предпочтительного типа устройства ограничения напряжения для конкретных раскрытых вариантов осуществления, можно использовать альтернативные устройства, можно использовать любой тип доступного устройства ограничения, который соответствует конкретной схеме и эксплуатационным требованиям.

Что это за ерунда про емкостные блоки питания для светодиодов?

14 июня 2017 г. Автор Lee Teschler 6 комментариев

Некоторое время назад один из зрителей наших демонтажных работ со светодиодными лампами мощностью 60 Вт опубликовал комментарий о сложности источников питания, обнаруженных в основаниях этих ламп. О некоторых причинах, по которым эти лампочки содержат переключающие элементы, мы говорили в предыдущей статье. Но наш последний пост вызвал следующий комментарий от другого читателя:

Ну, некоторые светодиодные лампы не имеют режима переключения. У них просто есть простая емкостная капельница и выпрямитель. Если у вас есть намного более высокое напряжение, чем вам нужно для питания светодиода и резистора с большим сопротивлением, выходной ток светодиода становится почти постоянным. Если мы используем переменный ток, мы можем заменить этот резистор реактивным сопротивлением конденсатора и добиться аналогичного результата с очень небольшими потерями энергии на конденсаторе. Так зачем заморачиваться со сложностью режима переключения, когда это обычно первое, что выходит из строя в светодиодной лампе?

Еще раз переняв стиль покойного великого Боба Пиза, мы попытаемся объяснить некоторые причины, по которым вы действительно можете использовать емкостной источник питания для светодиодной лампы, но, возможно, не захотите этого.

Идея емкостного питания достаточно хорошо известна, чтобы иметь отдельную страницу в Википедии. Если вы обратитесь к этой странице, вы обнаружите, что основная идея действительно состоит в том, чтобы использовать емкостное реактивное сопротивление как средство понижения напряжения от сети до чего-то более низкого, без необходимости использовать для этого трансформатор или какой-либо полупроводниковый переключатель.

Страница Википедии также содержит фотографию светодиодной лампы с питанием, судя по всему, емкостным. Нет ссылки на то, чья это светодиодная лампа, но в тексте упоминается конденсатор емкостью 1,2 мкФ, обеспечивающий 90 мА, питающий 48 белых светодиодов, по-видимому, разделенных на четыре ветви по 12, каждая из которых использует 20 мА.

Емкостная капельница для светодиодной лампы, которая появляется на странице Википедии: Дантор — собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17806486

На вики-странице не так уж много ссылок на настоящие емкостные источники питания — единственная основная ссылка, когда мы искали, была на немецком языке. Однако можно найти примечание к приложению от Microchip, в котором обсуждаются основные емкостные и резистивные источники питания. Но приложение, которое Microchip, похоже, имело в виду в своей заметке, заключалось в питании микросхем микроконтроллеров с низким энергопотреблением, а не светодиодов.

Таким образом, мы можем использовать емкостную схему питания, которую Microchip приводит в примечании к приложению, в качестве примера того, как может выглядеть емкостное питание для светодиода класса освещения. Большая часть расчетов схемы сосредоточена на определении емкости конденсатора C1, обеспечивающего реактивное сопротивление для «падения». В качестве светодиода уровня освещения мы выбрали устройство высокой яркости Luxeon Z от Lumileds. Этот светодиод хочет видеть что-то более 500 мА тока возбуждения, и он будет иметь прямое напряжение около 2,8 В при этом токе.

Модифицированная версия емкостного источника питания, как описано в примечании к приложению Microchip.

Если вы прогоняете числа для размера C1, вам нужно получить 400 мА, вы получаете конденсатор в диапазоне 13 мкФ, имеющий номинальное напряжение не менее 250 В. Чтобы втиснуть крышку этого номинала в Основание светодиодной лампы требует использования конденсаторной технологии, которая экономит пространство. И это, вероятно, означает использование алюминиевого электролитического конденсатора. Проблема в том, что, хотя светодиоды для освещения более эффективны, чем компактные люминесцентные лампы или лампы накаливания, они все же выделяют значительное количество тепла — температура перехода превышает 90°C часто является нормой.

Световой поток в зависимости от температуры и прямого тока для Luxeon Z. Эти кривые типичны для светодиодов.

К сожалению, номинальный срок службы электролитических конденсаторов, как правило, находится в диапазоне 20 000 часов (около трех лет) и снижается, когда крышка подвергается длительному воздействию высоких температур окружающей среды. Для сравнения, номинальный срок службы самой светодиодной лампы составляет около 45 000 часов с использованием критериев сохранения светового потока Energy Star для окончания срока службы лампы. Расчетный срок службы микросхемы контроллера импульсного питания составляет более 100 000 часов, как и номинальный срок службы других полупроводников в блоке питания светодиодов.

Причина, по которой высокие температуры сокращают срок службы электролитической крышки, заключается в том, что диэлектрический материал в крышке со временем испаряется. Скорость испарения увеличивается при более высоких температурах. Эффективное последовательное сопротивление уменьшается с повышением температуры, а емкость увеличивается на несколько процентов. Однако
режимы отказов при высоких температурах предсказать довольно сложно. Вы можете получить короткозамкнутый колпачок с катастрофическими последствиями или высокое сопротивление, которое просто не позволит этому светодиоду включиться. Но главное, что следует отметить, это то, что электролитическая крышка является наиболее вероятным компонентом блока питания светодиодов, который может выйти из строя.

Еще один момент, который следует отметить, это то, что буквица — это компонент, который устанавливает ток через светодиод.