Электронные схемы — Введение

В электронике у нас разные компоненты, которые служат разным целям. Существуют различные элементы, которые используются во многих типах цепей в зависимости от применения.

Электронные компоненты

Подобный кирпичу, который строит стену, компонент является основным кирпичом цепи. Компонент — это основной элемент, который способствует развитию идеи в схему исполнения.

Каждый компонент имеет несколько основных свойств, и компонент ведет себя соответственно. Это зависит от девиза разработчика, чтобы использовать их для построения предполагаемой схемы. На следующем рисунке показаны несколько примеров электронных компонентов, которые используются в разных электронных схемах.

Просто, чтобы собрать идею, давайте посмотрим на типы компонентов. Это могут быть активные компоненты или пассивные компоненты .

Активные компоненты

• Активные компоненты — это те, которые действуют при подаче некоторой внешней энергии.

• Активные компоненты производят энергию в виде напряжения или тока.

• Примеры — диоды, транзисторы, трансформаторы и т. Д.

Активные компоненты — это те, которые действуют при подаче некоторой внешней энергии.

Активные компоненты производят энергию в виде напряжения или тока.

Примеры — диоды, транзисторы, трансформаторы и т. Д.

Пассивные компоненты

• Пассивные компоненты — это те, которые начинают свою работу после подключения. Никакая внешняя энергия не требуется для их работы.

• Пассивные компоненты хранят и поддерживают энергию в форме напряжения или тока.

• Примеры — резисторы, конденсаторы, индукторы и т. Д.

Пассивные компоненты — это те, которые начинают свою работу после подключения. Никакая внешняя энергия не требуется для их работы.

Пассивные компоненты хранят и поддерживают энергию в форме напряжения или тока.

Примеры — резисторы, конденсаторы, индукторы и т. Д.

У нас также есть другая классификация как линейные и нелинейные элементы.

Линейные компоненты

• Линейные элементы или компоненты имеют линейную зависимость между током и напряжением.

• Параметры линейных элементов не меняются относительно тока и напряжения.

• Примеры — диоды, транзисторы, трансформаторы и т. Д.

Линейные элементы или компоненты имеют линейную зависимость между током и напряжением.

Параметры линейных элементов не меняются относительно тока и напряжения.

Примеры — диоды, транзисторы, трансформаторы и т. Д.

Нелинейные компоненты

• Нелинейные элементы или компоненты — это те, которые имеют нелинейную зависимость между током и напряжением.

• Параметры нелинейных элементов изменяются относительно тока и напряжения.

• Примеры — резисторы, конденсаторы, индукторы и т. Д.

Нелинейные элементы или компоненты — это те, которые имеют нелинейную зависимость между током и напряжением.

Параметры нелинейных элементов изменяются относительно тока и напряжения.

Примеры — резисторы, конденсаторы, индукторы и т. Д.

Это компоненты, предназначенные для различных целей, которые в целом могут выполнять предпочтительную задачу, для которой они созданы. Такая комбинация различных компонентов известна как цепь .

Электронные схемы

Определенное количество компонентов при подключении по назначению определенным образом образует схему . Схема представляет собой сеть различных компонентов. Существуют разные типы схем.

На следующем рисунке показаны различные типы электронных схем. На нем изображены печатные платы, представляющие собой группу электронных схем, соединенных на плате.

Электронные схемы могут быть сгруппированы по различным категориям в зависимости от их работы, подключения, структуры и т. Д. Давайте обсудим больше о типах электронных схем.

Активная цепь

• Схема, созданная с использованием активных компонентов, называется активной схемой.

• Обычно он содержит источник питания, из которого схема извлекает больше энергии и подает ее на нагрузку.

• Дополнительная мощность добавляется к выходу и, следовательно, выходная мощность всегда больше, чем входная мощность.

• Усиление всегда будет больше единицы.

Схема, созданная с использованием активных компонентов, называется активной схемой.

Обычно он содержит источник питания, из которого схема извлекает больше энергии и подает ее на нагрузку.

Дополнительная мощность добавляется к выходу и, следовательно, выходная мощность всегда больше, чем входная мощность.

Усиление всегда будет больше единицы.

Пассивная схема

• Схема, созданная с использованием пассивных компонентов, называется пассивной схемой.

• Даже если он содержит источник питания, схема не извлекает никакой энергии.

• Дополнительная мощность не добавляется к выходу и, следовательно, выходная мощность всегда меньше входной мощности.

• Усиление всегда будет меньше единицы.

Схема, созданная с использованием пассивных компонентов, называется пассивной схемой.

Даже если он содержит источник питания, схема не извлекает никакой энергии.

Дополнительная мощность не добавляется к выходу и, следовательно, выходная мощность всегда меньше входной мощности.

Усиление всегда будет меньше единицы.

Электронные схемы также могут быть классифицированы как аналоговые, цифровые или смешанные .

Аналоговая схема

• Аналоговая схема может быть такой, в которой есть линейные компоненты. Следовательно, это линейная цепь.

• Аналоговая схема имеет аналоговые входные сигналы, которые находятся в непрерывном диапазоне напряжений.

Аналоговая схема может быть такой, в которой есть линейные компоненты. Следовательно, это линейная цепь.

Аналоговая схема имеет аналоговые входные сигналы, которые находятся в непрерывном диапазоне напряжений.

Цифровая схема

• Цифровая схема может быть такой, в которой есть нелинейные компоненты. Следовательно, это нелинейная схема.

• Он может обрабатывать только цифровые сигналы.

• Цифровая схема имеет цифровые входные сигналы, которые являются дискретными значениями.

Цифровая схема может быть такой, в которой есть нелинейные компоненты. Следовательно, это нелинейная схема.

Он может обрабатывать только цифровые сигналы.

Цифровая схема имеет цифровые входные сигналы, которые являются дискретными значениями.

Схема смешанного сигнала

• Схема со смешанным сигналом может быть такой, в которой есть как линейные, так и нелинейные компоненты. Следовательно, это называется смешанной сигнальной цепью.

• Эти схемы состоят из аналоговых схем и микропроцессоров для обработки ввода.

Схема со смешанным сигналом может быть такой, в которой есть как линейные, так и нелинейные компоненты. Следовательно, это называется смешанной сигнальной цепью.

Эти схемы состоят из аналоговых схем и микропроцессоров для обработки ввода.

В зависимости от типа подключения, цепи могут быть классифицированы как последовательная цепь или параллельная цепь . Последовательная цепь — это та, которая соединена последовательно, а параллельная цепь — это та, в которой ее компоненты соединены параллельно.

Теперь, когда у нас есть базовое представление об электронных компонентах, давайте продолжим и обсудим их назначение, которое поможет нам создавать более совершенные схемы для различных приложений. Какова бы ни была цель электронной схемы (обрабатывать, отправлять, получать, анализировать), этот процесс осуществляется в форме сигналов. В следующей главе мы обсудим сигналы и тип сигналов, присутствующих в электронных схемах.

Электронные схемы — Сигналы

Сигнал можно понимать как «представление, которое дает некоторую информацию о данных, присутствующих в источнике, из которого они получены». Обычно это время меняется. Следовательно, сигнал может быть источником энергии, который передает некоторую информацию . Это легко можно представить на графике.

Примеры

• Сигнал тревоги дает сигнал, что пришло время.
• Свисток подтверждает, что еда приготовлена.
• Красный свет сигнализирует об опасности.
• Светофор указывает на ваше движение.
• Звонит телефон, сигнализирующий о звонке для вас.

Сигнал может быть любого типа, который передает некоторую информацию. Этот сигнал, производимый электронным оборудованием, называется электронным сигналом или электрическим сигналом . Обычно это временные варианты.

Типы сигналов

Сигналы могут быть классифицированы как аналоговые или цифровые, в зависимости от их характеристик. Аналоговые и цифровые сигналы могут быть дополнительно классифицированы, как показано на следующем рисунке.

