Транзисторные фильтры питания: Эффективный фильтр напряжения питания на полевом транзисторе — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Эффективный фильтр напряжения питания на полевом транзисторе

Усилитель мой от рождения уже обладал весьма почётным уровнем подавления пульсаций напряжения питания (PSRR — англ. — Power Supply Rejection Ratio). Блок питания я снабдил емкостями щедро, да ещё заряжаются они «мягко» (простенький трюк, но не о нём сейчас). В общем, по всем прикидкам усилитель должен был получиться абсолютно тихим. Т.е. уровень «гудежа» 100Гц по идее ниже всех слышимых пределов. И в недорогих тестовых наушниках, да днём — так и было. Но тут послушал я его глубокой ночью, да в любимых Sennheiser HD580. Гудит. Ненавязчиво, почти незаметно. Слышно, естественно, только без сигнала и на выкрученной на полную громкости. Если бы делал для себя — наверное, так бы и оставил.

Из идеологических соображений я ни в какую не хотел применять петлевые ООС в аналоговой части, даже в стабилизаторах питания. Немножко попахивает high-end’ным экстремизмом, ну да вот так мне тогда «упёрлось», а к своим прихотям надо относиться уважительно! 😉 Посему возможность применить интегральные стабилизаторы была отринута на корню.

Решил добавить «виртуальную батарею», по слухам придуманную ещё в прошлом столетии инженерами фирмы Technics. А по сути же — простой истоковый (или эмиттерный) повторитель в питании, на вход которого подано отфильтрованное это же самое напряжение питания. Ещё это чудо электронной мысли иногда называют «Электронный Дроссель«, «Усилитель или Умножитель Ёмкости», а так же «Устройство Защиты и Фильтрации», или «УЗФ», хотя защищать на практике надо его самого…

Кстати, в Сети гуляет немало вариантов, более (а чаще) менее грамотных. Для начала приведу базовую схему фильтра

. Критиковать альтернативные варианты сейчас не буду. Если что вызвало удивление — пишите, пожалуйста, в комментариях. Может совместно создадим обучающую статью для только-только постигающих искусство схемотехники 😉

Конденсатор С2 должен быть с минимальными утечками. Ёмкость где-нибудь от 1мкФ до… сколько душа пожелает. Можно так же увеличить сопротивление резистора фильтра, мне 1МОм нравится из соображений уменьшения влияния всевозможных утечек. Стабилитрон, что защищает затвор транзистора от пробоя, должен быть на напряжение от 10 до 20 Вольт.

Для пробы впаял в одном, самом важном источнике. Использовал «логический» MOSFET (с низким пороговым напряжением Vgs), так что потеряли мы лишь пару вольт на таком стабилизаторе. Стало существенно тише. Одна беда — фильтрующий конденсатор заряжается до номинального напряжения очень медленно. Теперь вся схема «плывёт» по напряжениям несколько минут после включения. И тут пришло первое «озарение»: пульсации питания, которым я «кормлю» повторитель этой самой виртуальной земли — в моем случае сотня милливольт. Два встречно включенных кремниевых диодика, шунтирующие резистор фильтра, никак не повлияют на работу фильтра в установившемся режиме, и в тоже время обеспечат на порядок более быстрый заряд и разряд конденсатора фильтра.

Если же в каком-либо конкретном применении пульсации питающего напряжения на входе фильтра (V+) превышают пару сотен милливольт — всегда можно включить несколько диодов последовательно, или даже стабилитрон.

Как нарисовал — сразу же понял, что дополнительный скромный диод решил мне ещё одну задачку: где взять полевики «L»-типа для более высоковольтных источников (терять четыре-пять вольт — типичный Vgs обычных MOSFET — даже там было жалко). Ведь теперь Vds на полевом транзисторе никогда не превысит его собственного Vgs при заданных токах нагрузки плюс падение на диоде. Значит можно использовать низковольтные полевики, которых у меня оказалось в достатке, и для высоковольтного питания.

Те же два диода (или стабилитрон) кардинально решают ещё более серьёзную проблему, особенно остро стоящую в по-настоящему высоковольтных источниках, где народ применяет эти самые «виртуальные батареи» безо всякой защиты. Там при неудачном стечении обстоятельств на повторителе может рассеиваться мгновенная мощность в сотни ватт. Любой, даже непомерно большой (для требуемых рабочих режимов) транзистор разлетается в пыль. Диоды исключают подобные ситуации, эффективно ограничивая падение напряжения на повторителе. Правда, теперь не получится использовать тот же фильтр ещё и для задержки подачи анодного напряжения — ну да это меня мало беспокоило. Во-первых аппарат был не ламповый. Во-вторых то, как народ это дело обычно использует — подачу-то анодного при включении прибора такой фильтр задерживал, а вот снятие высокого напряжения при отключении питания он ни разу не ускорял. Так что задачку о правильном соотношении во времени подачи и снятия накального и анодного напряжений мы сейчас рассматривать не будем.

На этом мысль останавливаться не пожелала. Мне-то была нужна ещё схема автоматики, которая будет эффективно защищать нагрузку (дорогие аудиофильские наушники) от всевозможных перепадов напряжения, которые неизбежны при включении и выключении аппарата. Если задержку при включении сделать может и ребёнок, то как определить момент выключения без пристального мониторинга «сырого», несглаженного огромными емкостями фильтров, напряжения питания? Да вот же он, отличный монитор! Причём реагировать будет не только на On/Off, но и на любые достаточно резкие броски питания. Вместо диодов включаем эмиттерные переходы транзисторов. Коллекторы соединяем вместе и заводим на схему автоматики, с условием, что она не заберёт большого тока.

Итого, простой фильтр пульсаций удалось усовершенствовать:

Быстрый выход на рабочий режим (заряд и разряд фильтрующего конденсатора) при сохранении потенциально очень большой постоянной времени фильтра
Возможность использовать низковольтные полевые транзисторы для фильтрации любого напряжения
Полная защита полевого транзистора и от пробоя затвора, и от неожиданных перегрузок
Практически бесплатные детекторы резких скачков напряжения питания (в обе стороны) — в каждом стабилизированном источнике

Кстати, датчик бросков и включения-выключения питания оказался чересчур чувствительный — отлавливал броски от включения утюга в соседней комнате. Пришлось добавить пару диодов и резистор. Вот теперь автоматика стала отрабатывать идеально, быстро и без ложных тревог.

Если Вам, дорогой читатель, данный фильтр нужен для высокого напряжения — необходимо лишь выбрать конденсаторы на соответствующее напряжение (с запасом!) В остальном фильтр без изменений будет отлично работать и в высоковольтной цепи. Если тема интересна — есть ещё куда совершенствоваться. Так что если будет интерес — будет ещё статья, уже с прицелом на ламповую технику, фильтр с дополнительной защитой; а так же обсудим эффективные приёмы по уменьшению эрозии катода…

Литература: Г. С. Векслер, В. И. Штильман. Транзисторные сглаживающие фильтры, издание второе. М: «Энергия», 1979г.

Disclaimer: Скан книги был найден на просторах Сети в свободном доступе.
Копия предоставляется исключительно для ознакомления и личного пользования.

Кстати, наверняка даже такой пустяк можно запатентовать. Если есть кто из моих читателей грамотный в патентном деле — научите? 😉 А лучше просто поделитесь статьёй с друзьями-электронщиками. Мне будет приятно, и им, надеюсь — полезно.

Транзисторный фильтр питания с высоким КПД для аудиоаппаратуры

При создании прибора для ремонта телевизоров мне потребовался регулируемый источник питания 30-300 Вольт с током до 300 мА. Собрал простейший мостовой выпрямитель ЛАТР — диодный мост — конденсатор 220 мкф 400 Вольт. При испытании на максимальном токе выяснилось, что пульсации достигают 10-12 Вольт. При больших напряжениях это было нормально, но при малых напряжениях на выходе это было очень много.

Попытки применить транзисторный фильтр из опубликованных в литературе и в интернете мне не понравились — большое падение напряжения на транзисторе фильтра, зависимость качества фильтрации от входного напряжения.

Поэтому был создан довольно сложный фильтр, который имеет широкий диапазон изменения входного напряжения с большим КПД и высокой степенью подавления пульсаций.

Содержание / Contents

Входное напряжение 20 — 240 Вольт.
Уровень пульсаций на выходе, не более 100 мВ (размах)
Ток нагрузки до 300 мА
КПД: 0,92 – 0,95Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Особенности схемного решения:
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
При таком схемном решении обеспечивается минимальное влияние выходного транзистора на опорное напряжение. (построено в программе Proteus)

Входное напряжение — фиолетовый цвет — точка A на схеме
Опорное напряжение – розовый цвет- точка B на схеме

Напряжение питания транзистор T1 – зеленый цвет — точка C на схеме
Выходное напряжение – оранжевый цвет — точка D на схеме

При таком построении схемы падение напряжения на транзисторе U k-e T2 очень мало:

Нижняя линия оси – нулевой уровень, цена деления 2в/дел.
При этом уровень пульсаций с частотой 100 Гц

Измерения проводились при закрытом входе, цена деления 100мв/дел.Вместо резистора R1 подключается переменный резистор 150 – 200 ком и при нагруженном фильтре добиваемся минимальных пульсаций и затем заменяем резистор постоянным. Как правило, величина резистора лежит в пределах 10 – 120 ком и зависит от применяемых транзисторов.
При измерениях в качестве нагрузки использовалась лампа накаливания 220 В, 60 Вт, а при малых напряжениях резистор 39 Ом 5 Вт.
Транзистор T2 установлен на радиаторе площадью 80 кв. см, при токе 300 мА нагревается до температуры 40-50 градусов.

Схема в Splan7
▼ shema.7z 3,04 Kb ⇣ 164

• Форум Датагора
• Журнал «Радио» №8, 1991 г, И. МЕДВЕДЕВ, г. Брянск
• Книга «Транзисторные сглаживающие фильтры», Векслер Г.С., Штильман Г.И.
• Статья «Электронный дроссель», Е. Карпов

Иван Внуковский, г. Днепропетровск

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Активный фильтр 4.0.0.0 для источника питания (Е.А. Москатов)

Программа позволяющая рассчитывать активные фильтры на биполярных транзисторах, предназначенные для фильтрации пульсаций напряжения в источниках питания. Схема фильтра.

Транзисторные фильтры обладают малыми массой и габаритами в отличие от реактивных низкочастотных LC-фильтров, не имеют крупногабаритного и тяжёлого дросселя и способны обеспечить малое выходное сопротивление. Кроме того, транзисторные фильтры имеют более высокий коэффициент сглаживания пульсаций. Транзисторный фильтр с последовательным включением транзистора и нагрузкой в цепи эмиттера эквивалентен П-образному индуктивно- ёмкостному фильтру. В рассчитываемом фильтре (смотрите рис. 1) с нагрузкой в цепи эмиттера, включённой последовательно с транзистором, на базу транзистора подаётся напряжение, отфильтрованное RC-цепочкой, состоящей из резистора Rб и конденсатора Cб.

Так как напряжение Uбэ биполярного транзистора весьма мало, то выходное напряжение будет мало отличаться от напряжения на базе транзистора. Пульсации на выходе этого фильтра зависят от cглаживающего действия RC-цепи. Рассчитываемая схема транзисторного фильтра представляет собой эмиттерный повторитель, выходное сопротивление которого мало, поэтому такой фильтр менее чувствителен к изменениям нагрузки. Так как база транзистора VT1 соединена с коллектором через резистор Rб, то в цепи имеется автоматическое смещение. Следовательно, активный фильтр устойчиво работает при изменении температуры внешней среды и не требует подгонки режима работы транзистора. Иногда конденсатор параллельно нагрузке не ставят, так как конденсатор Сб в цепи базы транзистора оказывает фильтрующее действие при колебаниях тока нагрузки. Его ёмкость, пересчитанная на выход, примерно в h31э раз больше (h31э – коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером). Переменная составляющая напряжения пульсаций прикладывается к переходу база-коллектор и выделяется на транзисторе VT1. В коллекторном и эмиттерном токах переменная составляющая практически отсутствует, поэтому пульсации в нагрузке малы. Коэффициент полезного действия (КПД) транзисторного фильтра будет тем больше, чем меньше падение постоянного напряжения на транзисторе VT1. Но при этом амплитуда переменной составляющей напряжения на транзисторе не должна превышать значение постоянного напряжения на нём, иначе фильтр потеряет свою работоспособность. Применение транзисторных фильтров на выходе однофазных выпрямителей без предварительного фильтра невозможно.

Рис.2 Вид программы

В основном окне программы расположены поля ввода числовых значений. Расчёт осуществляется после нажатия на кнопку «Рассчитать!» . После заполнения всех полей ввода при нажатии на кнопку расчёта в нижней части окна появятся результаты вычислений (смотрите рис.2). Вызвать файл справки можно, нажав на клавиатуре клавишу F1.