Аналоговый сигнал

Непрерывный изменяющийся во времени сигнал, который представляет изменяющуюся во времени величину, можно назвать аналоговым сигналом . Этот сигнал продолжает изменяться во времени в соответствии с мгновенными значениями величины, которая его представляет.

Цифровой сигнал

Сигнал, который является дискретным по природе или который не является непрерывным по форме, можно назвать цифровым сигналом . Этот сигнал имеет отдельные значения, обозначенные отдельно, которые не основаны на предыдущих значениях, как если бы они были получены в этот конкретный момент времени.

Периодический сигнал и апериодический сигнал

Любой аналоговый или цифровой сигнал, который повторяет свою схему в течение определенного периода времени, называется периодическим сигналом . Этот сигнал постоянно повторяется, и его легко предположить или рассчитать.

Любой аналоговый или цифровой сигнал, который не повторяет своего паттерна в течение определенного периода времени, называется апериодическим сигналом . Этот сигнал имеет свой паттерн продолженным, но паттерн не повторяется, и его не так легко предположить или рассчитать.

Сигналы и нотации

Среди периодических сигналов наиболее часто используемые сигналы — это синусоида, косинусоида, треугольная форма волны, прямоугольная волна, прямоугольная волна, форма зубца пилы, форма импульса или последовательность импульсов и т. Д. Давайте посмотрим на эти формы волны.

Сигнал шага блока

Сигнал единичного шага имеет значение в одну единицу от начала координат до одной единицы на оси X. Это в основном используется в качестве тестового сигнала. Изображение единичного шагового сигнала показано ниже.

Функция единичного шага обозначается как $u \ left (t \ right)$. Определяется как —

$$u \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 & t \ geq 0 \\ 0 & t <0 \ end {matrix} \ right.$$

Импульсный сигнал блока

Импульсный сигнал единицы измерения имеет значение одной единицы в своем начале. Его площадь составляет одну единицу. Изображение единичного импульсного сигнала показано ниже.

Функция единичного импульса обозначается через t (t) . Определяется как

$$\ delta \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} \ infty \: \: if \: \: t = 0 \\ 0 \: \: if \: \: t \ neq 0 \ конец {матрица} \ право.$$

$$\ int _ {- \ infty} ^ {\ infty} \ delta \ left (t \ right) d \ left (t \ right) = 1$$

$$\ int _ {- \ infty} ^ {t} \ delta \ left (t \ right) d \ left (t \ right) = u \ left (t \ right)$$

$$\ delta \ left (t \ right) = \ frac {du \ left (t \ right)} {d \ left (t \ right)}$$

Сигнал рампы

Сигнал линейного изменения имеет экспоненциально возрастающую величину от своего источника. Изображение единичного линейного сигнала показано ниже.

Функция линейного изменения обозначается как u (t) . Определяется как —

$$\ int_ {0} ^ {t} u \ left (t \ right) d \ left (t \ right) = \ int_ {0} ^ {t} 1 dt = t = r \ left (t \ right)$$

$$u \ left (t \ right) = \ frac {dr \ left (t \ right)} {dt}$$

Единичный параболический сигнал

Единичный параболический сигнал имеет свое значение, изменяющееся как парабола в своем источнике. Изображение единичного параболического сигнала показано ниже.

Единичная параболическая функция обозначается через $u \ left (t \ right)$. Определяется как —

$$\ int_ {0} ^ {t} \ int_ {0} ^ {t} u \ left (t \ right) dtdt = \ int_ {0} ^ {t} r \ left (t \ right) dt = \ int_ {0} ^ {t} t.dt = \ frac {t ^ {2}} {2} dt = x \ left (t \ right)$$

$$r \ left (t \ right) = \ frac {dx \ left (t \ right)} {dt}$$

$$u \ left (t \ right) = \ frac {d ^ {2} x \ left (t \ right)} {dt ^ {2}}$$

Функция Signum

Функция Signum имеет свое значение, равномерно распределенное как в положительной, так и в отрицательной плоскостях от ее происхождения. Изображение функции Signum показано ниже.

Функция Signum обозначается как sgn (t) . Определяется как

$$sgn \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 \: \: для \: \: t \ geq 0 \\ - 1 \: \: для \: \: t <0 \ конец {матрица} \ право.$$

$$sgn \ left (t \ right) = 2u \ left (t \ right) -1$$

Экспоненциальный сигнал

Экспоненциальный сигнал имеет свое значение, экспоненциально отличающееся от его источника. Экспоненциальная функция имеет вид —

$$x \ left (t \ right) = e ^ {\ alpha t}$$

Форма экспоненты может быть определена как $\ alpha$. Эту функцию можно понять в 3 случаях

Случай 1 —

Если $\ alpha = 0 \ rightarrow x \ left (t \ right) = e ^ {0} = 1$

Случай 2 —

Если $\ alpha <0$, то $x \ left (t \ right) = e ^ {\ alpha t}$, где $\ alpha$ отрицательно. Эта форма называется убывающей экспоненциальной .

Дело 3 —

Если $\ alpha> 0$, то $x \ left (t \ right) = e ^ {\ alpha t}$, где $\ alpha$ положительно. Эта форма называется экспоненциальной .

Прямоугольный сигнал

Прямоугольный сигнал имеет свое значение, распределенное в прямоугольной форме в положительной и отрицательной плоскостях от его происхождения. Изображение прямоугольного сигнала показано ниже.

Прямоугольная функция обозначается через $x \ left (t \ right)$. Определяется как

x left(t right)=Arect left[ fractT right] $$x \ left (t \ right) = A \: rect \ left [\ frac {t} {T} \ right]$$

Треугольный сигнал

Прямоугольный сигнал имеет свое значение, распределенное в треугольной форме в положительной и отрицательной плоскостях от его происхождения. Изображение треугольного сигнала показано ниже.

Треугольная функция обозначается через $x \ left (t \ right)$. Определяется как

$$ x \ left (t \ right) = A \ left [1- \ frac {\ left | t \ right |} {T} \ right] $$

Синусоидальный сигнал

Синусоидальный сигнал имеет синусоидальное значение от источника. Изображение синусоидального сигнала показано ниже.

Синусоидальная функция обозначается через x (t). Определяется как —

$$x \ left (t \ right) = A \ cos \ left (w_ {0} t \ pm \ phi \ right)$$

или же

$$x \ left (t \ right) = грех \ left (w_ {0} t \ pm \ phi \ right)$$

Где $T_ {0} = \ frac {2 \ pi} {w_ {0}}$

Sinc Function

Сигнал Sinc имеет свое значение, изменяющееся в зависимости от конкретного соотношения, как в приведенном ниже уравнении. Он имеет максимальное значение в начале координат и продолжает уменьшаться по мере удаления. Изображение сигнала функции Sinc показано ниже.

Функция Sinc обозначается через sinc (t) . Определяется как —

$$sinc \ left (t \ right) = \ frac {sin \ left (\ pi t \ right)} {\ pi t}$$

Итак, это разные сигналы, с которыми мы в основном сталкиваемся в области электроники и коммуникаций. Каждый сигнал может быть определен в математическом уравнении, чтобы облегчить анализ сигнала.

Каждый сигнал имеет определенную форму волны, как упоминалось ранее. Формирование волны может изменить содержание, присутствующее в сигнале. В любом случае, инженером-конструктором принимается решение, изменять ли волну или нет для какой-либо конкретной цепи. Но, чтобы изменить форму волны, есть несколько методов, которые будут обсуждаться в следующих разделах.

Электронные схемы — формирование линейных волн

Сигнал также можно назвать Волной . Каждая волна имеет определенную форму, когда она представлена ​​на графике. Эта форма может быть разных типов, таких как синусоидальная, квадратная, треугольная и т. Д., Которые варьируются относительно периода времени или могут иметь некоторые случайные формы, не зависящие от периода времени.

Типы формирования волн

Существует два основных типа формирования волн. Они —

• Линейное формирование волн
• Нелинейное формирование волны

Формирование линейной волны

Линейные элементы, такие как резисторы, конденсаторы и индукторы, используются для формирования сигнала при таком линейном формировании волны. Вход синусоидальной волны имеет выход синусоидальной волны, и, следовательно, несинусоидальные входы более заметно используются для понимания линейного формирования волны.

Фильтрация — это процесс ослабления нежелательного сигнала или воспроизведения выбранных частей частотных составляющих конкретного сигнала.

фильтры

В процессе формирования сигнала, если некоторые части сигнала считаются нежелательными, их можно отключить с помощью схемы фильтра. Фильтр — это схема, которая может удалять нежелательные части сигнала на его входе . Процесс снижения силы сигнала также называется затуханием .

У нас есть несколько компонентов, которые помогают нам в методах фильтрации.

• Конденсатор имеет свойство разрешать AC и блокировать DC

• Индуктор имеет свойство разрешать постоянный ток, но блокирует переменный ток .

Конденсатор имеет свойство разрешать AC и блокировать DC

Индуктор имеет свойство разрешать постоянный ток, но блокирует переменный ток .

Используя эти свойства, эти два компонента особенно используются для блокировки или разрешения переменного или постоянного тока . Фильтры могут быть разработаны в зависимости от этих свойств.

У нас есть четыре основных типа фильтров —

• Фильтр низких частот
• Фильтр верхних частот
• Полосовой фильтр
• Полосовой фильтр

Давайте теперь обсудим эти типы фильтров в деталях.

Фильтр низких частот

Схема фильтра, которая допускает набор частот ниже заданного значения, может быть названа фильтром нижних частот . Этот фильтр пропускает нижние частоты. Принципиальная схема фильтра нижних частот с использованием RC и RL показана ниже.

Конденсаторный фильтр или RC фильтр и фильтр индуктивности или фильтр RL действуют как фильтры нижних частот.

• Фильтр RC — Поскольку конденсатор помещен в шунт, переменный ток, который он допускает, заземлен. Это обходит все высокочастотные компоненты, в то время как на выходе допускается постоянный ток.

• Фильтр RL — Поскольку индуктор размещен последовательно, постоянный ток поступает на выход. Индуктор блокирует переменный ток, который не допускается на выходе.

Фильтр RC — Поскольку конденсатор помещен в шунт, переменный ток, который он допускает, заземлен. Это обходит все высокочастотные компоненты, в то время как на выходе допускается постоянный ток.

Фильтр RL — Поскольку индуктор размещен последовательно, постоянный ток поступает на выход. Индуктор блокирует переменный ток, который не допускается на выходе.

Символ для фильтра нижних частот (ФНЧ) приведен ниже.

Частотный отклик

Частотная характеристика практического фильтра является такой, как показано здесь ниже, и частотная характеристика идеального LPF, когда практические соображения электронных компонентов не рассматриваются, будет следующей.

Частота отсечки для любого фильтра — это критическая частота $f_ {c}$, для которой фильтр предназначен для ослабления (отсечки) сигнала. Идеальный фильтр имеет идеальную отсечку, а практический фильтр имеет несколько ограничений.

Фильтр RLC

Зная о фильтрах RC и RL, можно подумать, что было бы хорошо добавить эти две цепи, чтобы получить лучший отклик. На следующем рисунке показано, как выглядит схема RLC.

Сигнал на входе проходит через индуктор, который блокирует переменный ток и пропускает постоянный ток. Теперь этот выход снова пропускается через конденсатор в шунте, который заземляет оставшийся компонент переменного тока, если таковой имеется, присутствующий в сигнале, позволяя постоянному току на выходе. Таким образом, мы имеем чистый DC на выходе. Это лучшая схема низких частот, чем они оба.

Фильтр верхних частот

Цепь фильтра, которая допускает набор частот выше указанного значения, может быть названа фильтром верхних частот . Этот фильтр пропускает более высокие частоты. Принципиальная схема фильтра верхних частот с использованием RC и RL показана ниже.

Конденсаторный фильтр или RC- фильтр и индуктивный фильтр или RL- фильтр действуют как фильтры верхних частот.

RC фильтр

Поскольку конденсатор установлен последовательно, он блокирует компоненты постоянного тока и пропускает компоненты переменного тока на выход. Следовательно, высокочастотные компоненты появляются на выходе через резистор.

Фильтр RL

Поскольку индуктор находится в шунте, постоянный ток может быть заземлен. Оставшийся компонент переменного тока появляется на выходе. Символ для фильтра верхних частот (HPF) приведен ниже.

Частотный отклик

Частотная характеристика практического фильтра является такой, как показано здесь ниже, и частотная характеристика идеального HPF, когда практические соображения относительно электронных компонентов не будут рассмотрены, будет следующей.

Частота отсечки для любого фильтра — это критическая частота $f_ {c}$, для которой фильтр предназначен для ослабления (отсечки) сигнала. Идеальный фильтр имеет идеальную отсечку, а практический фильтр имеет несколько ограничений.

Фильтр RLC

Зная о фильтрах RC и RL, можно подумать, что было бы хорошо добавить эти две цепи, чтобы получить лучший отклик. На следующем рисунке показано, как выглядит схема RLC.

Сигнал на входе проходит через конденсатор, который блокирует постоянный ток и пропускает переменный ток. Теперь этот выход снова пропускается через индуктивность в шунте, который заземляет оставшийся компонент постоянного тока, если таковой имеется, присутствующий в сигнале, позволяя переменный ток на выходе. Таким образом, у нас есть чистый переменный ток на выходе. Это лучшая схема верхних частот, чем они оба.

Полосовой фильтр

Схема фильтра, которая допускает набор частот между двумя указанными значениями, может называться полосовым фильтром . Этот фильтр пропускает полосу частот.

Так как нам нужно исключить несколько низких и высоких частот, чтобы выбрать набор указанных частот, нам необходимо каскадировать HPF и LPF, чтобы получить BPF. Это можно легко понять, даже наблюдая кривые частотной характеристики.

Принципиальная схема полосового фильтра показана ниже.

Вышеуказанная схема также может быть построена с использованием RL-схем или RLC-схем. Выше приведена схема RC, выбранная для простого понимания.

Символ для полосового фильтра (BPF) приведен ниже.

Частотный отклик

Частотная характеристика практического фильтра является такой, как показано здесь ниже, и частотная характеристика идеального BPF, когда практические соображения электронных компонентов не рассматриваются, будет следующей.

Частота отсечки для любого фильтра — это критическая частота $f_ {c}$, для которой фильтр предназначен для ослабления (отсечки) сигнала. Идеальный фильтр имеет идеальную отсечку, а практический фильтр имеет несколько ограничений.

Band Stop Filter

Схема фильтра, которая блокирует или ослабляет набор частот, которые находятся между двумя указанными значениями, может называться фильтром полосовой остановки . Этот фильтр отклоняет полосу частот и, следовательно, также может называться Band Reject Filter .

Поскольку нам нужно исключить несколько низких и высоких частот, чтобы выбрать набор указанных частот, нам нужно каскадировать LPF и HPF, чтобы получить BSF. Это можно легко понять, даже наблюдая кривые частотной характеристики.

Принципиальная электрическая схема полосового ограничительного фильтра показана ниже.

Вышеуказанная схема также может быть построена с использованием RL-схем или RLC-схем. Выше приведена схема RC, выбранная для простого понимания.

Символ для полосового фильтра (BSF) приведен ниже.