Скачать справку (130кб)

Скачать программу рассчета активного фильтра (780кб)

Е. А. Москатов http://moskatov.narod.ru

Транзисторный фильтр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Транзисторный фильтр

Cтраница 2

Простейшая схема транзисторного фильтра изображена на рис. 3.5. На вход транзисторного фильтра от выпрямителя через промежуточный фильтр поступает постоянное, предварительно сглаженное напряжение. [16]

Основными недостатками транзисторных фильтров по сравнению с обычными пассивными являются более высокая стоимость, трудность защиты транзисторов в аварийных режимах и более низкая надежность. [17]

Последнее свойство транзисторного фильтра весьма важно при питании многокаскадных схем, так как с уменьшением гвых фильтра уменьшаются паразитные связи между каскадами через источник питания, снижается вероятность самовозбуждения усилительного тракта, улучшаются частотные и фазовые характеристики питаемого усилителя НЧ. [18]

К недостаткам активных транзисторных фильтров следует отнести прежде всего значительное влияние изменения температуры на режим работы транзистора. [19]

Постоянство выходного напряжения транзисторных фильтров зависит от трех основных факторов: изменения входного напряжения; изменения тока ( сопротивления) нагрузки и изменения окружающей температуры. Все эти факторы должны быть учтены при расчете фильтра наряду с требованием к коэффициенту фильтрации. [20]

В соответствие со сказанным транзисторные фильтры ( рис. IV.1 — IV.2) целесообразно применять только при специфичных технических требованиях. [22]

Для фильтрации выпрямленных токов удобны миниатюрные транзисторные фильтры. В зависимости от способа подачи смещения различают фильтры с фиксированным и автоматическим смещением. [24]

На рис. 6.26 приведены схемы последовательных транзисторных фильтров КФ с фиксированным и автоматическим смещениями. [26]

На рис. 1 представлена схема наиболее простого транзисторного фильтра. Принцип его работы заключается в следующем. На коллектор транзистора VT1 поступает напряжение с большой амплитудой пульсации, а цепь базы питается через интегрирующую цепь R1C1, которая сглаживает пульсации напряжения на базе. Сопротивление резистора R1 выбирают из условия достаточности тока базы для обеспечения заданного тока в нагрузке. Чем больше постоянная времени тР1С1, тем меньше пульсации напряжения на базе. Так как устройство представляет собой эмиттер-ный повторитель, то на выходе фильтра пульсации будут столь же малыми, как и на базе. Емкость конденсатора С1 может быть в несколько раз меньше, чем у конденсатора в LC-фильтре, так как базовый ток намного меньше выходного тока фильтра ( коллекторного тока транзистора) — примерно в Л21Э раз. [27]

В отличие от транзисторных стабилизаторов, транзисторные фильтры подавляют переменную составляющую, но не подавляют медленных изменений постоянной составляющей входного напряжения. [28]

По типу усилительных элементов можно выделить транзисторные фильтры, фильтры на усилителях с ограниченным усилением, на операционных усилителях, на повторителях напряжения и др. Все рассмотренные фильтры могут иметь одну цепь обратной связи или несколько. В связи с этим различают фильтры с одноконтурной и с многоконтурной обратной связью. Кроме этого, различают фильтры по числу полюсов на частотной характеристике — фильтры первого порядка, второго и более высоких порядков. Фильтры высоких порядков имеют более крутые границы полос пропускания и затухания и более плоскую характеристику в области полосы пропускания. [29]

В главе IV рассматриваются основные схемы транзисторных фильтров и области их применения. Приводится методика расчета транзисторных фильтров и пример расчета. [30]

Страницы: 1 2 3 4

Транзисторный фильтр для телевизора

Что-то не так?

Пожалуйста, отключите Adblock.

Портал QRZ.RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Спасибо.

Как добавить наш сайт в исключения AdBlock

В унифицированных телевизорах черно-белого изображения нередко встречается дефект в виде искривления вертикальных линий, вызываемый периодическим смещением групп строк с частотой 0,5…5 Гц. Одна из причин этого явления — недостаточная фильтрация постоянного напряжения +250 В, питающего видеоусилитель, каскады канала синхронизации и выходной каскад строчной развертки, другая — применение в сглаживающем фильтре двухоб-моточного дросселя.

Известно, что сглаживающие LC-фильтры хороши в цепях с относительно небольшим и постоянным током нагрузки, в телевизоре же только через выходной каскад строчной развертки протекают импульсы тока до 0,5 А. Из-за довольно высокого сопротивления фильтра создаются условия для межкаскадных связей, под влиянием которых в системе автоподстройки частоты и фазы генератора строчной развертки возникает колебательный процесс. Он вызывает периодическое смещение групп строк, что и приводит к искажению изображения.

В телевизоре «Горизонт-206» удалось устранить этот дефект, заменив обмотку 1-2 дросселя транзисторным фильтром, собранным по схеме, приведенной на рис. 1.23. Применение составного транзистора VT1, VT2 обусловлено стремлением повысить коэффициент сглаживания пульсаций на базе транзистора VT1 и тем самым улучшить фильтрацию напряжения устройством в целом. Стабилитроны VD2 и VD4 защищают транзисторы от бросков тока и напряжения, возникающих в выпрямителе при включении телевизора. Падение напряжения на транзисторе VT2 при токе нагрузки 150 мА не превышает 7 В.

Транзисторный сглаживающий фильтр — PatentDB.ru

Транзисторный сглаживающий фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ТРАНЗИСТОРНЫЙ СГЛАЖВАЮЩИЙ ФИЛЬТР, содержащий два выходных вывода , к которым подключены источник фильтруемого напряжения и нагрузка, конденсатор, диод, транзистор и схему управления, вход которой подключен к положительному выходному выводу , а выход — к управляющей цепи транзистора, причем один выходной вьшод транзистора и анод диода подключен к положительному выходному выводу , а второй выходной вывод гранзистора и катод диода соединены с одной обкладкой конденсатора, а другая обкладка которого подключена к отрицательному выходному выводу, о тличаЛщийся тем, что, с целью повьпиения КПД, дополнительно введены второй транзистор, второй диод и источник постоянного напряжения , причем к катоду первого диода подключен положительный полюс источника постоянного напряжения, отрицательный полюс которого соединен с катодом второго диода, анод которого через выходную цепь второго трак- . зистора подключен к положительному выходному выводу,а управляющая цепь второго транзистора подключена к выходу схемы управления.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зсмк Н 02 M 1/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 341 1082/24-07 (22) 05.02.82 (46) 07,08.84. Бюл. к- 29 (72) В.А.Попов и В.В.Попов (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро с опытным производством Минского радиотехнического . института (53) 62.1.314.5(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 365782, кл. Н 02 M 1/14, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 718876, кл. Н 02 M 1/14, 1981. (54) (57) ТРАНЗИСТОРНЫЙ СГЛАЖИВАЮЩИЙ

ФИЛЬТР, содержащий два выходных вывода, к которым подключены источник фильтруемого напряжения и нагрузка, конденсатор, диод, транзистор и схему управления, вход которой подключен. к положительному выходному выводу, а выход вЂ” к управляющей цепи.,SU„„1107231 А транзистора, причем один выходной вывод транзистора и анод диода подключен к положительному выходному выводу, а второй выходной вывод тран- . зистора и катод диода соединены с одной обкладкой конденсатора, а другая обкладка которого подключена к отрицательному выходному выводу, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД, дополнительно введены второй транзистор, второй диод и источник постоянного напряжения, причем к катоду первого диода подключен положительный полюс источ ника постоянного напряжения, отрицательный полюс которого соединен Е с катодом второго диода, анод которого через выходную цепь второго тран- . зистора подключен к положительному выходному выводу,а управляющая цепь второго транзистора подключена к вы- Я ходу схемы управления.

11012 i1

Составитель А.Кириллов

Редактор И.Николайчук Техред Л. Коцюбняк Корректор Н.Яцола

Заказ 5773/40 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Фи litë т ППП «Патент», r. Y*rnpon,ул.Проектная,4

Изобретение относится к электротехнике и автоматике,в частности к системам управления и питания.

Известен транзисторный сглаживающий фильтр, содержащий два конденсатора, усилительный, сглаживающий и выходной регулирующий каскад на двух последовательно соединенных транзисторах. Фильтр имеет высокий коэффициент сглаживания и улучшенные динамические характеристики 1 1 7.

Недостатком такого фильтра является низкий КПД при больших амплитудах пульсаций на входе фильтра.

Наиболее близким к изобретению является сглаживающий фильтр, содер жащий параллельно соединенные с выховЂ” дом выпрямителя сглаживающий конденсатор, нагрузку, диод, транзистор и резистор (21. 20

Сглаживающий фильтр обладает малой инерционностью, но имеет низкий коэффициент сглаживания и низкий КПД.

Цель изобретения вЂ” повьш ение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный сглаживающий фильтр, содержащий два выходных вывода, к которым подключены источник фильтруемого напряжения и нагрузка, конденсатор, диод, транзистор ЗО и схему управления, вход которой подключен к положительному выходному выводу, а цыход вЂ” к управляющей цепи транзистора, причем один выходной вывод транзистора и анод диода подключены к положительному выходному выводу, а второй выходной вывод транзистора и катод диода соединены с одной обкладкой конденсатора, другая обкладка которого подключена к отри- 40 цательному выходному выводу, дополнительно введены второй транзистор, второй диод и источник постоянного напряжения, причем к катоду первого диода подключен положительный полюс 4 источника постоянного напряжения, отрицательный полюс которого соединен с катодом второго диода, анод которого через выходную цепь вт рого транзистора подключен к положительному выходному выводу, а управляющая цепь второго транзистора подключена к выходу схему управления.

На чертеже показана принципиальная электрическая схема транзисторного сглаживающего фильтра.

Транзисторный сглаживающий фильтрвЂ” содержит два выходных вывода 1 и 2, к которым подключен источник фильтруемого напряжения Е и нагрузка 3 пит У конденсатор 4, транзисторы 5 и 6, схему 7 управления, диоды Я и 9 и источник 10 постоянного напряжения.

Фильтр работает следующим образом.

От источника фильтруемого напряжения Е „ производится заряд конденсатора 4 через диод Б до напряжения

+Е „ . Если напряжение на выходе фильтра начинает возрастать относительно среднего значения, то через схему 7 управления открывается транзистор 6 и происходит заряд конденсатора 4 до напряжения, равного сумме

+pi и напряжения источника 10 поспит тоянного напряжения. Если напряжение на выходе фильтра падает, то транзистор 6 закрывается, а транзистор 5

I открывается и конденсатор 4 разряжается на нагрузку 3 через транзистор

5, компенсируя снижение напряжения на нагрузке 3.

Фильтр имеет высокий КПД за счет низкого напряжения питания транзисторов фильтра, которое не превышает половины амплитуды пульсаций источника фильтруемого напряжения, а также за счет разделения цепей заряда и разряда конденсатора.

Включение транзисторов фильтра по двухтактной схеме обеспечивает высокие динамические характеристики фильтра, а применение дополнительновЂ”

ro источника постоянного напряжениявЂ” высокий коэффициент сглаживания фильтра.

Транзисторные радиоприемники «СПИДОЛА», «ВЭФ», «ОКЕАН», «МЕРИДИАН» | Авторская платформа Pandia.ru

Резистор R3 служит для улучшения формы напряжения гетеродина, для повышения стабильности его работы и для уменьшения приема на гармониках частоты гетеродина. Оптимальное значение напряжения гетеродина, подаваемого на смеситель, лежит в пределах 70 — 150 мв. При этом достигается минимальный коэффициент шума смесителя и максимальный коэффициент преобразования, что позволяет получить высокую реальную чувствительность в диапазонах КВ.

Питание преобразователя частоты осуществляется через стабилизатор напряжения на транзисторе Т2 (П41) и кремниевом диоде Д1 (Д101), работающем на прямолинейном участке вольт-амперной характеристики. Опорный диод Д1 обеспечивает постоянство напряжения на базе транзистора Т2, что почти исключает зависимость тока в нагрузке (резисторы RIO, R15 и все цепи питания транзисторов 77, ТЗ) от изменения напряжения источника питания, что, в свою очередь, приводит к незначительным изменениям падений напряжений в цепях нагрузки. Этим сохраняются усилительные свойства и стабильность частоты гетеродина при разряде батарей от 9 до 5 в.

Нагрузкой смесителя является четырехконтурный фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), который обеспечивает заданную избирательность приемника. Связь смесителя с ФСС осуществляется путем неполного включения контура L30, С53. Полоса пропускания ФСС — около 8 кгц, избирательность — 34 — 38 дб. Связь ФСС с базой транзистора Т4 — слабая: отношение числа витков катушек L33 и L34 равно 18:1. Такая связь ФСС со смесителем и первым УПЧ обеспечивает устранение влияния дестабилизирующих факторов на работу приемника (см. Введение).

УПЧ — трехкаскадный. Каждый каскад УПЧ собран по резонансной схеме с трансформаторной связью предыдущего каскада с последующим. Используемые в УПЧ транзисторы типа П41А

(Т4) и П41 (Т5, Т6) имеют значительную емкость коллектор — база, поэтому в первых двух каскадах УПЧ для нейтрализации действия внутренней обратной связи транзисторов применены нейтродинные конденсаторы С60 и С67. Емкости этих конденсаторов некритичны и подбираются при настройке. УПЧ имеет широкую полосу пропускания (22 — 25 кгц), что достигается значительной нагрузкой контуров со стороны детектора (L39, L40) и входных цепей третьего и второго каскадов УПЧ, а также включением шунта (R42) в контур первого каскада.

Детектор выполнен на диоде Д2 (Д9В) по схеме с последовательным включением нагрузки (R29). Постоянная составляющая тока диода используется для автоматической регулировки усиления. Начальное смещение на базу транзистора Т4 подается от источника питания с помощью делителя, состоящего из резисторов R17, R18, R16, R27 и R29. С этого же делителя на диод Д2 подается прямое смещение, которое снижает вносимые им нелинейные искажения при малых уровнях принимаемого сигнала. Резистор R28 и конденсаторы С74, С75 образуют П-образный фильтр, препятствующий прохождению сигнала ПЧ в УНЧ.

Напряжение АРУ с нагрузки детектора через фильтр R27, R16, С61, С62 подается на базу транзистора Т4. По мере увеличения уровня сигнала, поступающего с УПЧ на диод, растет постоянная составляющая, возникающая в результате детектирования. Это вызывает уменьшение суммарного напряжения положительного смещения базы транзистора Т4 и отрицательного смещения на ней. В результате уменьшается ток коллектора транзистора Т4 и снижается усиление первого каскада УПЧ. Амплитудная модуляция поступающего на детектор сигнала ПЧ практически не влияет на величину смещения базы транзистора Т4 за счет наличия фильтрующих цепочек (R27, R28, С74, С75, С61). Используемая система АРУ отличается достаточно высокой эффективностью благодаря применению в регулируемом каскаде транзистора Т4 типа П41 А, который обладает хорошей регулировочной характеристикой. Кроме того, эффективность действия АРУ повышена путем непосредственного соединения эмиттера транзистора Т4 с «землей» (плюсом источника питания), хотя в этом случае несколько ухудшается температурная стабилизация каскада.

УНЧ — трехкаскадный. Первый каскад (предварительный усилитель) собран на транзисторе Т7 (П41) по схеме с общим эмиттером. Второй каскад (фазоинвертор с трансформаторным выходом) выполнен на транзисторе Т8 (П41). Оба каскада УНЧ используют схему с непосредственной связью по постоянному току. Выходной каскад двухтактный и собран на транзисторах Т9, Т10 (П41).

Каждый каскад УНЧ охвачен отрицательной обратной связью. В первом каскаде элементом обратной связи является конденсатор С78, а во втором — резистор R37. В выходном каскаде конденсаторы С82 и С83 создают отрицательную обратную связь на высоких

частотах. Помимо этого, последние два каскада охвачены частотно-зависимой обратной связью (R36, С80). Это позволяет улучшить частотную характеристику усилителя за счет выравнивания нагрузки по всему диапазону звуковых частот и уменьшить нелинейные искажения. Частотная характеристика УНЧ имеет диапазон от 100 до 5000 гц с завалом крайних частот не более 2 дб и с коэффициентом нелинейных искажений не более 2 — 3%.

Рис. 3. Электромонтажные схемы планок диапазонов 31 м — П2 (а),

СВ — Дв (б) и ДВ — П7 (в) радиоприемников «Спидола», «ВЭФ-Спидола» и «ВЭФ-Спидола-10»

Как отмечалось выше, первый и второй каскады УНЧ собраны по схеме с непосредственной связью по постоянному току и, кроме того, охвачены обратной связью (R32 и R33). Напряжение смещения на Т9 и ПО подается с резистора R40, по которому протекает ток эмиттера второго каскада. При такой схеме ток коллектора второго каскада падает с ростом температуры, падение напряжения на R40 уменьшается, что приводит к уменьшению тока выходного каскада. Резистор R41 также стабилизирует работу каскада по постоянному току и снижает требовательность к разбросу параметров транзисторов. Переменный резистор R30 является регулятором громкости (объединен с выключателем питания). Резистор R31 позволяет несколько стабилизировать величину полного сопротивления нагрузки для звуковых частот при изменении положения движка R30. Вторичная обмотка выходного трансформатора Тр2 нагружена на громкоговоритель (Гр) типа 1ГД-1.

Для устойчивости работы приемника в цепь питания включен развязывающий фильтр R38, С84, С85. В приемнике предусмотрена возможность подключения внешнего громкоговорителя, внешнего источника питания и звукоснимателя через специальные гнезда, вынесенные на колодку внешних соединений. Питание приемника осуществляется от шести батарей типа 373 («Марс», «Сатурн») или двух – типа КБС-Л-0,5 (3336-Л).

Электромонтажная схема платы ПЧ-НЧ всех трех модификаций приемника одинаковая и приведена на рис. 2 (см. цветную вклейку). Для радиоприемников «Спидола» конденсатор С74 припаивается к плате со стороны фольги между точками 1 и 2 (см. рис. 2).

На рис. 3, а показана электромонтажная схема планки, содержащей входной и гетеродинный контуры диапазона 31 м (П2) радиоприемника «ВЭФ-Спидола» и «ВЭФ-Спидола-10». Для приемников «Спидола» монтаж этой планки — аналогичный, но вместо конденсаторов постоянной емкости С6 и С23 установлены конденсаторы полупеременной емкости под той же нумерацией. Монтаж планок диапазонов 25 м (П1), 41 м (ПЗ) и 49 м (П4) выполнен точно так же. Монтажная схема планки диапазона 52 — 75 м (П5) отличается от приведенной на рис. 3, а тем, что к контактам 4 — 8 и 12 — 14 подпаяны соответственно конденсаторы С12 и С32. У приемника «Спидола» конденсаторы С13 и С33 (рис. 1) полупеременной емкости. На рис. о, бив показаны электромонтажные схемы планок диапазонов СВ (П6) и ДВ (П7), которые одинаковы для всех трех модификаций приемника. Необходимо только помнить, что в планке ДВ (П7) радиоприемника «Спидола» параллельно С17 устанавливается конденсатор С16 емкостью около 10 пф (величина емкости подбирается при настройке).

2. «ВЭФ-12», «ВЭФ-201» («ВЭФ-202»)

На рис. 4 приведена принципиальная схема радиоприемника «ВЭФ-12», которая значительно отличается от рассмотренной ранее схемы приемников типа «Спидола».

Рис. 4. Принципиальная схема радиоприемника «ВЭФ-12»

Барабанный переключатель в положении ДВ. Цифры в квадратах соответствуют контактам печатной платы

В приемнике предусмотрена возможность подключения внешней антенны не только для приема в диапазонах KB, но и в диапазонах ДВ и СВ. В этом случае используется специальное гнездо Гн2, которое через R1 и катушку связи L11 связано с входными контурами ДВ – и СВ-диапазонов. Такой способ включения антенны позволяет выравнять величину коэффициента передачи входной цепи по диапазону.

Входные цепи одноконтурные и имеют автотрансформаторную связь с антенной. Катушки входных контуров для диапазонов ДВ и СВ (вместе с катушкой LIT) размещены на ферритовом стержне магнитной антенны. При работе в диапазоне ДВ L14 и L12 включаются последовательно, а в диапазоне СВ L14 замыкается накоротко через контакты 3 и 5 переключателя диапазонов В.

В схему приемника введен каскад УВЧ, собранный на транзисторе ТЗ (П423) по апериодической схеме, которая не требует регулировки и обеспечивает высокую устойчивость в работе. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Нагрузкой каскада является резистор R16, параллельно которому включен фильтр (L30, С49) подавления сигналов с частотой, равной промежуточной. Связь базы ТЗ с входными контурами — трансформаторная. Введение в схему приемника каскада УВЧ увеличило его чувствительность в диапазоне ДВ и СВ, улучшило работу АРУ и уменьшило перекрестные искажения.

Преобразователь частоты собран по схеме с отдельным гетеродином: на Т1 (П423) выполнен гетеродин с включением транзистора по схеме с общей базой, а на Т4 (П423) — смеситель по схеме с общим эмиттером. Напряжение гетеродина подается на эмиттер Т4, а напряжение сигнала с УВЧ — на его базу. Подача сигналов на разные электроды транзистора улучшает развязку цепей гетеродина со входом приемника, повышает стабильность работы смесителя и помехозащищенность тракта. Нагрузкой смесителя является четырехконтурный ФСС. На транзисторе Т2 (МП41 или МП40) и диоде Д1 (Д101 или 7ГЕ1АС) собран стабилизатор напряжения для питания УВЧ, гетеродина, смесителя и обоих каскадов УПЧ. В остальном схемы гетеродина, смесителя и стабилизатора напряжения не отличаются от существующих схем радиоприемника «Спидола» («ВЭФ-Спидола», «ВЭФ-Спидола-10»).

На транзисторах Т5 и Т6 (П423) собран двухкаскадный УПЧ. Первый каскад в качестве нагрузки имеет двухконтурный полосовой фильтр с емкостной связью (С64) и шириной полосы пропускания 15 — 20 кгц на уровне 6 Об. Второй каскад УПЧ резонансный.

Детектор собран на диоде Д2 (Д9В) по последовательной схеме, его суммарная нагрузка состоит из резисторов R29, R49, R45 и R30. Последний является регулятором громкости (объединен с выключателем питания). Фильтр высокочастотной составляющей детектора состоит из резистора R29 и конденсатора С71.

По сравнению с ренее рассмотренной схемой в этих приемниках схема АРУ более эффективна. АРУ охватывает два каскада: первый каскад УПЧ, в котором регулируется базовое напряжение транзистора Т5, и каскад УВЧ, в котором регулируется напряжение коллектора транзистора ТЗ. Напряжение АРУ снимается с детектора Д2 и через R28 подается на базу Т5. Это напряжение, действуя в противофазе стабилизированному напряжению базы, уменьшает его, тем самым уменьшая ток через Т5 и, следовательно, коэффициент усиления каскада. Уменьшение тока через транзистор приводит, в свою очередь, к уменьшению падения напряжения па R44, которое является напряжением питания коллектора ТЗ (УВЧ). На коллектор ТЗ это напряжение подается через резисторы R43 и R16. Таким образом, уменьшение напряжения на эмиттере Т5, а следовательно, и на коллекторе ТЗ приводит к уменьшению усиления каскада УВЧ. В данном случае мы имеем систему так называемой эстафетной АРУ по току эмиттера и напряжению коллектор — эмиттер (подробнее об этой схеме см. в § 3). Цепочки R28, С60, С61 и С83, R43, С82 выполняют функции фильтров.

Соединение нижнего конца (по схеме) катушки L40 с эмиттером транзистора То — вынужденное, так как в противном случае на диод Д2 через R28 подавалось бы полное напряжение с базы Т5 (2 в), что привело бы к большим искажениям при детектировании. Разность потенциалов между базой и эмиттером Т5 составляет

всего 0,2 в. Это напряжение подается на Д2 и служит небольшой задержкой АРУ. Резистор R47, шунтирующий L40, служит для подавления паразитного колебательного процесса, который возникает при быстрых изменениях напряжения АРУ за счет большой постоянной времени цепи (емкость конденсатора развязки С84 составляет 500 мкф).

Рис. 5. Принципиальные схемы планок диапазонов радиоприемников -«ВЭФ-201» и «ВЭФ-202»

УНЧ трехкаскадиый и собран на транзисторах типа МП41. В отличие от ранее рассмотренной схемы здесь введен регулятор тембра по высоким звуковым частотам (R36), включенный на входе второго каскада УНЧ. Вместо громкоговорителя 1ГД-1 нагрузкой УНЧ является громкоговоритель 1ГД-4А (Гр).

Схема активного транзисторного фильтра верхних частот

»Примечания по электронике

Часто бывает полезно иметь простую однотранзисторную схему активного фильтра верхних частот, использующую всего несколько компонентов и простые вычисления для использования в различных конструкциях электронных схем.

Типы транзисторных цепей

Включают:
Типы транзисторных цепей Общий эмиттер Эмиттер-повторитель Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклай Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр высоких частот

См. Также: Конструкция транзисторной схемы

Хотя операционные усилители могут составлять основу активного фильтра верхних частот, один транзистор также может обеспечивать ту же функцию с очень приемлемыми характеристиками.

Иногда бывает удобнее использовать один транзистор, чем операционный усилитель. В подобных обстоятельствах приведенная ниже простая конструкция может стать отличным решением для активного фильтра верхних частот.

Хотя схема фильтра верхних частот с одним транзистором не будет работать так же хорошо, как версия с операционным усилителем, потому что она имеет меньшее усиление, производительность все равно будет достаточно хорошей для большинства приложений проектирования электронных схем.

Основы фильтра высоких частот

Как следует из названия, фильтр верхних частот — это разновидность фильтра, используемого в конструкции электронных схем, который пропускает более высокие частоты и отклоняет более низкие частоты.

Цепи фильтра верхних частот могут использоваться в различных приложениях, включая уменьшение гула и общего низкочастотного шума в аудиосхемах до удаления множества низкочастотных элементов сигналов перед переходом к дальнейшим этапам проектирования электронной схемы. .

Кривая отклика фильтра высоких частот

Форма кривой имеет значение. Одна из самых важных характеристик — частота среза. Обычно это точка, в которой отклик упал на 3 дБ, т.е.е. напряжение упало до 1 / √2 или 70,7% от внутриполосного значения.

Еще одна важная особенность — окончательный уклон ската. Обычно это зависит от количества «полюсов» в фильтре. Обычно на каждый конденсатор или катушку индуктивности в фильтре приходится по одному полюсу.

При построении графика в логарифмической шкале окончательный спад становится прямой линией, при этом отклик падает с максимальной скоростью спада. Это 6 дБ на полюс внутри фильтра.

Преимущество использования схемы операционного усилителя для фильтра высоких частот состоит в том, что многополюсная схема может быть сделана с использованием только конденсаторов и резисторов, а не катушек индуктивности, которые в противном случае могли бы потребоваться.

Одна транзисторная схема активного фильтра высоких частот

Схема транзисторного фильтра верхних частот, приведенная ниже, обеспечивает двухполюсный фильтр с единичным усилением. Это означает, что окончательная скорость спада будет 12 дБ за декаду.

Этот фильтр, использующий всего один транзистор, удобно размещать в более крупной схеме, поскольку он содержит мало компонентов и не занимает слишком много места.

Являясь важной формой эмиттерного повторителя, эта конструкция электронной схемы обеспечивает только единичный коэффициент усиления по напряжению для внутриполосных частот.