Частотный отклик

Частотная характеристика практического фильтра является такой, как показано здесь ниже, и частотная характеристика идеальной BSF, когда практические соображения электронных компонентов не рассматриваются, будет следующей.

Частота отсечки для любого фильтра — это критическая частота $f_ {c}$, для которой фильтр предназначен для ослабления (отсечки) сигнала. Идеальный фильтр имеет идеальную отсечку, а практический фильтр имеет несколько ограничений.

Специальные функции LPF и HPF

Цепи фильтра низких и высоких частот используются в качестве специальных схем во многих приложениях. Фильтр нижних частот (LPF) может работать в качестве интегратора , тогда как фильтр верхних частот (HPF) может работать в качестве дифференциатора . Эти две математические функции возможны только с этими схемами, которые уменьшают усилия инженера-электронщика во многих приложениях.

Фильтр низких частот в качестве интегратора

На низких частотах емкостное реактивное сопротивление стремится к бесконечности, а на высоких частотах реактивное сопротивление становится равным нулю. Следовательно, на низких частотах ФНЧ имеет конечный выходной сигнал, а на высоких частотах выходной сигнал равен нулю, что одинаково для интегральной схемы. Следовательно, можно сказать, что фильтр низких частот работает как интегратор .

Для LPF вести себя как интегратор

$$\ tau \ gg T$$

Где $\ tau = RC$ постоянная времени цепи

Тогда изменение напряжения в С очень мало.

Vi=iR+ frac1C intidt $$V_ {i} = iR + \ frac {1} {C} \ int i \: dt$$

$$V_ {i} \ cong iR$$

Since frac1C intidt lliR $$Since \: \: \ frac {1} {C} \ int i \: dt \ ll iR$$

$$I = \ гидроразрыва {V_ {я}} {R}$$

SinceV0= frac1C intidt= frac1RC intVidt= frac1 tau intVidt $$Since \: \: V_ {0} = \ frac {1} {C} \ int i dt = \ frac {1} {RC} \ int V_ {i} dt = \ frac {1} {\ tau} \ int V_ {i} dt$$

$$Output \ propto \ int input$$

Следовательно, ФНЧ с большой постоянной времени производит выходной сигнал, который пропорционален интегралу входного сигнала.

Частотный отклик

Частотная характеристика практического фильтра нижних частот, когда он работает как интегратор, как показано ниже.

Форма выходного сигнала

Если интегральной схеме дан синусоидальный вход, на выходе будет косинусоидальная волна. Если входной сигнал представляет собой прямоугольную волну, форма выходной волны меняет свою форму и выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Фильтр верхних частот в качестве дифференциатора

На низких частотах выход дифференциатора равен нулю, тогда как на высоких частотах его выход имеет некоторое конечное значение. Это то же самое, что и для дифференциатора. Следовательно, фильтр верхних частот считается дифференцирующим.

Если постоянная времени RC HPF намного меньше, чем период времени входного сигнала, то схема ведет себя как дифференциатор. Тогда падение напряжения на R очень мало по сравнению с падением на C.

Vi= frac1C intidt+iR $$V_ {i} = \ frac {1} {C} \ int i \: dt + iR$$

Но $iR = V_ {0}$ мало

начинаясVi= frac1C intidt $$начиная с V_ {i} = \ frac {1} {C} \ int i \: dt$$

$$I = \ гидроразрыва {V_ {0}} {R}$$

SinceVi= frac1 tau intV0dt $$Since \: V_ {i} = \ frac {1} {\ tau} \ int V_ {0} \: dt$$

Где $\ tau = RC$ постоянная времени цепи.

Дифференцируя с обеих сторон,

$$\ frac {dV_ {i}} {dt} = \ frac {V_0} {\ tau}$$

$$V_ {0} = \ tau \ frac {dV_ {i}} {dt}$$

SinceV0 propto fracdVidt $$Since \: V_ {0} \ propto \ frac {dV_ {i}} {dt}$$

Выходной сигнал пропорционален разности входного сигнала.

Частотный отклик

Частотная характеристика практического фильтра верхних частот, когда он работает в качестве дифференциатора, как показано ниже.

Форма выходной волны

Если цепь дифференциатора получает синусоидальный вход, выходной сигнал будет косинусной волной. Если входной сигнал представляет собой прямоугольную волну, форма выходной волны меняет свою форму и выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Эти две схемы в основном используются в различных электронных приложениях. Схема дифференциатора вырабатывает постоянное выходное напряжение, когда входной сигнал имеет тенденцию к постоянному изменению. Схема интегратора вырабатывает стабильно изменяющееся выходное напряжение, когда входное напряжение постоянно.

Нелинейное формирование волн

Наряду с резисторами нелинейные элементы, такие как диоды , используются в схемах нелинейного формирования волны для получения требуемых измененных выходных сигналов. Либо форма волны ослабляется, либо изменяется уровень постоянного тока волны при нелинейном формировании волны.

Процесс получения несинусоидальных форм выходной волны из синусоидального ввода с использованием нелинейных элементов называется нелинейным формированием волны .

Clipper Circuits

Контур Clipper — это схема, которая отклоняет часть указанной входной волны, допуская оставшуюся часть. Определенная часть волны выше или ниже определенного напряжения отсечки обрезается или отсекается.

Схемы ограничения состоят из линейных и нелинейных элементов, таких как резисторы и диоды, но не из элементов накопления энергии, таких как конденсаторы. Эти схемы отсечения имеют много применений, поскольку они выгодны.

• Основным преимуществом схем ограничения является устранение нежелательного шума, присутствующего в амплитудах.

• Они могут работать как преобразователи прямоугольных волн, так как они могут преобразовывать синусоиды в прямоугольные волны путем отсечения.

• Амплитуда искомой волны может поддерживаться на постоянном уровне.

Основным преимуществом схем ограничения является устранение нежелательного шума, присутствующего в амплитудах.

Они могут работать как преобразователи прямоугольных волн, так как они могут преобразовывать синусоиды в прямоугольные волны путем отсечения.

Амплитуда искомой волны может поддерживаться на постоянном уровне.

Среди диодных клипсеров два основных типа — это положительные и отрицательные ножницы . Мы обсудим эти два типа машинки для стрижки в следующих двух главах.

Электронные схемы — Схемы положительного клипера

Цепь Clipper, которая предназначена для ослабления положительных частей входного сигнала, может быть названа как Positive Clipper . Среди схем ограничителя положительных диодов у нас есть следующие типы —

• Позитивная серия Clipper
• Положительные серии Машинка с положительными $V_ {г}$ (опорное напряжение)
• Позитивная серия Clipper с отрицательным значением $V_ {r}$
• Положительный Шунт Клипер
• Положительный Шунт Клиппер с положительным $V_ {r}$
• Положительный шунт-клипер с отрицательным значением $V_ {r}$

Давайте обсудим каждый из этих типов подробно.

Позитивная серия Clipper

Схема Clipper, в которой диод подключен последовательно к входному сигналу и которая ослабляет положительные части сигнала, называется положительной последовательной Clipper . На следующем рисунке представлена ​​принципиальная схема для ограничителя положительных последовательностей.

Положительный цикл входа — Когда подается входное напряжение, положительный цикл входа делает точку A в цепи положительной по отношению к точке B. Это делает диод смещенным в обратном направлении и, следовательно, ведет себя как разомкнутый переключатель. Таким образом, напряжение на нагрузочном резисторе становится равным нулю, так как через него не протекает ток, и, следовательно, $V_ {0}$ будет равно нулю.

Отрицательный цикл входа — Отрицательный цикл входа делает точку A в цепи отрицательной по отношению к точке B. Это делает диод смещенным вперед и, следовательно, он проводит как замкнутый переключатель. Таким образом, напряжение на нагрузочном резисторе будет равно приложенному входному напряжению, так как оно полностью появляется на выходе $V_ {0}$.