Схема активного транзистора верхних частот довольно проста, в ней используются всего четыре резистора, два конденсатора и один транзистор. Условия работы транзистора устанавливаются обычным образом. R2 и R3 используются для установки точки смещения для базы транзистора. Часто это устанавливается так, чтобы базовое напряжение составляло половину напряжения шины, так что максимальные скачки напряжения могут быть сделаны без перехода к напряжению шины.

Один транзисторный фильтр верхних частот

Значения этих резисторов также должны быть установлены таким образом, чтобы общее значение резисторов, включенных параллельно, не влияло на работу фильтра, как мы видим ниже, в то же время обеспечивая достаточный ток для базы транзистор.

Эмиттерный резистор Re — эмиттерный резистор рассчитан для обеспечения необходимого тока через транзистор, зная напряжение на нем, поскольку оно будет на 0,6 В ниже напряжения на базе кремниевого транзистора. Для германиевого транзистора оно всего на 0,2–0,3 В ниже базового напряжения. Зная напряжение на эмиттере, достаточно просто вычислить по закону Ома, чтобы определить номинал резистора эмиттера.

Компоненты фильтра включены в отрицательную обратную связь от выхода схемы к входу.Компоненты, которые образуют активную сеть фильтров, состоят из C1, C2, R1 и комбинации R2 и R3, включенных параллельно, при условии, что входное сопротивление цепи эмиттерного повторителя очень велико и им можно пренебречь.

Конденсаторы должны быть с достаточно жесткими допусками — идеально подходят керамические, металлические пленочные и т. Д. Не следует использовать алюминиевые электролитические конденсаторы, поскольку они часто имеют допуск от -20% до + 50%, и это может привести к некоторым нежелательным рабочим характеристикам.

Уравнения для определения значений компонентов дают ответ Баттерворта.Этот отклик фильтра обеспечивает максимальную равномерность полосы пропускания за счет максимально быстрого достижения максимального спада. Это было выбрано, потому что эта форма фильтра подходит для большинства приложений, и математика работает легко. Хотя это может быть не тот вид фильтра, который нужен для всех конструкций электронных схем, он более чем подходит для большинства.

Уравнения для расчета значений в однотранзисторном фильтре верхних частот приведены ниже:

C1 = 2 C2

R3 = R1 R2R1 + R2

Чтобы нагрузка на компоненты фильтра была минимальной и вычисления не компенсировались влиянием нагрузки самого транзистора:

Re (β + 1) >> R1 R2R1 + R2

fo = 24 π R3 C2

Где:
Β = коэффициент усиления прямого тока транзистора
f ₀ = частота среза фильтра верхних частот
π = греческая буква пи и равна 3.14159

При проектировании схемы может потребоваться небольшая итерация для оптимизации значения, чтобы можно было использовать доступные компоненты, а значения импеданса и т. Д. Могли находиться в допустимых пределах.

Простая двухполюсная схема активного фильтра верхних частот позволяет использовать простую схему в областях, где может быть неудобно использовать другой подход. Простые вычисления и небольшое количество используемых компонентов делают его идеальным для использования.

Эту схему с одним транзисторным фильтром верхних частот можно использовать, когда необходимо, чтобы схема устраняла низкочастотный гул, но сохраняла высокочастотный звук и т. Д..

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > транслировать 2017-01-03T13: 27: 20-07: 00LaTeX с пакетом hyperref2017-01-03T13: 40: 21-07: 002017-01-03T13: 40: 21-07: 00application / pdf

pdfTeX-1.40.17False Это pdfTeX, версия 3.14159265-2.6-1.40.17 (TeX Live 2016) kpathsea версия 6.2.2uuid: 806c966c-7cf3-b948-b807-15a7119ebe11uuid: deb1b498-2a27-5743-afcd-52ab1ed86868 конечный поток эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 44 0 объект > эндобдж 45 0 объект > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 47 0 объект > эндобдж 48 0 объект > эндобдж 49 0 объект > эндобдж 50 0 объект > эндобдж 51 0 объект > эндобдж 52 0 объект > эндобдж 53 0 объект > эндобдж 54 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 57 0 объект > эндобдж 58 0 объект > эндобдж 59 0 объект > эндобдж 60 0 объект > эндобдж 61 0 объект > эндобдж 62 0 объект > эндобдж 63 0 объект > эндобдж 64 0 объект > эндобдж 65 0 объект > эндобдж 66 0 объект > эндобдж 67 0 объект > эндобдж 68 0 объект > эндобдж 69 0 объект > эндобдж 70 0 объект > эндобдж 71 0 объект > эндобдж 72 0 объект > эндобдж 73 0 объект > эндобдж 74 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 77 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 90 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 92 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 94 0 объект > эндобдж 95 0 объект > эндобдж 96 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 98 0 объект > эндобдж 99 0 объект > эндобдж 100 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 102 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 108 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 110 0 объект > транслировать xVKAoBRZP + ^ yT) п% 1 afggfg ~ 0 ~ Zi ٝ x ~? ͨs}% 3t5 U0SwRA%] _G #: # eԧ / 5 ~ h + [GJEVTxwҙ «j (hb% My $: ֙ MBZX \ k) i /: 6FK

А низковольтный маломощный 0.25 мкм интегрированный однотранзисторный фильтр на основе активной катушки индуктивности

Ачигуи, Х. Ф., Саван, М., и Файоми, К. Дж. Б. (2007). Полностью симметричные дифференциальные усилители 1 В: реализация и экспериментальные результаты. Аналоговые интегральные схемы и обработка сигналов, 53 , 19–25.

Артикул Google ученый

Сторнелли В. (2009). Низковольтный маломощный полностью дифференциальный буфер. Журнал схем, систем и компьютеров, 18 (3), 497–502.

Артикул Google ученый

Сторнелли В., Пантоли Л., Леуцци Г. и Ферри Г. (2013). Полностью дифференциальные фильтры и буферы Бесселя пятого и седьмого порядков на основе DDA для радиосистем DCR. Аналоговые интегральные схемы и обработка сигналов, 75 (2), 305–310.

Артикул Google ученый

Хара, С., Токумицу, Т., и Айкава, М. (1989). Широкополосный монолитный активный СВЧ-индуктор без потерь. Транзакции IEEE по теории и методам микроволнового излучения, 37 (12), 1979–1984.

Артикул Google ученый

Хара, С., Токумицу, Т., Танака, Т., и Айкава, М.(1988). Широкополосный монолитный активный СВЧ-индуктор и его применение в миниатюрных широкополосных усилителях. Транзакции IEEE по теории и методам микроволнового излучения, 36 (12), 1920–1924.

Артикул Google ученый

Чо Ю., Хонг С. и Квон Ю. (1997). Новый активный индуктор и его применение в генераторе, управляемом индуктивностью. Транзакции IEEE по теории и методам микроволнового излучения, 45 (8), 1208–1213.

Артикул Google ученый

Thanachayanont, A. (2002). Активная катушка индуктивности только на КМОП-транзисторах для приложений ПЧ / ВЧ. В материалах Proceedings of IEEE International Conference on Industrial Technology, Thailand (Vol. 1, pp. 1209–1212).

Yodprasit, U., & Ngarmnil, J. (2000). Метод повышения добротности для активной катушки индуктивности RF CMOS (том 5, стр. 589–592). Генуя: ISCAS.

Google ученый

Кэмпбелл, К. Ф., и Вебер, Р. Дж. (1991). Проектирование широкополосной СВЧ цепи активного индуктора БЮТ. В материалах Труды 34-го симпозиума Среднего Запада по схемам и системам (том 1, стр. 407–409).

10.

Филановски И. М., Реджа М. и Оливейра Л. Б. (2011). Новые активные индукторы негираторного типа с приложениями (Том 1, стр. 1–4). Сеул: MWSCAS.

Google ученый

11.

Колуччи П., Леуцци Г., Пантоли Л. и Сторнелли В. (2012). Интегрируемый полосовой УВЧ-фильтр третьего порядка с использованием активных катушек индуктивности. Письма о микроволновых и оптических технологиях, 54 , 1426–1429.

Артикул Google ученый

12.

Леуцци Г., Сторнелли В., Пантоли Л. и Дель Ре С. (2015). Однотранзисторный активный индуктор с высокой линейностью и широким динамическим диапазоном. Международный журнал теории схем и приложений, 43 (3), 277–285.

Артикул Google ученый

13.

Сторнелли В., Пантоли Л. и Леуцци Г. (2013). Высококачественные полосовые фильтры на основе активных катушек индуктивности L-диапазона. Журнал схем, систем и компьютеров, 22 (03), 1350014.

Артикул Google ученый

14.

Бранчи, П., Пантоли, Л., Сторнелли, В., и Леуцци, Г.(2014). Разработка и реализация высокодобротных плавающих активных индукторов ВЧ и СВЧ диапазона. Международный журнал теории схем и приложений . DOI: 10.1002 / cta.1991.

Google ученый

15.

Platzker, A., Struble, W., & Hetzler, K. T. (1993). Диагностика нестабильности и роль K в цепях СВЧ. В 1993 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Atlanta, GA (Vol. 3, pp. 1185–1188).

16.

Campbell, C., & Brown, S. Модифицированный элемент цепи S-зонда для анализа стабильности. В Белой книге от AWR.

17.

Пантоли, Л., Леуцци, Г., Баригелли, А., Витулли, Ф., и Суриани, А. (2015). Сверхширокополосный модуль LNA для космических приложений. В 2015 10-я Европейская конференция по СВЧ интегральным схемам (EuMIC), Париж, (стр. 160–163). DOI: 10.1109 / EuMIC.2015.7345093.

Ускорьте разработку фильтров электромагнитных помех для импульсных источников питания

Введение

Импульсные источники питания

используются в современных электронных системах в основном из-за их высокой эффективности преобразования энергии.Одним из побочных эффектов распространения импульсных источников питания является создаваемый ими шум. Это обычно называется электромагнитными помехами (EMI), EMI-шумом или просто шумом. Например, ток переключения входной стороны типичного понижающего преобразователя представляет собой пульсирующий ток, богатый гармониками. Быстрое включение и выключение силовых транзисторов вызывает внезапные прерывания тока, что приводит к появлению высокочастотных звонков и скачков напряжения.

Проблема в том, что высокочастотный шум может взаимодействовать с другими устройствами в системе, ухудшая характеристики чувствительных аналоговых или цифровых сигнальных цепей.Из-за этого возникло множество стандартов, устанавливающих допустимые пределы EMI. Чтобы соответствовать этим ограничениям для импульсного источника питания, необходимо сначала количественно оценить его характеристики EMI и, при необходимости, добавить соответствующую входную фильтрацию EMI для ослабления EMI. К сожалению, анализ электромагнитных помех и проектирование фильтров могут быть сложной задачей, обычно требующей длительного итеративного процесса проектирования, сборки, тестирования и модернизации, то есть при условии наличия надлежащего испытательного оборудования. Чтобы ускорить процесс разработки фильтра электромагнитных помех в соответствии со спецификациями электромагнитных помех, в этой статье показано, как анализ проводимых электромагнитных помех и конструкция фильтра могут быть легко оценены и предварительно созданы с помощью программы ADI LTpowerCAD ^®.

Различные типы электромагнитных помех: излучаемый и кондуктивный шум, общий режим и дифференциальный режим

Существует два основных типа электромагнитных помех: излучаемые и кондуктивные. В импульсном источнике питания излучаемые электромагнитные помехи обычно возникают из-за высокого шума dv / dt в узлах переключения. Отраслевые стандарты для излучаемых излучений обычно охватывают полосу частот от 30 МГц до 1 ГГц. На этих частотах излучаемые электромагнитные помехи от импульсных стабилизаторов возникают в основном из-за звонков и скачков напряжения переключения и могут сильно зависеть от компоновки печатной платы.За исключением того, что изначально заложено в надлежащую практику компоновки, практически невозможно точно предсказать, сколько излучаемых электромагнитных помех будет передавать импульсный источник питания «на бумаге». Нужно просто собрать плату и измерить ее электромагнитные помехи в хорошо спроектированной лаборатории электромагнитных помех, чтобы определить уровень излучаемого шума.

Кондуктивные электромагнитные помехи возникают в результате быстрых изменений проводимого входного тока импульсного регулятора, включая синфазный (CM) и дифференциальный (DM) шум. Стандартные отраслевые ограничения на кондуктивные излучения обычно охватывают более низкий частотный диапазон, чем излучаемые излучения, а именно от 150 кГц до 30 МГц.На рисунке 1 показаны общие пути проводимости синфазного и дифференциального шума источника питания постоянного тока (ИУ в лаборатории EMI).

Для количественной оценки электромагнитных помех на входе на входе стабилизатора устанавливается сеть стабилизации полного сопротивления линии (LISN), обеспечивающая стандартный входной импеданс источника. Кондуктивный шум CM измеряется между каждой входной линией и землей. Шум CM генерируется в узлах переключения с высоким значением dv / dt, проходит через паразитную емкость печатной платы C _P устройства на землю, а затем передается на вход источника питания LISN.Подобно излучаемым электромагнитным помехам, высокочастотный коммутационный узел и паразитная емкость не могут быть легко и точно смоделированы в бумажном дизайне.

Шум

DM измеряется по-разному между двумя входными линиями. Кондуктивный шум DM возникает из-за высокого di / dt, пульсирующего входного тока импульсного источника питания. К счастью, в отличие от других типов электромагнитных помех, пульсирующий входной ток и возникающие в результате относительно низкочастотные электромагнитные помехи, генерируемые на входных конденсаторах и в цепи LISN, могут быть предсказаны программным обеспечением, таким как LTpowerCAD, с приемлемой точностью.

Рисунок 1. Концептуальный обзор основанного на LISN измерения дифференциальных и синфазных кондуктивных электромагнитных помех импульсного источника питания.