Волновые

На рисунках выше, если наблюдаются осциллограммы, мы можем понять, что была вырезана только часть положительного пика. Это из-за напряжения на V0. Но идеальный результат не должен был быть таким. Давайте посмотрим на следующие цифры.

В отличие от идеального выхода, битовая часть положительного цикла присутствует на практическом выходе из-за напряжения проводимости диода, которое составляет 0,7 В. Следовательно, будет разница в практических и идеальных выходных сигналах.

Позитивная машинка для стрижки с положительным $V_ {r}$

Цепь Clipper, в которой диод соединен последовательно с входным сигналом и смещена с положительным опорным напряжением $V_ {r}$ и который ослабляет положительные части сигнала, называется положительной последовательной ограничителем с положительным значением $V_ {r}$ . На приведенном ниже рисунке представляет собой схему для положительной серии машинки для стрижки, когда опорное напряжение, приложенное положительно.

Во время положительного цикла входного диод получает обратное смещение и появляется опорное напряжение на выходе. Во время своего отрицательного цикла диод смещается вперед и проводит как замкнутый переключатель. Следовательно, выходной сигнал выглядит так, как показано на рисунке выше.

Позитивная серия Clipper с отрицательным значением $V_ {r}$

Цепь Clipper, в которой диод подключен последовательно к входному сигналу и смещен с отрицательным опорным напряжением $V_ {r}$ и который ослабляет положительные части сигнала, называется положительным ограничителем серии с отрицательным значением $V_ {r}$ . На приведенном ниже рисунке представляет собой схему для положительной серии машинки для стрижки, когда опорное напряжение, приложенное отрицательное.

Во время положительного цикла входного диод получает обратное смещение и появляется опорное напряжение на выходе. В качестве опорного напряжения является отрицательным, то же напряжение с постоянной амплитудой показано. Во время своего отрицательного цикла диод смещается вперед и проводит как замкнутый переключатель. Следовательно, входной сигнал, который больше, чем опорное напряжение, появляется на выходе.

Положительный Шунт Клипер

Цепь Clipper, в которой диод подключен шунтом к входному сигналу и которая ослабляет положительные части формы сигнала, называется положительным ограничителем шунта . На следующем рисунке представлена ​​принципиальная схема положительного шунтирующего ограничителя.

Положительный цикл на входе — Когда подается входное напряжение, положительный цикл на входе делает точку A в цепи положительной по отношению к точке B. Это делает диод смещенным вперед и, следовательно, он проводит как замкнутый переключатель. Таким образом, напряжение на нагрузочном резисторе становится равным нулю, так как через него не протекает ток, и, следовательно, $V_ {0}$ будет равно нулю.

Отрицательный цикл на входе — Отрицательный цикл на входе делает точку A в цепи отрицательной по отношению к точке B. Это делает диод смещенным в обратном направлении и, следовательно, ведет себя как разомкнутый переключатель. Таким образом, напряжение на нагрузочном резисторе будет равно приложенному входному напряжению, так как оно полностью появляется на выходе $V_ {0}$.

Волновые

На рисунках выше, если наблюдаются осциллограммы, мы можем понять, что была вырезана только часть положительного пика. Это из-за напряжения на $V_ {0}$. Но идеальный результат не должен был быть таким. Давайте посмотрим на следующие цифры.

В отличие от идеального выхода, битовая часть положительного цикла присутствует на практическом выходе из-за напряжения проводимости диода, которое составляет 0,7 В. Следовательно, будет разница в практических и идеальных выходных сигналах.

Положительный Шунт Клиппер с положительным $V_ {r}$

Схема Clipper, в которой диод подключен шунтом к входному сигналу и смещен с положительным опорным напряжением $V_ {r}$ и который ослабляет положительные части сигнала, называется положительным ограничителем с положительным значением $V_ {r}$. На приведенном ниже рисунке представляет собой схему для положительных шунтирующих машинок для стрижки, когда опорное напряжение, приложенное положительно.

Во время положительного цикла входного диода получает вперед предвзятым и ничего, кроме опорного напряжения не появляется на выходе. Во время своего отрицательного цикла диод смещается в обратном направлении и ведет себя как разомкнутый переключатель. Весь вход появляется на выходе. Следовательно, выходной сигнал выглядит так, как показано на рисунке выше.

Положительный шунт-клипер с отрицательным значением $V_ {r}$

Цепь Clipper, в которой диод подключен шунтом к входному сигналу и смещен с отрицательным опорным напряжением $V_ {r}$, и который ослабляет положительные части сигнала, называется положительным ограничителем с отрицательным значением $V_ {r}$.

На приведенном ниже рисунке представляет собой схему для положительных шунтирующих машинок для стрижки, когда опорное напряжение, приложенное отрицательное.

Во время положительного цикла ввода, диод становится вперед предвзятым и появляется опорное напряжение на выходе. В качестве опорного напряжения является отрицательным, то же напряжение с постоянной амплитудой показано. Во время своего отрицательного цикла диод смещается в обратном направлении и ведет себя как разомкнутый переключатель. Следовательно, входной сигнал, который больше, чем опорное напряжение, появляется на выходе.

Электронные схемы — схемы с отрицательным клипером

Цепь Clipper, которая предназначена для ослабления отрицательных частей входного сигнала, может быть названа как Negative Clipper . Среди схем отрицательного диодного ограничителя мы имеем следующие типы.

• Отрицательная серия Clipper
• Отрицательный Машинка серии с положительными $V_ {г}$ (опорное напряжение)
• Отрицательный ограничитель серии с отрицательным значением $V_ {r}$
• Отрицательный Шунт Клипер
• Отрицательный Шунт Клиппер с положительным $V_ {r}$
• Отрицательная шунтирующая машинка с отрицательным значением $V_ {r}$

Давайте обсудим каждый из этих типов подробно.

Отрицательная серия Clipper

Цепь Clipper, в которой диод подключен последовательно к входному сигналу и которая ослабляет отрицательные части формы сигнала, называется отрицательной последовательной ограничителем . На следующем рисунке представлена ​​принципиальная схема отрицательного последовательного ограничителя.

Положительный цикл входа — при подаче входного напряжения положительный цикл входа делает точку A в цепи положительной по отношению к точке B. Это делает диод смещенным вперед и, следовательно, действует как замкнутый переключатель. Таким образом, входное напряжение полностью появляется на нагрузочном резисторе, создавая выходной сигнал $V_ {0}$.

Отрицательный цикл входа — Отрицательный цикл входа делает точку A в цепи отрицательной по отношению к точке B. Это делает диод смещенным в обратном направлении и, следовательно, действует как размыкающий переключатель. Таким образом, напряжение на нагрузочном резисторе будет равно нулю, делая $V_ {0}$ ноль.

Волновые

На рисунках выше, если наблюдаются осциллограммы, мы можем понять, что была вырезана только часть отрицательного пика. Это из-за напряжения на $V_ {0}$. Но идеальный результат не должен был быть таким. Давайте посмотрим на следующие цифры.

В отличие от идеального выхода, битовая часть отрицательного цикла присутствует на практическом выходе из-за напряжения проводимости диода, которое составляет 0,7 В. Следовательно, будет разница в практических и идеальных выходных сигналах.

Отрицательная машинка для стрижки с положительным значением $V_ {r}$

Цепь Clipper, в которой диод соединен последовательно с входным сигналом и смещена с положительным опорным напряжением $V_ {r}$ и который ослабляет отрицательные части сигнала, называется отрицательной последовательной ограничителем с положительным $V_ {r}$. На приведенном ниже рисунке представляет собой схему для отрицательной серии машинки для стрижки, когда опорное напряжение, приложенное положительно.

Во время положительного цикла на входе диод начинает проводить только тогда, когда значение напряжения на аноде превышает значение напряжения на катоде диода. Поскольку напряжение катода равно опорного напряжения, подаваемого на выходе будет, как показано на рисунке.