На рис. 2 показан типичный график шума ЭМП импульсного понижающего источника питания без входного фильтра ЭМП . Наиболее значительный всплеск электромагнитных помех происходит на частоте переключения источника питания, за которым следуют дополнительные всплески на его гармонических частотах. На рисунке 2 показан график электромагнитных помех, где пиковые значения этих выбросов превышают пределы электромагнитных помех CISPR 22.Чтобы соответствовать стандарту, требуется фильтр EMI для ослабления EMI в дифференциальном режиме.

Рис. 2. Типичный график электромагнитных помех импульсного понижающего источника питания без входного фильтра электромагнитных помех.

Дифференциальный фильтр кондуктивных электромагнитных помех

На рис. 3 показан типичный фильтр наведенных электромагнитных помех в дифференциальном режиме на входе импульсного источника питания. В этом случае мы добавили простую сеть нижних частот первого порядка L _f C _f между локальными входными конденсаторами источника питания C _IN (сторона источника шума EMI) и источником входного сигнала (сторона приемника LISN). ).Это соответствует стандартной лабораторной установке EMI, где сеть LISN вставлена на стороне конденсатора фильтра C _f LC-фильтра. Дифференциальный сигнал на резисторе R2 LISN измеряется анализатором спектра для количественной оценки шумов электромагнитных помех, проводимых DM.

На рисунке 4 показан график усиления ослабления ЖК-фильтра. На очень низкой частоте индуктор имеет низкий импеданс, по существу закорочен, а конденсатор имеет высокий импеданс, по существу разомкнутый контур. Результирующее усиление LC-фильтра составляет 1 (0 дБ), что позволяет постоянному току проходить без ослабления.При повышении частоты появляется всплеск усиления на резонансной частоте L _f C _f. Когда частота поднимается выше резонансной, фильтр ослабляется со скоростью –40 дБ / декаду. На относительно более высоких частотах усиление фильтра все больше становится функцией паразитных компонентов, а именно ESR и ESL конденсатора фильтра и параллельной емкости катушки индуктивности фильтра.

Поскольку способность этого фильтра ослаблять быстро возрастает с увеличением частоты, величина первых нескольких гармоник низкочастотного шума в подавляющем большинстве определяет размер фильтра электромагнитных помех, где основной компонент частоты переключения источника питания (f _SW) является наиболее важной целью. .Таким образом, мы можем сосредоточиться на более низком частотном усилении фильтра электромагнитных помех, стремясь соответствовать отраслевым стандартам.

Рис. 3. Фильтр шума EMI в дифференциальном режиме (от узла B к узлу A). Рис. 4. Типичный график зависимости коэффициента усиления вставляемого фильтра ЭМП одиночного LC от частоты.

LTpowerCAD может прогнозировать производительность фильтра в зависимости от источника питания

LTpowerCAD — это инструмент для помощи в проектировании источников питания, который можно бесплатно загрузить на сайте analog.com/LTpowerCAD. Программа разработана, чтобы позволить инженерам спроектировать и оптимизировать полные параметры источника питания за несколько простых шагов и за несколько минут.

LTpowerCAD проводит пользователя через весь процесс выбора и проектирования источника питания, начиная с технических характеристик источника питания. Исходя из этого, LTpowerCAD сужает диапазон подходящих решений, а затем помогает в выборе компонентов силового каскада, а также оптимизирует эффективность питания, компенсацию контура конструкции и переходную характеристику нагрузки.

Интересующая нас функция — это средство проектирования входных фильтров электромагнитных помех LTpowerCAD, которое позволяет инженеру быстро оценить наведенные электромагнитные помехи в дифференциальном режиме и определить, какие компоненты фильтра могут потребоваться для соответствия стандартам электромагнитных помех.Инструмент фильтрации LTpowerCAD может значительно сократить время проектирования и затраты за счет получения реалистичных результатов еще до того, как будет построена и протестирована одна печатная плата.

Дизайн фильтра электромагнитных помех в LTpowerCAD

Обзор

Давайте посмотрим на пример конструкции фильтра DM EMI. На рисунке 5 показана страница схематического проектирования LTpowerCAD, показывающая выбор компонентов для источника питания с понижающим преобразователем LTC3833, работающим с входным напряжением 12 В и выходным напряжением 5 В / 10 А, работающим с частотой коммутации 1 МГц, f _SW.Перед проектированием фильтра электромагнитных помех спроектируйте понижающий преобразователь, выбрав частоту переключения, индуктивность силового каскада, конденсаторы и полевые транзисторы.

Рисунок 5. Страница схематического дизайна LTpowerCAD и значок встроенного инструмента EMI.

После того, как компоненты силового каскада выбраны, щелкните значок проекта EMI, чтобы открыть окно встроенного инструмента фильтра DM EMI, как показано на рисунке 6. Окно проекта EMI показывает подробную сеть входных фильтров, L _f C _f, между входные конденсаторы источника питания C _INB / C _INC и источник LISN.Существуют дополнительные схемы демпфирования, такие как сети C _dA / R _dA на стороне LISN, сеть C _дБ / R _дБ на стороне входного конденсатора питания и дополнительный демпфирующий резистор Rf _P на стороне дроссель фильтра L _f. График расчетного кондуктивного шума и выбранные стандартные пределы электромагнитных помех отображаются в правой части рисунка 6.

Рис. 6. Окно проектирования фильтра DM EMI, проводимого LTpowerCAD (L _f = 0, без фильтра).

Выберите стандарт EMI

При разработке фильтра электромагнитных помех вы захотите увидеть цели проекта, а именно сам стандарт электромагнитных помех. LTpowerCAD включает встроенные графики для стандартов CISPR 22 (для ИТ-оборудования), CISPR 25 (для автомобильных устройств) и MIL-STD-461G. Просто выберите желаемый стандарт в раскрывающемся меню EMI Specification .

Например, на рисунке 6 значение индуктивности фильтра установлено на 0, чтобы показать результаты EMI конструкции без входного фильтра.Пики EMI на основной и гармонической частотах, превышающие отображаемые пределы CISPR 25, приводят к появлению красного предупреждения на схематическом дисплее EMI vs. Specification .

Установка параметров фильтра электромагнитных помех

После выбора необходимого стандарта EMI введите требуемый запас по EMI — какое расстояние вы хотите между выбранными стандартными пределами и пиковыми значениями основной гармоники. Запас от 3 дБ до 6 дБ обычно является хорошей отправной точкой. На основе этих вариантов для данного конденсатора фильтра, C _f, и рабочих условий питания программа вычисляет предлагаемое значение индуктивности фильтра, L sug., отображается в желтой ячейке в LTpowerCAD. Введите значение индуктивности в ячейку L, немного большее, чем предлагаемое значение, чтобы соответствовать пределу электромагнитных помех с желаемым запасом.

В этом примере на рисунке 7 показан инструмент проектирования, рекомендующий индуктивность фильтра 0,669 мкГн вместе с введенной индуктивностью 0,72 мкГн для удовлетворения требований. Преимущества фильтра можно изучить, сравнив результаты с фильтром и без него. Включите параметр Show EMI Without Input Filter , чтобы увидеть отфильтрованные результаты, наложенные на серый график без фильтра.

При выборе фильтрующего конденсатора С _f есть важная деталь. Если это многослойный керамический конденсатор (MLCC) с диэлектрическим материалом типа X5R, X7R и т. Д., Его значение емкости может значительно снизиться при напряжении смещения постоянного тока. По этой причине, помимо номинальной емкости LTpowerCAD, C (номинал), пользователь должен также ввести его реальную емкость при приложенном постоянном напряжении смещения (V _INA или V _INB). Кривую снижения номинальных характеристик можно найти в паспорте производителей конденсаторов.Если конденсатор MLCC выбран из библиотеки LTpowerCAD, его снижение мощности с помощью напряжения смещения постоянного тока автоматически оценивается программой.

Другая вариация компонента возникает в катушке индуктивности входного фильтра, которая может иметь нелинейную индуктивность из-за насыщения постоянным током. Значение индуктивности может заметно снизиться с увеличением тока нагрузки, особенно для катушек индуктивности с ферритовыми шариками. Пользователи должны ввести реальную индуктивность, чтобы получить точные прогнозы электромагнитных помех.

Рисунок 7.Выберите значение индуктивности фильтра, чтобы оно соответствовало стандартному пределу электромагнитных помех.

Проверить усиление затухания фильтра

На графике ЭМП на Рисунке 7 с входным фильтром наблюдается всплеск шума из-за резонанса входного LC-фильтра на 245 кГц, частота ниже на , чем частота переключения источника питания. На рисунке 8 показан график усиления затухания фильтра вместо результатов EMI в окне LTpowerCAD EMI (щелкните вкладку Filter Attenuation ), демонстрируя усиление резонансного затухания фильтра на 245 кГц.

В некоторых случаях пик резонанса ЖК может привести к выбросу, превышающему стандарт EMI. Чтобы ослабить этот резонансный пик, пара дополнительных демпфирующих компонентов C _dA и R _dA может быть добавлена параллельно с конденсатором фильтра C _f. LTpowerCAD не только отображает график затухания, но и упрощает процесс выбора этих компонентов. Как правило, выбирайте демпфирующую емкость C _dA, которая примерно в два-четыре раза превышает реальное значение C _f фильтра.LTpowerCAD предложит значение демпфирующего резистора R _dA для уменьшения резонансного пика.

Рисунок 8. Усиление затухания фильтра EMI (с демпфированием и без демпфирования на стороне LISN).

Проверка импеданса фильтра и входного импеданса источника питания

При добавлении входного фильтра электромагнитных помех перед импульсным источником питания выходное сопротивление фильтра Z _OF может взаимодействовать с входным сопротивлением источника Z _IN, вызывая нежелательные колебания. Чтобы избежать этой нестабильной ситуации, величина выходного импеданса фильтра электромагнитных помех, Z _OF, должна быть намного ниже, чем величина входного импеданса источника питания, Z _IN _, с достаточным запасом.На рисунке 9 показаны концепции Z _OF и Z _IN и запас устойчивости между ними.

Чтобы упростить задачу, идеальный источник питания с широкой полосой обратной связи можно рассматривать как нагрузку с постоянной мощностью; то есть входное напряжение V _{IN в} раз больше входного тока является постоянным. По мере увеличения входного напряжения его входной ток уменьшается. Следовательно, идеальный источник питания имеет отрицательное входное сопротивление Z _IN = — (V _IN ²) / P _IN.

Чтобы упростить проектирование входного фильтра, LTpowerCAD отображает выходное сопротивление фильтра Z _OF и входное сопротивление источника Z _IN на графике импеданса, показанном на рисунке 10. Обратите внимание, что входное сопротивление источника питания является функцией входного напряжения и входная мощность. Наихудший случай, который представляет собой самый низкий уровень импеданса, происходит при условии минимального V _IN и максимального P _IN.

Как показано на рисунке 10, выходной импеданс фильтра электромагнитных помех имеет точку пика на резонансной частоте, обусловленную индуктивностью фильтра L _f и входным конденсатором питания C _IN.В хорошем дизайне величина этого пика должна быть ниже, чем у Z _IN в худшем случае, с достаточным запасом. Если необходимо уменьшить этот пиковый уровень, имеется еще одна пара дополнительных демпфирующих компонентов, конденсатор C _дБ и резистор R _дБ, параллельно входному конденсатору C _IN. Эта система бокового демпфирования C _IN может эффективно снизить пик Z _OUT. Предлагаемые значения C _дБ и R _дБ предоставлены инструментом LTpowerCAD EMI.

Рисунок 9. Проверьте стабильность выходного сопротивления фильтра электромагнитных помех и входного сопротивления источника питания. Рис. 10. График импеданса фильтра электромагнитных помех LTpowerCAD (с демпфированием и без него).

Точность инструмента LTpowerCAD EMI filter

Точность инструмента фильтрации электромагнитных помех LTpowerCAD можно увидеть, запустив проект LTpowerCAD на реальной плате в лабораторном тесте на электромагнитные помехи. На рисунке 11 показаны результаты сравнения, где реальный тест проводился с использованием модифицированной демонстрационной платы понижающего питания LTC3851, работающей на частоте 750 кГц с входным напряжением 12 В, 1.Выходное напряжение 5 В и ток нагрузки 10 А. Как показано на рисунке 11, протестированные данные EMI и смоделированные LTpowerCAD данные EMI хорошо соответствуют пикам шума с более низкой частотой, в то время как пики, протестированные в реальных условиях, на несколько дБ ниже смоделированных пиков EMI.

Несоответствия больше на пиках шума с более высокой частотой, но они менее важны, потому что размер фильтра электромагнитных помех, проводимых DM, в основном определяется пиками шума с более низкой частотой. Отчасти это несоответствие связано с точностью паразитных моделей катушек индуктивности и конденсатора, включая паразитные значения компоновки печатной платы; точность, которая на данный момент превышает то, что возможно в инструментах проектирования на базе ПК.

Рис. 11. Измерения реальных плат в лабораторных условиях в сравнении с расчетными электромагнитными помехами, рассчитанными LTpowerCAD (12 В, _IN,, 1,5 В, _{, OUT,}/10 А, пример).

Обратите внимание, что инструмент фильтрации LTpowerCAD — это инструмент оценки, обеспечивающий начальную точку проектирования для фильтров EMI. Ничто не может заменить настоящие лабораторные испытания прототипа платы питания для получения действительно точных данных об электромагнитных помехах.