Отрицательный ограничитель серии с отрицательным значением $V_ {r}$

Цепь Clipper, в которой диод соединен последовательно с входным сигналом и смещен с отрицательным опорным напряжением $V_ {r}$ и который ослабляет отрицательные части сигнала, называется отрицательным последовательным ограничителем с отрицательным $V_ {r}$. На приведенном ниже рисунке представляет собой схему для отрицательной серии машинки для стрижки, когда опорное напряжение, приложенное отрицательное.

Во время положительного цикла на входе диод смещается вперед, и на выходе появляется входной сигнал. Во время своего отрицательного цикла диод смещается в обратном направлении и, следовательно, не проводит. Но отрицательное опорное напряжение применяется, появляется на выходе. Следовательно, отрицательный цикл выходного сигнала получает подрезан после этого опорного уровня.

Отрицательный Шунт Клипер

Цепь Clipper, в которой диод подключен в шунте к входному сигналу и который ослабляет отрицательные части формы сигнала, называется отрицательным ограничителем шунта. На следующем рисунке представлена ​​принципиальная схема отрицательного шунтирующего ограничителя .

Положительный цикл входа — Когда подается входное напряжение, положительный цикл входа делает точку A в цепи положительной по отношению к точке B. Это делает диод смещенным в обратном направлении и, следовательно, ведет себя как разомкнутый переключатель. Таким образом, напряжение на нагрузочном резисторе равно приложенному входному напряжению, поскольку оно полностью появляется на выходе $V_ {0}$

Отрицательный цикл входа — Отрицательный цикл входа делает точку A в цепи отрицательной по отношению к точке B. Это делает диод смещенным вперед и, следовательно, он проводит как замкнутый переключатель. Таким образом, напряжение на нагрузочном резисторе становится равным нулю, так как через него не протекает ток.

Волновые

На рисунках выше, если наблюдаются осциллограммы, мы можем понять, что была вырезана только часть отрицательного пика. Это из-за напряжения на $V_ {0}$. Но идеальный результат не должен был быть таким. Давайте посмотрим на следующие цифры.

В отличие от идеального выхода, битовая часть отрицательного цикла присутствует на практическом выходе из-за напряжения проводимости диода, которое составляет 0,7 В. Следовательно, будет разница в практических и идеальных выходных сигналах.

Отрицательный Шунт Клиппер с положительным $V_ {r}$

Схема Clipper, в которой диод подключен в шунте к входному сигналу и смещен с положительным опорным напряжением $V_ {r}$, и который ослабляет отрицательные части сигнала, называется отрицательным ограничителем с положительным значением $V_ {r}$ . На приведенном ниже рисунке представляет собой схему для отрицательных шунтирующих машинок для стрижки, когда опорное напряжение, приложенное положительно.

Во время положительного цикла на входе диод смещается в обратном направлении и ведет себя как разомкнутый переключатель. Таким образом, все входное напряжение, которое больше, чем опорное напряжение, приложенное, появляется на выходе. Сигнала ниже уровня опорного напряжения получает обрезаны.

В течение отрицательного полупериода, когда диод смещен вперед и цикл завершен, выходной сигнал отсутствует.

Отрицательная шунтирующая машинка с отрицательным значением $V_ {r}$

Цепь Clipper, в которой диод подключен в шунте к входному сигналу и смещен с отрицательным опорным напряжением $V_ {r}$ и который ослабляет отрицательные части сигнала, называется отрицательным ограничителем шунта с отрицательным значением $V_ {r}$. На приведенном ниже рисунке представляет собой схему для отрицательных шунтирующих машинок для стрижки, когда опорное напряжение, приложенное отрицательное.

Во время положительного цикла на входе диод смещается в обратном направлении и ведет себя как разомкнутый переключатель. Таким образом, все входное напряжение появляется на выходе $V_ {o}$. Во время отрицательного полупериода диод смещается вперед. Отрицательное напряжение до опорного напряжения, попадет на выходе, а остальной сигнал получает обрезан.

Двухсторонний клипер

Это положительный и отрицательный ограничитель с опорным напряжением $V_ {r}$. Входное напряжение ограничивается двухсторонней положительной и отрицательной частями формы входного сигнала двумя опорными напряжениями. Для этого в цепь подключены два диода $D_ {1}$ и $D_ {2}$, а также два опорных напряжения $V_ {r1}$ и $V_ {r2}$.

Эта схема также называется схемой Combinational Clipper . На рисунке ниже показано расположение схемы для двухсторонней или комбинационной схемы ограничения, наряду с ее выходным сигналом.

Во время положительной половины входного сигнала диод $D_ {1}$ проводит появление эталонного напряжения $V_ {r1}$ на выходе. Во время отрицательной половины входного сигнала диод $D_ {2}$ проводит появление эталонного напряжения $V_ {r1}$ на выходе. Следовательно, оба диода ведут себя поочередно, чтобы обрезать выход во время обоих циклов. Выход берется через нагрузочный резистор.

С этим мы покончили с основными схемами стрижки. Давайте рассмотрим схемы зажима в следующей главе.

Электронные схемы — цепи зажима

Цепь зажима — это схема, которая добавляет уровень постоянного тока к сигналу переменного тока. На самом деле, положительные и отрицательные пики сигналов могут быть размещены на желаемых уровнях с помощью зажимных цепей. Когда уровень постоянного тока смещается, схема ограничителя называется устройством сдвига уровня .

Цепи зажима состоят из элементов накопления энергии, таких как конденсаторы. Простая схема зажима состоит из конденсатора, диода, резистора и батареи постоянного тока, если требуется.

Цепь зажима

Цепь Зажима может быть определена как схема, которая состоит из диода, резистора и конденсатора, который сдвигает форму волны до желаемого уровня постоянного тока без изменения фактического появления приложенного сигнала.

Чтобы поддерживать период времени в форме волны, тау должен быть больше половины периода времени (время разрядки конденсатора должно быть медленным.)

$$\ tau = Rc$$

куда

• R — сопротивление используемого резистора
• C — емкость используемого конденсатора

Постоянная времени заряда и разряда конденсатора определяет выходной сигнал схемы зажима.

• В схеме ограничителя вертикальное смещение вверх или вниз имеет место в выходном сигнале относительно входного сигнала.

• Нагрузочный резистор и конденсатор влияют на форму волны. Итак, время разряда конденсатора должно быть достаточно большим.

В схеме ограничителя вертикальное смещение вверх или вниз имеет место в выходном сигнале относительно входного сигнала.

Нагрузочный резистор и конденсатор влияют на форму волны. Итак, время разряда конденсатора должно быть достаточно большим.

Компонент постоянного тока, присутствующий на входе, отклоняется, когда используется конденсаторно-связанная сеть (в качестве блоков конденсатора постоянного тока). Следовательно, когда необходимо восстановить постоянный ток , используется зажимная цепь.

Типы зажимов

Существует несколько типов цепей фиксаторов, таких как

• Положительный зажим
• Положительный фиксатор с положительным $V_r$
• Положительный фиксатор с отрицательным $V_r$
• Отрицательный Зажим
• Отрицательный фиксатор с положительным $V_ {r}$
• Отрицательный фиксатор с отрицательным $V_ {r}$

Давайте рассмотрим их подробно.

Цепь положительного зажима

Зажимная цепь восстанавливает уровень постоянного тока. Когда отрицательный пик сигнала поднимается выше нулевого уровня, сигнал считается положительно зажатым .

Цепь положительного ограничителя состоит из диода, резистора и конденсатора и смещает выходной сигнал в положительную часть входного сигнала. Рисунок ниже объясняет конструкцию контура положительного зажима.