Сводка

Многие отрасли промышленности используют системы, требующие все более тщательного контроля передаваемых электромагнитных сигналов.С этой целью существует ряд опубликованных четких стандартов EMI. В то же время количество импульсных источников питания увеличивается, и они все ближе размещаются в непосредственной близости от чувствительных цепей. Импульсные источники питания являются сильными источниками электромагнитных помех, поэтому их выходной шум необходимо количественно оценить и во многих случаях уменьшить. Проблема в том, что проектирование и тестирование фильтров электромагнитных помех — это длительный и дорогостоящий итеративный процесс.

LTpowerCAD позволяет разработчикам сэкономить время и деньги, исключив возможность реального проектирования и тестирования с помощью компьютерных инструментов прогнозирования.Его простой в использовании инструмент для фильтрации электромагнитных помех прогнозирует результаты работы фильтров наведенных электромагнитных помех в дифференциальном режиме, включая дополнительные демпфирующие сети, чтобы минимизировать электромагнитные помехи при сохранении стабильного питания. Результаты лабораторных испытаний подтверждают точность прогнозных моделей.

Фильтр источника питания умножителя емкости

Продукты Elliott Sound

пр.15

верхний

Введение

Поскольку я представил схему усилителя класса A Джона Л. Линсли-Гуда и производного от ESP под названием «Death of Zen» (DoZ), я почувствовал, что некоторые читатели могут пожелать поэкспериментировать с концепцией умножителей емкости.К сожалению, для многих усилителей класса A требуется источник питания с очень низким уровнем пульсаций, и наиболее распространенным решением является использование регулируемого источника питания. В статье представлена базовая схема, но предполагается, что строитель знает все подводные камни. Поставляемая схема JLL-Hood на самом деле предназначена для фильтра умножителя емкости (не регулятора), но в ней немного не хватает (я чувствую) и ее можно значительно улучшить.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Поскольку этот источник питания работает от сети, существует риск поражения электрическим током, если не проявить особую осторожность при сборке или испытании устройства.Если вы не уверены в своих способностях с оборудованием с питанием от сети, не пытайтесь построить ни при каких обстоятельствах …. пожалуйста!

Хотя характеристики действительно регулируемого источника питания обычно будут отличными (при правильном проектировании и изготовлении), существует ряд проблем для сильноточной конструкции с низким уровнем пульсаций, если используются регуляторы. Два из основных:

Стабилизированное выходное напряжение должно быть ниже минимально возможного напряжения комбинации выпрямитель / фильтр, включая пульсации в сети.Это зависит от регулирования трансформатора и изменений в сети.
Схема должна быть способна рассеивать все избыточное напряжение от выпрямителя / фильтра при максимально возможном сетевом напряжении.

Предположим, что нам нужны следующие характеристики:

Выходное напряжение — 20 вольт (+ ve и -ve)
Выходной ток — 2,5 А макс. (В среднем 1,25 А)
Напряжение сети — 230 В переменного тока номинальное
- 260 В перем. Тока макс.
- 200 В переменного тока минимум

Эти характеристики являются типичными, поскольку в Великобритании, Европе и Австралии используются номинальные сети 230 В, но напряжения можно легко масштабировать для сети 120 В в США.Все они подвержены изменениям, как долгосрочным, так и краткосрочным.

На самом деле нас интересует не только входное напряжение сети, а только возможные варианты выходного сигнала комбинации трансформатор / выпрямитель / фильтр.

Для регулируемого выхода 20 вольт нам необходимо минимальное входное напряжение около 23 вольт, так как большинство схем регуляторов имеют «выпадение» напряжения, ниже которого они не могут регулироваться. Это напряжение является абсолютным минимумом, включая сетевые пульсации, которые будут накладываться на постоянный ток (см. Рис. 1).Обратите внимание, что для всех расчетов я предполагаю, что напряжение сети составляет 50 Гц. Результаты будут немного отличаться для 60 Гц (как используется в США), но не существенны.

Рисунок 1 — Базовый выпрямитель

Как только входное напряжение регулятора упадет ниже напряжения падения, регулирование, естественно, выйдет из строя, и на выходе появится пульсация. В конечном итоге это доходит до наших ушей, вызывая много бормотаний и жалоб, а грубые слова наверняка не останутся незамеченными!

Соображения по конструкции — Регулятор

Мы должны предположить, что трансформатор / выпрямитель / фильтр будет иметь регулировку порядка 10% (это довольно типично для двухполупериодного мостового выпрямителя).Используя обычное преобразование среднеквадратичного значения 1,414 в пиковое значение (квадратный корень из 2), а также несколько предположений, основанных на опыте, мы получаем минимальное требование: —

Выход трансформатора (без нагрузки) — 16,3 В RMS (каждое питание) плюс потери на диодах (0,65 В) = 17,6 В (приблизительно)
Предположим, что последовательное сопротивление трансформатора и выпрямителя эквивалентно 0,3 Ом
Принять емкость фильтра 4700 мкФ в качестве начального значения

Это обеспечит напряжение холостого хода около 23.5 Вольт как и ожидалось. При нагрузке примерно 2,5 А это изменится:

Выходное напряжение падает до 19,5 В постоянного тока (в среднем)
Пульсации напряжения чуть более 1 Вольт (пиковое значение 1,5 В, треугольная волна)
Минимальное выходное напряжение теперь 19,5 — 1,5 В пульсации = 18 В

Эти цифры были смоделированы, но реальность будет подозрительно близкой!

Легко видеть, что требуется гораздо большее напряжение, чтобы обеспечить поддержание минимального напряжения 23 Вольт.Оказалось (опять же из моего надежного симулятора), что требуется напряжение трансформатора 22 В RMS, что обеспечивает среднее постоянное напряжение 25,4 В, за вычетом пиковых пульсаций около 2 В. Достаточно близко.

А теперь самое неприятное! Все вышеперечисленное должно выполняться при минимально возможном сетевом напряжении. Ради (моего) здравомыслия предполагается, что это 200 В переменного тока, поэтому в приведенном выше наихудшем случае максимум 260 В, выход 22 В трансформатора теперь составляет 28,6 В. При полной нагрузке (2,5 А) это дает среднее напряжение постоянного тока почти 35 В.

Таким образом, регулятор будет иметь минимальное входное напряжение 25,4 В и максимальное 35 В, поэтому рассеиваемая мощность будет:

Среднее значение 6,75 Вт при минимальном входном напряжении и среднем токе 1,25 А
В среднем 18,75 Вт при максимальном входном напряжении (также при 1,25 А)
Где-то посередине между номинальными напряжениями питания и колебаниями выходного тока.

Обратите внимание, что приведенные выше цифры относятся к среднему значению 1,25 А, но при пиковом рассеянии (при 2.5A) будет вдвое больше, примерно на 37 Вт в худшем случае. Это слишком много тепла, от которого нужно утилизировать. Я также должен упомянуть, что минимум 200 В переменного тока для номинального 230 В может быть оптимистичным (10% от 230 В — это 23 В), и в действительности нам может потребоваться еще более низкие напряжения. Это делает уравнение еще хуже!

Для защиты от наихудшего случая радиатор блока питания должен обеспечивать защиту от превышения максимальной температуры устройства при максимально ожидаемом напряжении сети.При отсутствии « нормального » сетевого напряжения регулятор может выйти из строя, или на выходе появится сильная пульсация, ухудшающая качество звука и вызывающая слышимый гул (на удвоенной частоте сети и с треугольной формой волны, что звучит ужасно) .

Умножитель емкости — Рекомендации по проектированию

Единственное, о чем следует беспокоиться, — это необходимая степень фильтрации! Мы должны предположить, что через фильтр умножителя емкости может быть потеряно до 3 вольт, чтобы гарантировать, что вход постоянного тока (включая составляющую пульсаций) всегда превышает выходное напряжение.Также может потребоваться учитывать переходные характеристики, если ток нагрузки не является непрерывным. Как правило, минимальное дифференциальное напряжение между входом и выходом должно быть не менее 1-2 вольт (исходя из самой низкой точки входной пульсации).

Из-за отсутствия регулирования усилитель мощности должен быть способен воспринимать колебания напряжения от сети — каждый существующий стандартный усилитель мощности справляется с этим довольно успешно, так что это, очевидно, не проблема. Обратите внимание, что это влияет на выходную мощность, но это происходит со всеми усилителями, и этого нельзя избежать без регулятора.

Теперь мы можем спроектировать для номинального напряжения сети (скажем, 220 В переменного тока) и с очень простой схемой предоставить фильтр, который будет рассеивать не более 4 Вт при нормальном использовании — независимо от напряжения сети. На рисунке 2 показана базовая конфигурация фильтра-умножителя емкости, где емкость, возникающая в основании выходного устройства, эффективно умножается на коэффициент усиления устройства — таким образом, конденсатор емкостью 1000 мкФ выглядит (электрически) как 1 Фарад (да , 1000000 мкФ), предполагая усиление 1000 в выходном устройстве.

Рисунок 2 — Одиночный (базовый) умножитель емкости

Можно просто использовать пару конденсаторов 1F для двойного источника питания, но я заметил нехватку таких устройств (кроме «суперконденсаторов 5V», используемых для резервного копирования памяти в компьютерах, или массивных конденсаторов, часто используемых с автомобильными усилителями мощности). . Поскольку они должны быть рассчитаны примерно на 35 В и быть способны к значительным пульсациям тока, я не могу не чувствовать, что это не жизнеспособный вариант.

Оба метода обеспечат пульсацию менее 5 мВ RMS, но умножитель имеет то преимущество, что устраняет треугольную форму волны — это не синусоида, но имеет гораздо более низкую гармоническую составляющую, чем было бы в случае даже с конденсатором 1F.

Чтобы получить усиление 1000 для силового транзистора, нам нужно использовать Дарлингтона — либо инкапсулированное устройство Дарлингтона, либо пару «обычных» транзисторов, соединенных в пару Дарлингтона (см. Рисунок 3). Последний метод — мой предпочтительный вариант, поскольку он обеспечивает большую гибкость при получении устройств и часто дает лучшую производительность. Другой альтернативой является использование пары дополнительной обратной связи (Sziklai), как показано на рисунке 4. Интересно, что дополнительная схема не только снижает рассеяние, но также может обеспечить несколько лучшую производительность с точки зрения фильтрации шума.

Окончательный дизайн

Простой фильтр-умножитель емкости, описанный выше, вполне удовлетворителен в качестве отправной точки, но его рабочие характеристики слишком зависят от усиления выходных транзисторов. Что необходимо, так это схема, производительность которой определяется резисторами и конденсаторами и которая относительно независима от активных устройств (хотя они все равно будут влиять на степень обеспечиваемой фильтрации).

Мы также можем улучшить подавление пульсаций, и окончательная схема для двойного источника питания показана на рисунке 3.Эта схема снижает пульсации до менее 1 мВ с типичными устройствами (около 250 мкВ RMS, как смоделировано) и рассеивает менее 4 Вт на выходной транзистор при продолжительном рабочем токе 1,25 А. Маловероятно, что вы достигнете такого низкого уровня шума на практике, поскольку настоящий провод имеет сопротивление. Однако при тщательной компоновке вы легко сможете поддерживать выходной гул и шум на уровне менее 10 мВ, и этот уровень более чем приемлем для любого применения усилителя мощности.

Разделив емкость с помощью дополнительного резистора, мы создаем фильтр второго порядка (спад 12 дБ / октаву), который более эффективно снижает гул, а также удаляет больше гармоник более высокого порядка (которые, как правило, превращают гул в ‘гудение’ — гораздо более слышно и неприятно).Сопротивление заземления стабилизирует схему от изменений коэффициента усиления транзистора, но немного увеличивает рассеиваемую мощность. Это сделано намеренно, чтобы обеспечить достаточное напряжение на умножителе для кратковременных колебаний.

Показанный резистор 12 кОм может потребоваться отрегулировать в соответствии с вашими транзисторами и напряжением питания. Уменьшение значения увеличивает рассеяние в выходных устройствах и снижает выходное напряжение. Маловероятно, что при увеличении этого резистора будет получена какая-либо польза, но вы можете почувствовать усиление шума (вряд ли польза).

Рисунок 3 — Полный умножитель двойной емкости (пара Дарлингтона)

Это простая конструкция, но она требует особой осторожности, чтобы на выходе не наложились токи пульсаций из-за плохого заземления или силовой проводки. Схема нарисована, чтобы показать, как заземления различных компонентов должны быть соединены между собой с использованием топологии «звезда». Если этого не сделать, то результатом будет чрезмерный гул.

Обычно схематическая диаграмма предназначена для демонстрации электрических соединений, а не физической схемы.Эта диаграмма является исключением, и ее физическая компоновка должна соответствовать схеме (по крайней мере, насколько это возможно). Удивительно небольшое сопротивление требуется через сильноточное соединение, чтобы вызвать ощутимое ухудшение характеристик.

Обратите внимание, что трансформатор имеет центральное ответвление и требует равного напряжения с каждой стороны — в данном случае где-то между 18 и 22 В переменного тока. Наиболее важно, чтобы центральный отвод был подключен к общему из двух конденсаторов входного фильтра (10 000 мкФ), и чтобы это общее соединение было как можно короче.Для соединения крышек рекомендуется использовать сплошной медный стержень. Аналогичным образом, рекомендуется использовать сплошной медный диск (или квадрат) для общего заземления, как можно ближе привязанный к центральному отводу конденсатора. Сопротивление основного заземления имеет решающее значение для обеспечения минимального шума на выходе, и оно не может быть слишком низким.

Поскольку схема настолько проста, печатная плата не требуется, и все компоненты могут быть соединены простой двухточечной проводкой. Все провода должны быть как можно короче, не нарушая звездообразное заземление.Для удобства драйверные транзисторы могут быть установлены на радиаторе, который не обязательно должен быть массивным — вполне подойдет радиатор с тепловым сопротивлением около 5 ° C на ватт (или лучше) (по одному на каждое выходное устройство). Помните, что чем ниже термическое сопротивление, тем круче все будет работать — это повышает надежность.

Рекомендуется увеличить емкость (особенно на входе), и я бы предложил 4700 мкФ в качестве абсолютного минимума. Большая емкость еще больше снизит гудение и обеспечит большую устойчивость к кратковременным изменениям напряжения в сети.Увеличенная выходная емкость поможет при питании усилителей класса AB учесть их внезапные потребности в токе. Я не рекомендую более 4700 мкФ, так как ток зарядки будет очень высоким и может вызвать перегрузку последовательных транзисторов.

Хотя можно использовать обычные типы транзисторов (например, 2N3055), лучше использовать устройства с несколько более стабильными характеристиками (от одного устройства к другому). Пластиковые (TO-220 или TO-218) устройства подходят для вывода, как показано, но если требуется более высокое напряжение или ток, вам, возможно, придется использовать TO-3, TO-3P, TO-247, TO-264 (и т. Д.) типы.

Что касается компонентов, я бы предложил следующее в качестве отправной точки (или эквиваленты):

Выходные транзисторы TIP35 (TIP36 для питания -ve)
Драйверы BD139 (BD140 для питания -ve)
9463 пленка 904/4 для всех резисторов
Диоды 1N4001 или аналогичные
Electros Нет предложений, но убедитесь, что их рабочее напряжение не будет превышено, и соблюдайте полярность.(В обходе с помощью полиэстера на самом деле нет необходимости, но если это заставляет вас чувствовать себя лучше, сделайте это)
Мостовой выпрямитель Рекомендуется мост от 20 до 35A. Это перебор, но пиковые токи велики, особенно с конденсаторами большой емкости. Также обеспечивает минимальные потери в диодах при нормальных токах.
Трансформатор Используйте тороидальный. Показанная мощность (ВА) для источника питания должна соответствовать требованиям усилителя.Двойной усилитель класса A мощностью 20 Вт в идеале должен иметь номинальную мощность трансформатора не менее 200 ВА, что в 5 раз превышает мощность усилителя. (Обратите внимание, что VA иногда неправильно указано в ваттах). Первичное напряжение, естественно, зависит от того, где вы живете.

Согласование транзисторов выхода и драйвера не требуется и не влияет на производительность в какой-либо слышимой степени. Для достижения наилучших результатов используйте устройства с максимально возможным усилением (h _FE). Коэффициент усиления транзистора должен быть измерен при типичном рабочем токе (или близком к нему), иначе измеренное значение будет бесполезным.

Для использования вышеуказанной схемы в несимметричном режиме трансформатору потребуется только одна обмотка (или параллельные обмотки, если это возможно). Просто подключите трансформатор и мост, как показано на рисунке 2, и отключите отрицательную цепь умножителя (то есть все, что ниже общей точки заземления). См. Ниже полную версию с двойной однополярностью. Дополнительная версия схемы на Рисунке 3 показана далее.

Рисунок 3A — Полный умножитель двойной емкости (пара Шиклая)

Падение напряжения на последовательном транзисторе можно уменьшить, если использовать дополнительную пару (также известную как Sziklai), а не показанное соединение Дарлингтона.Для положительного источника питания драйвером может быть BD139 (NPN), а устройством вывода — TIP36 или TIP2955 (PNP). См. Пример на Рисунке 4. Эта схема имеет почти такое же усиление, что и пара Дарлингтона, но более низкое прямое напряжение может считаться преимуществом, поскольку общее рассеивание немного ниже.

Использование фильтра умножителя емкости с усилителями класса AB

Обратите внимание, что эта схема вполне подходит для усилителей класса AB, но поскольку их требования по току сильно различаются, добавление гораздо большей емкости к выходу является обязательным.Диод рекомендуется, как показано на рисунке, чтобы предотвратить возможность обратного смещения (и разрушения) транзистора (ов) при отключении питания.

Преимущества такой фильтрации неуловимы, но, возможно, стоит потраченных усилий. Многие усилители мощности теперь имеют действительно большую емкость после выпрямителя. Это снижает шум, который появляется в сигнале во время громких звуков. Теоретически этого не слышно, но если да, то почему усилители с очень большими батареями конденсаторов всегда кажутся лучше? (По крайней мере, так нам продолжают говорить рецензенты.)

Если вы хотите попробовать эту схему с усилителем класса AB, я настоятельно рекомендую увеличить разность входных и выходных напряжений (для этого уменьшите резистор 12 кОм). Для оптимальной производительности (в зависимости от выходного напряжения, изменения тока и т. Д.) Я бы посоветовал, чтобы дифференциал от 6 В до 10 В был нормальным, в зависимости от мощности усилителя. Рассеивание необходимо будет рассчитать (или измерить), и помните, что усилители класса AB могут (и действительно) создавать пиковые токи, которые действительно могут быть очень высокими.Для показанного источника питания 20 В (номинал) пиковый ток на нагрузке 8 Ом составляет 2,5 А (что изначально было целью проектирования), но при увеличении напряжения пиковые токи увеличиваются пропорционально.

В качестве примера рассмотрим усилитель мощностью 100 Вт (8 Ом). Пиковый ток в резистивной нагрузке составляет около 3,6 А, но при подключении к типичной нагрузке динамика (импеданс которой падает до (скажем) 3 Ом) пиковый ток будет 9,6 А. Это не просто предположение, а реальность — такие пиковые токи довольно распространены — одна из причин, по которой многие производители указывают пиковый выходной ток своих усилителей.Эти характеристики могут достигать 40 А или более (для блока 100 Вт), что является излишним, поскольку он никогда не будет использоваться (40 А требует нагрузки, которая падает до 1 Ом — динамик, который я бы никогда не купил).

Следует помнить, что эта схема действует аналогично регулятору — только без регулирования. Если выходной ток является очень кратковременным по своей природе, схема пропускает гул, если входное напряжение внезапно падает из-за увеличения нагрузки (точно так же, как это делает регулятор).

Также обратите внимание, что напряжение питания усилителя (ов) мощности будет модулироваться мгновенным током, потребляемым усилителем (что случается и с «обычными» источниками питания).Крайне важно поддерживать дифференциал напряжения, достаточный для учета этих изменений.

Когда умножитель емкости внезапно нагружается, может произойти некоторый «прорыв» пульсации, потому что напряжение в цепи уменьшается при увеличении тока нагрузки. Если напряжение на последовательном транзисторе падает, может не хватить резерва для минимального значения пульсации напряжения (как описано выше). Очень редко можно встретить умножители емкости, используемые с усилителями класса AB, потому что их ток питания постоянно меняется.

Двойной умножитель емкости для усилителя DoZ

Project 36 (Death of Zen или DoZ) — это простой усилитель класса А, который действительно может выиграть от использования умножителя емкости. Чтобы снизить нагрузку на последовательный транзистор, легко (и, вероятно, дешевле) построить два умножителя емкости, как показано на рисунке 4. Каждый умножитель предназначен для обеспечения необходимого единого источника питания 30-35 В постоянного тока. Используя отдельные конденсаторные умножители, мы также изолируем каждый усилитель, поэтому они очень близки к моноблокам, и используется только силовой трансформатор.

Рисунок 4 — Полный умножитель двойной емкости (одиночный источник питания, дополнительная пара)

Эта схема аналогична схеме, показанной на рисунке 3A, за исключением того, что оба умножителя емкости одинаковы. Хотя на этот раз схема заземления не была показана схематически, не менее важно обеспечить наличие единственной точки заземления звезды, и необходимо следить за тем, чтобы ток пульсаций не мог быть повторно введен в постоянный ток через паразитное заземление. сопротивления.

При использовании с усилителем DoZ при токах покоя, превышающих нормальные, вам может потребоваться либо уменьшить резисторы 220 Ом примерно до 150 Ом, либо увеличить (или даже удалить) резисторы 12 кОм, чтобы получить 30-35 В постоянного тока от трансформатора 30 В.Рассеивание в TIP36 (или в другом месте, которое вы решите использовать) будет около 6-7 Вт при токе 1,7 А, поэтому теплоотвод не так уж велик.

Ожидайте, что пульсации на выходе будут около 1 мВ RMS или меньше при токе 1,7 А, а пульсации будут ниже при более низких выходных токах. Даже с конденсаторами основного фильтра 10 000 мкФ, как показано, будет довольно высокая пульсация напряжения на исходном источнике, но пульсация на выходе уменьшается более чем на 50 дБ при использовании умножителя емкости.

Хотя, безусловно, можно уменьшить пульсации еще больше, это значительно усложняет схему, и преимущества в лучшем случае сомнительны. При отклонении от источника питания лучше, чем 50 дБ, DoZ не должен иметь шумов даже в самых чувствительных рупорах при питании от источника питания с умножителем емкости.

Умножитель емкости с использованием полевого МОП-транзистора

В умножителе емкости не обязательно использовать биполярные транзисторы, но они, как правило, будут самым простым вариантом.Доступность хороших дополнений (NPN и PNP), низкие цены и простота использования означают, что большинство людей воспользуются этим вариантом. Однако версия MOSFET может быть привлекательной в некоторых случаях, но первоначальное тестирование (путем моделирования) показывает, что переходные характеристики очень плохие — намного хуже, чем схема, использующая идентичные значения для пассивных частей, но с биполярными транзисторами.

Если ток нагрузки стабильный и вы можете выдержать более высокое падение напряжения на полевом МОП-транзисторе, то непременно попробуйте сами.Существуют полевые МОП-транзисторы с низким пороговым напряжением затвора (V _GS), что снижает рассеиваемую мощность. Однако они почти наверняка не будут доступны в дополнительных версиях (N-Channel и P-Channel).

Самым большим преимуществом использования полевого МОП-транзистора является то, что секция фильтра может иметь более высокий импеданс, а это означает, что для данного затухания шума требуется меньшая емкость. Компромиссом обычно является более высокое рассеивание, поэтому требуется радиатор большего размера. Радиаторы больше и дороже конденсаторов, поэтому нет экономической выгоды.Поскольку слой изоляции затвора полевых МОП-транзисторов чувствителен к перенапряжению, вам также необходимо использовать стабилитрон между затвором и истоком, чтобы предотвратить повреждение в условиях неисправности.

Рисунок 5 — Умножитель емкости на основе полевого МОП-транзистора

Пример схемы показан выше. Постоянные времени сети фильтров идентичны показанным в других примерах, а затухание гула улучшается примерно на 10 дБ — но только , если ток нагрузки постоянный. Как уже отмечалось, прорыв гула при приложении переходных нагрузок намного хуже, чем в биполярной версии (как минимум на 20 дБ), и длится также дольше (около 500 мс для MOSFET, менее 200 мс для версии с биполярным транзистором).Эти цифры зависят от тока нагрузки, величины изменения тока, скорости изменения (и т. Д.) И должны рассматриваться только как репрезентативные.

В целом версия MOSFET интересна и может быть полезна для обеспечения нерегулируемого источника питания с очень низким уровнем шума. Однако он плохо работает, если ток нагрузки не является постоянным, а также рассеивает больше мощности при заданном выходном токе, чем эквивалентная схема с биполярными транзисторами. Вы также должны знать, что вертикальные MOSFET (также известные как HEXFET) имеют ограниченную SOA (безопасную рабочую область) при использовании в линейном режиме, поэтому необходимо соблюдать осторожность.Хотя это может показаться нелогичным, полевые МОП-транзисторы с высоким R _{DS на} (по сопротивлению) несколько безопаснее при использовании в линейном режиме. Убедитесь, что вы проверяете, что MOSFET всегда будет оставаться в пределах SOA, указанного в таблице данных.

Индекс проектов
Основной индекс

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторскими правами © 1999.Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещено международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана в 1999 г. / Обновлено в апреле 2001 г. — Изменены чертежи и исправлена информация о номинальных характеристиках заземления и трансформатора по схеме «звезда»./ Октябрь 2013 — добавлены рисунок 4 и текст. / Апрель 2016 — добавлен MOSFET.

Типы фильтров источника питания постоянного тока

Фильтр — это цепь в блоке питания, которая сглаживает пульсирующий постоянный ток, чтобы сделать его более стабильным. Фильтр минимизирует или устраняет пульсации напряжения на выпрямленном выходе, противодействуя изменениям напряжения и тока.

Процесс фильтрации осуществляется путем подключения параллельных конденсаторов и последовательных резисторов или катушек индуктивности к выходу выпрямителя.Конденсатор сглаживает напряжение, а катушка индуктивности сглаживает ток.

Емкостные фильтры

Емкостной фильтр — это цепь, состоящая из конденсатора и резистора, соединенных параллельно. Емкостной фильтр обеспечивает максимальное выходное напряжение на нагрузку.

Поскольку требуется конденсатор большой емкости, обычно используется электролитический конденсатор. Когда на конденсатор C1 подается пульсирующее постоянное напряжение от выпрямителя, он заряжается до пикового напряжения. См. Рисунок 1.

Рис. 1. Схема емкостного фильтра и форма выходного сигнала.

Между пиками конденсатор разряжается через резистивную нагрузку RL, и напряжение постепенно падает.

Пульсации напряжения — это величина переменного напряжения, присутствующего в источнике питания постоянного тока.

В емкостном фильтре пульсация напряжения — это падение напряжения перед тем, как конденсатор снова начнет заряжаться. Величина разряда между пиками напряжения контролируется постоянной времени резистора-конденсатора (RC) конденсатора и сопротивлением нагрузки.