Первоначально, когда вводится, конденсатор еще не заряжен, а диод смещен в обратном направлении. Выходные данные не рассматриваются в данный момент времени. Во время отрицательного полупериода при пиковом значении конденсатор заряжается отрицательно на одной пластине и положительно на другой. Конденсатор теперь заряжается до своего пикового значения $V_ {m}$. Диод смещен вперед и сильно проводит.

В течение следующего положительного полупериода конденсатор заряжается до положительного значения Vm, в то время как диод смещается в обратном направлении и размыкается. Выход схемы в этот момент будет

$$V_ {0} = V_ {г} + V_ {т}$$

Следовательно, сигнал зафиксирован, как показано на рисунке выше. Выходной сигнал изменяется в соответствии с изменениями на входе, но смещает уровень в соответствии с зарядом на конденсаторе, так как он добавляет входное напряжение.

Положительный зажим с положительным V _r

Положительные цепи, если фиксатор смещены с некоторым положительным опорным напряжением, что напряжение будет добавлены к выходу, чтобы поднять зажатый уровень. Используя это, цепь положительного фиксатора с положительным опорным напряжением строится, как показано ниже.

В течение положительного полупериода, опорное напряжение подается через диод на выходе и при увеличении входного напряжения, напряжение катод диода увеличение по отношению к напряжению анода и, следовательно, он прекращает проведение. Во время отрицательного полупериода диод смещается вперед и начинает проводить. Напряжение на конденсаторе и опорного напряжения вместе поддерживать уровень выходного напряжения.

Положительный зажим с отрицательным $V_ {r}$

Положительные цепи, если фиксатор смещены с некоторым отрицательным опорным напряжением, что напряжение будет добавлены к выходу, чтобы поднять зажатый уровень. Используя это, цепь положительного фиксатора с положительным опорным напряжением строится, как показано ниже.

В течение положительного полупериода, напряжение на конденсаторе и опорное напряжение вместе поддерживать уровень выходного напряжения. Во время отрицательного полупериода диод проводит, когда напряжение на катоде становится меньше, чем напряжение на аноде. Эти изменения создают выходное напряжение, как показано на рисунке выше.

Отрицательный Зажим

Схема отрицательного ограничителя состоит из диода, резистора и конденсатора и смещает выходной сигнал в отрицательную часть входного сигнала. На рисунке ниже объясняется конструкция отрицательной цепи зажима.

Во время положительного полупериода конденсатор заряжается до своего пикового значения $v_ {m}$. Диод смещен вперед и проводит. Во время отрицательного полупериода диод смещается в обратном направлении и размыкается. Выход схемы в этот момент будет

$$V_ {0} = V_ {г} + V_ {т}$$

Следовательно, сигнал имеет отрицательный зажим, как показано на рисунке выше. Выходной сигнал изменяется в соответствии с изменениями на входе, но смещает уровень в соответствии с зарядом на конденсаторе, так как он добавляет входное напряжение.

Отрицательный фиксатор с положительным V _р

Отрицательный контур, если фиксатор смещено с некоторым положительным опорным напряжением, что напряжение будет добавлено к выходу, чтобы поднять зажатый уровень. Используя это, цепь отрицательного фиксатора с положительным опорным напряжением строится, как показано ниже.

Несмотря на то, выходное напряжение отрицательно зажимается, часть выходного сигнала повышается до положительного уровня, так как приложенное опорное напряжение является положительным. В течение положительного полупериода, диод проводит, но на выходе равно положительное опорное напряжение, приложенное. Во время отрицательного полупериода диод действует как разомкнутая цепь, и напряжение на конденсаторе формирует выход.

Отрицательный Зажим с Отрицательным В _р

Отрицательная цепь зажима, если смещено с некоторым отрицательным опорным напряжением, это напряжение будет добавлено к выходу, чтобы поднять фиксированный уровень. Используя это, цепь отрицательного зажима с отрицательным опорным напряжением строится, как показано ниже.

Катод диода связан с отрицательным опорным напряжением, которое меньше нуля и анодного напряжения. Следовательно, диод начинает проводить в течение положительного полупериода, до нулевого уровня напряжения. Во время отрицательного полупериода напряжение на конденсаторе появляется на выходе. Таким образом, форма волны зажимается к отрицательной части.

Приложения

Существует множество приложений для клипсаторов и зажимов, таких как

ножницы

• Используется для генерации и формирования сигналов
• Используется для защиты цепей от пиков
• Используется для восстановления амплитуды
• Используется в качестве ограничителей напряжения
• Используется в телевизионных цепях
• Используется в FM-передатчиках

фиксаторы

• Используется как реставратор постоянного тока
• Используется для устранения искажений
• Используется в качестве умножителей напряжения
• Используется для защиты усилителей
• Используется в качестве испытательного оборудования
• Используется в качестве базового стабилизатора

Ограничитель и множитель напряжения

Наряду со схемами формирования волны, такими как ограничители и фиксаторы, диоды используются для построения других схем, таких как ограничители и умножители напряжения, которые мы обсудим в этой главе. У диодов также есть другое важное применение, известное как выпрямители, которые будут обсуждены позже.

Ограничители

Другое имя, с которым мы часто сталкиваемся при прохождении через эти машинки для стрижки и зажимы, — это схема ограничителя. Под схемой ограничителя можно понимать схему, которая ограничивает выходное напряжение от превышения предварительно определенного значения.

Это более или менее схема ограничения, которая не позволяет превышать указанное значение сигнала. На самом деле отсечение можно назвать крайней степенью ограничения. Следовательно, ограничение можно понимать как плавное ограничение.

На следующем рисунке показаны некоторые примеры схем ограничителей —

Работу схемы ограничителя можно понять из ее кривой передаточной характеристики. Пример для такой кривой следующий.

Нижний и верхний пределы указаны на графике, который указывает характеристики ограничителя. Выходное напряжение для такого графика можно понимать как

$$V_ {0} = L _ {-}, KV_ {i}, L _ {+}$$

куда

$$L _ {-} = V_ {i} \ leq \ frac {L _ {-}} {k}$$

$$KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k}$$

$$L _ {+} = V_ {i} \ geq \ frac {L _ {+}} {K}$$

Типы Ограничителей

Есть несколько типов ограничителей, таких как

• Униполярный ограничитель — эта схема ограничивает сигнал одним способом.

• Биполярный ограничитель — эта схема ограничивает сигнал двумя способами.

• Мягкий ограничитель — Выход может измениться в этой цепи даже для небольшого изменения входа.

• Жесткий лимитер — Выход не будет легко меняться при изменении входного сигнала.

• Единственный ограничитель — эта схема использует один диод для ограничения.

• Двойной ограничитель — эта схема использует два диода для ограничения.

Униполярный ограничитель — эта схема ограничивает сигнал одним способом.

Биполярный ограничитель — эта схема ограничивает сигнал двумя способами.

Мягкий ограничитель — Выход может измениться в этой цепи даже для небольшого изменения входа.

Жесткий лимитер — Выход не будет легко меняться при изменении входного сигнала.

Единственный ограничитель — эта схема использует один диод для ограничения.

Двойной ограничитель — эта схема использует два диода для ограничения.

Множители напряжения

Существуют приложения, в которых напряжение необходимо умножить в некоторых случаях. Это можно легко сделать с помощью простой схемы с использованием диодов и конденсаторов. Напряжение, если оно удвоено, такая схема называется удвоителем напряжения. Это может быть расширено для создания тройника напряжения или четверки напряжения и т. Д. Для получения высокого напряжения постоянного тока.

Чтобы лучше понять, давайте рассмотрим схему, которая умножает напряжение в 2 раза. Эту схему можно назвать удвоителем напряжения . На следующем рисунке показана схема удвоителя напряжения.

В качестве входного напряжения будет использоваться сигнал переменного тока в форме синусоиды, как показано на рисунке ниже.

За работой

Схему умножителя напряжения можно понять, анализируя каждый полупериод входного сигнала. Каждый цикл заставляет диоды и конденсаторы работать по-разному. Давайте попробуем понять это.

Во время первого положительного полупериода — при подаче входного сигнала конденсатор $C_ {1}$ заряжается, а диод $D_ {1}$ смещен в прямом направлении. Хотя диод $D_ {2}$ имеет обратное смещение, а конденсатор $C_ {2}$ не заряжается. Это делает вывод $V_ {0}$ равным $V_ {m}$

Это можно понять из следующего рисунка.

Следовательно, в течение от 0 до $\ pi$, выходное напряжение будет составлять $V_ {max}$. Конденсатор $C_ {1}$ заряжается через смещенный диод $D_ {1}$, чтобы дать выход, в то время как $C_ {2}$ не заряжается. Это напряжение появляется на выходе.

Во время отрицательного полупериода — после этого, когда наступает отрицательный полупериод, диод $D_ {1}$ смещается в обратном направлении, а диод $D_ {2}$ смещается в прямом направлении. Диод $D_ {2}$ получает заряд через конденсатор $C_ {2}$, который заряжается во время этого процесса. Затем ток течет через конденсатор $C_ {1}$, который разряжается. Это можно понять из следующего рисунка.

Следовательно, в течение $\ pi$ до $2 \ pi$ напряжение на конденсаторе $C_ {2}$ будет равно $V_ {max}$. В то время как конденсатор $C_ {1}$, который полностью заряжен, имеет тенденцию разряжаться. Теперь напряжения на обоих конденсаторах вместе появляются на выходе, который составляет $2V_ {max}$. Таким образом, выходное напряжение $V_ {0}$ в течение этого цикла составляет $2V_ {max}$.

В течение следующего положительного полупериода — конденсатор $C_ {1}$ заряжается от источника питания, а диод $D_ {1}$ смещается вперед. Конденсатор $C_ {2}$ удерживает заряд, так как не может найти способ разрядки, а диод $D_ {2}$ получает обратное смещение. Теперь, выходное напряжение $V_ {0}$ этого цикла получает напряжения от обоих конденсаторов, которые вместе появляются на выходе, что составляет $2V_ {max}$.

Во время следующего отрицательного полупериода — следующий отрицательный полупериод заставляет конденсатор $C_ {1}$ снова разряжаться от своего полного заряда, а диод $D_ {1}$ — для обратного смещения, в то время как $D_ {2}$ — вперед и конденсатор $C_ {2}$ для дальнейшей зарядки для поддержания напряжения. Теперь, выходное напряжение $V_ {0}$ этого цикла получает напряжения от обоих конденсаторов, которые вместе появляются на выходе, что составляет $2V_ {max}$.

Следовательно, выходное напряжение $V_ {0}$ поддерживается равным $2V_ {max}$ на протяжении всей его работы, что делает схему удвоителем напряжения.

Множители напряжения в основном используются там, где требуются высокие напряжения постоянного тока. Например, электронно-лучевые трубки и дисплей компьютера.

Делитель напряжения

В то время как диоды используются для умножения напряжения, набор последовательных резисторов может быть преобразован в небольшую сеть для деления напряжения. Такие сети называются сетями делителей напряжения .

Делитель напряжения — это цепь, которая превращает большее напряжение в меньшее. Это делается с помощью последовательно подключенных резисторов. Вывод будет частью ввода. Выходное напряжение зависит от сопротивления нагрузки, которую он управляет.

Давайте попробуем узнать, как работает схема делителя напряжения. На рисунке ниже приведен пример простой сети делителя напряжения.

Если мы попытаемся нарисовать выражение для выходного напряжения,

$$V_ {i} = i \ left (R_ {1} + R_ {2} \ right)$$

$$i = \ frac {V- {i}} {\ left (R_ {1} + R_ {2} \ right)}$$

V0=iR2 rightarrowi= fracV0R2 $$V_ {0} = i \: R_ {2} \ rightarrow \: i \: = \ frac {V_ {0}} {R_ {2}}$$

Сравнивая оба,

$$\ frac {V_ {0}} {R_ {2}} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)}$$

$$V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2}$$

Это выражение для получения значения выходного напряжения. Следовательно, выходное напряжение делится в зависимости от значений сопротивления резисторов в сети. Добавлены дополнительные резисторы, чтобы иметь разные доли разных выходных напряжений.

Давайте рассмотрим примерную проблему, чтобы понять больше о делителях напряжения.

пример

Рассчитать выходное напряжение сети с входным напряжением 10 В с двумя последовательными резисторами 2 кОм и 5 кОм.

Выходное напряжение $V_ {0}$ определяется как

$$V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2}$$

$$= \ frac {10} {\ left (2 + 5 \ right) k \ Omega} 5k \ Omega$$

$$= \ frac {10} {7} \ times 5 = \ frac {50} {7}$$

$$= 7.142v$$

Выходное напряжение $V_0$ для вышеуказанной проблемы составляет 7,14 В

Электронные схемы — диод как переключатель

Диод представляет собой двухполюсный PN-переход, который может использоваться в различных приложениях. Одним из таких приложений является электрический выключатель. PN-переход, когда прямое смещение действует как замкнутая цепь, а когда обратное смещение действует как разомкнутая цепь. Следовательно, изменение прямого и обратного смещенных состояний приводит к тому, что диод работает в качестве переключателя, когда прямое направление включено, а обратное состояние выключено .

Электрические выключатели над механическими выключателями

Электрические выключатели являются предпочтительным выбором по сравнению с механическими выключателями по следующим причинам:

• Механические переключатели подвержены окислению металлов, а электрические — нет.
• Механические выключатели имеют подвижные контакты.
• Они более подвержены нагрузкам и нагрузкам, чем электрические выключатели.
• Изношенные механические выключатели часто влияют на их работу.

Следовательно, электрический переключатель более полезен, чем механический переключатель.

Работа диода в качестве переключателя

При превышении указанного напряжения сопротивление диода увеличивается, что приводит к смещению диода в обратном направлении, и он действует как размыкающий переключатель. Всякий раз, когда напряжение, приложенное ниже опорного напряжения, сопротивление диода получает уменьшается, что делает диод смещен в прямом направлении, и он действует как замкнутый переключатель.

Следующая схема объясняет, как диод работает как переключатель.

Переключающий диод имеет PN-переход, в котором P-область слегка легирована, а N-область сильно легирована. Вышеприведенная схема символизирует, что диод включается, когда прямое положительное напряжение смещает диод, и выключается, когда отрицательное обратное напряжение смещает диод.

звонкий

Поскольку прямой ток течет до этого момента, при внезапном обратном напряжении обратный ток протекает в течение некоторого времени, а не немедленно отключается. Чем выше ток утечки, тем больше потери. Поток обратного тока при внезапном обратном смещении диода иногда может создавать несколько колебаний, называемых RINGING .

Это условие вызова является потерей и, следовательно, должно быть сведено к минимуму. Для этого следует понимать время переключения диода.

Время переключения диода

При изменении условий смещения диод испытывает переходные характеристики . Реакция системы на любое внезапное изменение из положения равновесия называется переходной реакцией.

Внезапное изменение от прямого к обратному и от обратного к прямому смещению влияет на цепь. Время, необходимое для реагирования на такие внезапные изменения, является важным критерием для определения эффективности электрического выключателя.

• Время, необходимое для восстановления устойчивого состояния диода, называется временем восстановления .

• Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния обратного смещения в состояние прямого смещения, называется временем прямого восстановления ($t_ {fr}$).

• Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния прямого смещения в состояние с обратным смещением, называется временем обратного восстановления. ($T_ {фр}$)

Время, необходимое для восстановления устойчивого состояния диода, называется временем восстановления