Если сопротивление нагрузки велико, а емкость большая, пульсации напряжения будут небольшими, что приведет к плавному выходу. Пульсации напряжения возрастают при увеличении нагрузки на емкостный фильтр.

Г-образные резистивные фильтры

Резистивный фильтр с L-образным сечением — это фильтр, который уменьшает или устраняет пульсации постоянного тока на выходе схемы за счет использования резистора и конденсатора в качестве постоянной времени RC.

Резистивный фильтр с L-образным сечением снижает импульсные токи за счет использования токоограничивающего резистора (R1).См. Рисунок 2.

R1 контролирует импульсные токи, ограничивая ток, чтобы замедлить зарядку конденсатора. R1 всегда следует использовать последовательно с выпрямителем и входным конденсатором системы фильтров. Это защищает выпрямитель от сильного скачка зарядного тока, протекающего через выпрямитель от входного конденсатора С1, когда на схему впервые подается напряжение.

В приложении обычно используется резистор с низким сопротивлением около 50 Ом или меньше. Фильтрация резистора не так хороша, как у других фильтров, но она дешевле.

Рис. 2. Принципиальная схема резистивного фильтра L-образного сечения и форма выходного сигнала

Индуктивные фильтры L-образного сечения

Индуктивный фильтр с L-образным сечением — это фильтр, который снижает импульсные токи за счет использования токоограничивающей катушки индуктивности и конденсатора. См. Рисунок 3.

Катушка индуктивности (L1), включенная последовательно, противодействует изменению тока, создавая противодействующую электродвижущую силу (CEMF) или противодействующее напряжение. Значительно снижается импульсный ток, и конденсатор заряжается медленно.

Катушка индуктивности также способствует фильтрующему эффекту конденсатора, поскольку CEMF индуктивности имеет тенденцию нейтрализовать влияние пульсаций напряжения.

Рис. 3. Схема индуктивного фильтра L-образного сечения и форма выходного сигнала

Работа индуктивного фильтра L-образного сечения также можно увидеть по влиянию индуктивного реактивного сопротивления на цепь.

Когда на катушку индуктивности подается пульсирующее постоянное напряжение, изменяющееся напряжение создает высокое индуктивное сопротивление.Следовательно, катушка индуктивности имеет тенденцию блокировать пульсирующее напряжение постоянного тока. Часть сигнала постоянного тока может проходить через катушку индуктивности. Импульсы, не заблокированные катушкой индуктивности, пропускаются конденсатором.

Пи-секционные фильтры

Пи-секционный фильтр — это фильтр, состоящий из двух конденсаторов и катушки индуктивности или резистора для сглаживания пульсаций переменного тока в выпрямленной форме волны.

Пи-секционные фильтры получили свое название от греческой буквы «пи» (π), потому что конфигурация фильтра напоминает символ «пи».Пи-секционные фильтры имеют два типа: индуктивные и резистивные .

Пи-секционный фильтр состоит из трех элементов. В индуктивном фильтре с пиковой нагрузкой имеется шунтирующий входной конденсатор С1; последовательный дроссель (дроссель), L1; и шунтирующий выходной конденсатор C2. См. Рисунок 4.

Когда входное напряжение достигает первого конденсатора (C1), конденсатор шунтирует большую часть переменного тока пульсаций на землю. Это обеспечивает более плавный ток для L1. Поскольку L1 представляет собой высокое индуктивное сопротивление к оставшейся пульсации переменного тока, L1 имеет тенденцию блокировать пульсации переменного тока намного лучше, чем резистор в резистивном фильтре с поперечным сечением.Наконец, C2 шунтирует на землю любую оставшуюся пульсацию переменного тока. В результате получается относительно плавное напряжение постоянного тока.

Рис. 4. Принципиальная схема пи-секции фильтра и форма выходного сигнала

ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКТ

Двухполупериодные выпрямители используются для создания нефильтрованного постоянного напряжения. Фильтрация помогает получить более чистое напряжение постоянного тока, но небольшие колебания, называемые пульсациями, все же могут оставаться.

Источник питания с номинальным напряжением 12 В постоянного тока, напряжение которого колеблется в пределах 11.8 В и 12,2 В имеют пульсации 0,4 В. Чем ниже номинальная пульсация источника питания, тем лучше.

Принципиальная схема

, работа, характеристики и применение

Электронный фильтр — это фильтр обработки сигнала, который доступен в виде электрической схемы. Основная функция фильтра — разрешать постоянную составляющую нагрузки фильтра и блокировать переменную составляющую на выходе выпрямителя. Следовательно, на выходе схемы фильтра будет стабильное постоянное напряжение.Проектирование схемы фильтра может быть выполнено с использованием основных электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Катушка индуктивности имеет свойство пропускать только сигналы постоянного тока, а также блокировать переменный ток. Точно так же свойство конденсатора — блокировать сигналы постоянного тока и подавать сигналы переменного тока. По сути, электронный фильтр удаляет ненужные частотные компоненты из сигнала, который мы применили, и улучшает необходимые, такие как активный / пассивный, аналоговый / цифровой, HPF, LPF, BPF, BSF, дискретизированный / непрерывный, линейный / нелинейный, IIR / РПИ и др.Есть несколько важных фильтров, таких как индуктивный фильтр, пи-фильтр, конденсаторный фильтр и LC-фильтр.

Что такое фильтр Pi?

Pi-фильтр — это фильтр одного типа, который имеет двухпортовый трехконтактный блок, включающий три элемента, каждый из которых включает в себя две клеммы: первый элемент подключается через i / p к клемме GND, вторые клеммы подключаются к клеммам от i / p к o / p, а третий элемент подключается через клеммы от o / p к GND. Модель схемы будет похожа на символ «Пи».В схеме использованы конденсаторы и индуктор.

Значение фильтра Pi

Фильтр важен для получения постоянного напряжения без пульсаций. По сути, фильтры эффективны при устранении пульсаций переменного тока из выпрямительного напряжения выпрямителя. Однако фильтр Pi более эффективен при устранении пульсаций, поскольку он включает дополнительный конденсатор на входной области схемы.

Схема фильтра Pi / Конструкция

Схема схемы пи-фильтра показана ниже.Эта схема разработана с двумя фильтрующими конденсаторами, а именно C1 и C2, и дросселем, обозначенным буквой «L». Эти три компонента расположены в форме греческой буквы «пи». Это причина того, что схема названа пи-фильтром. Здесь C1 подключен через o / p выпрямителя; «L» подключается последовательно, а «C2» подключается к нагрузке. Показана только одна секция фильтра, однако для продвижения сглаживания часто используются многочисленные равные секции.

pi-filter

Pi фильтр рабочий

Выход выпрямителя подается на входные клеммы фильтра, такие как 1 и 2.Действие фильтрации этих трех компонентов в схеме фильтра обсуждается ниже.

Первый конденсатор фильтра (C1) обеспечивает небольшое реактивное сопротивление по отношению к переменному току. компонент выхода выпрямителя / выпрямителя, так как он дает неограниченное реактивное сопротивление по отношению к постоянному току. составная часть. Таким образом, конденсатор C1 позволяет избежать значительного переменного тока. компонент, тогда как постоянный ток компонент продолжает свой путь к штуцеру «L»

Дроссель (L) обеспечивает приблизительно нулевое реактивное сопротивление постоянному току.компонент и высокое реактивное сопротивление к переменному току. составная часть. Следовательно, это позволяет постоянному току. компонент для питания через него, тогда как беспристрастный переменный ток компонент может быть заблокирован.

Второй конденсатор фильтра (C2) предотвращает попадание переменного тока. компонент, который заслонка не может заблокировать. Таким образом, просто d.c. компонент отображается по всей нагрузке.

Характеристики

Характеристики Pi-фильтра предназначены для создания высокого o / p-напряжения на небольших стоках тока.В этих фильтрах основной эффект фильтрации достигается за счет конденсатора на входе C1. Оставшиеся пульсации переменного тока фильтруются через второй конденсатор и катушку индуктивности.

Высокое напряжение может быть достигнуто на выходе фильтра, поскольку все входное напряжение появляется на входе конденсатора C1. Падение напряжения на конденсаторе C2 и дроссельной катушке довольно мало.

Характеристики пи-фильтра

Таким образом, это главное преимущество конденсатора Pi, поскольку он обеспечивает высокий коэффициент усиления по напряжению.Однако, помимо высокого напряжения o / p, регулировка напряжения пи-фильтра очень плохая. Это связано с уменьшением выходного напряжения из-за увеличения тока через нагрузку.

Напряжение пи-фильтра можно выразить как

В _r = I _{постоянного тока} / 2fc

Когда C = C1 в фильтре Пи, тогда среднеквадратичное значение напряжения o / p может быть выражено как

В _{среднеквадратичное значение переменного тока} = В _r / π√2

Подставьте значение «Vr» в приведенное выше выражение.

В _{среднеквадратичное значение переменного тока} = В _r / π√2 = 1 / π√2 * I _dc / 2fC1 = I _dc Xc1√2

Здесь Xc1 = 1/2 ω c1 = 1/4 πfc1

Вышеприведенное уравнение представляет собой реактивное сопротивление i / p конденсатора при искажении 2-й гармоники.

Пульсации напряжения можно получить, умножив Xc2 / XL

Now V ’_{ac rms} = V _{ac rms} Xc2 / X _L = I _dc Xc1√2 * Xc2 / X _L

Формула коэффициента пульсации фильтра Пи составляет

γ = V ’_{ac rms} / Vdc

= Idc Xc1 Xc2 √2 / V _dc X _L

= Idc Xc1 Xc2 √2 / Idc X _L = Idc Xc1 Xc2√2 / Idc RLX _L

= Xc1 Xc2 √2 / RLX _L

γ = √2 / R _L * 1/2 ω c1 * 1/2 ω c2 * 1/2 ω L

= √2 / 8 ω ³ C1 C2LR _L

Преимущества и недостатки

Пи-фильтр имеет следующие преимущества.

Высокое выходное напряжение
Коэффициент пульсации низкий
Пиковое обратное напряжение (PIV) высокое.

К недостаткам фильтра Пи относятся следующие

Слабое регулирование напряжения.
Большой размер
Веселый
Дорого

Приложения

применений фильтра Пи включают следующее.

Применения фильтра pi в основном включают устройства связи для извлечения точного сигнала после модуляции.
Этот фильтр в основном используется для ослабления шума в сигнале, а также в линиях электропередач.
При связи сигнал может быть изменен на несколько высоких частот. В то время как на стороне приемника эти фильтры применимы для демодуляции точного частотного диапазона.

Итак, это все об обзоре фильтра Пи. Таким образом, все дело в фильтре Пи. Схема фильтра используется для устранения компонентов переменного тока в цепи выпрямителя.

Выходные транзисторы	TIP35 (TIP36 для питания -ve)
Драйверы	BD139 (BD140 для питания -ve)
9463 пленка 904/4 для всех резисторов
Диоды	1N4001 или аналогичные
Electros	Нет предложений, но убедитесь, что их рабочее напряжение не будет превышено, и соблюдайте полярность.(В обходе с помощью полиэстера на самом деле нет необходимости, но если это заставляет вас чувствовать себя лучше, сделайте это)
Мостовой выпрямитель	Рекомендуется мост от 20 до 35A. Это перебор, но пиковые токи велики, особенно с конденсаторами большой емкости. Также обеспечивает минимальные потери в диодах при нормальных токах.
Трансформатор	Используйте тороидальный. Показанная мощность (ВА) для источника питания должна соответствовать требованиям усилителя.Двойной усилитель класса A мощностью 20 Вт в идеале должен иметь номинальную мощность трансформатора не менее 200 ВА, что в 5 раз превышает мощность усилителя. (Обратите внимание, что VA иногда неправильно указано в ваттах). Первичное напряжение, естественно, зависит от того, где вы живете.

Эффективный фильтр напряжения питания на полевом транзисторе

Транзисторный фильтр питания с высоким КПД для аудиоаппаратуры

Содержание / Contents

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Активный фильтр 4.0.0.0 для источника питания (Е.А. Москатов)

Транзисторный фильтр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Транзисторный фильтр

Транзисторный фильтр для телевизора

Что-то не так?

Транзисторный сглаживающий фильтр — PatentDB.ru

Транзисторные радиоприемники «СПИДОЛА», «ВЭФ», «ОКЕАН», «МЕРИДИАН» | Авторская платформа Pandia.ru

»Примечания по электронике

Основы фильтра высоких частот

Одна транзисторная схема активного фильтра высоких частот

А низковольтный маломощный 0.25 мкм интегрированный однотранзисторный фильтр на основе активной катушки индуктивности

Ускорьте разработку фильтров электромагнитных помех для импульсных источников питания

Введение

Различные типы электромагнитных помех: излучаемый и кондуктивный шум, общий режим и дифференциальный режим

Дифференциальный фильтр кондуктивных электромагнитных помех

LTpowerCAD может прогнозировать производительность фильтра в зависимости от источника питания

Дизайн фильтра электромагнитных помех в LTpowerCAD

Обзор

Выберите стандарт EMI

Установка параметров фильтра электромагнитных помех

Проверить усиление затухания фильтра

Проверка импеданса фильтра и входного импеданса источника питания

Точность инструмента LTpowerCAD EMI filter

Сводка

Фильтр источника питания умножителя емкости

Типы фильтров источника питания постоянного тока

, работа, характеристики и применение

Что такое фильтр Pi?

Значение фильтра Pi

Схема фильтра Pi / Конструкция

Pi фильтр рабочий

Характеристики

Преимущества и недостатки

Приложения

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики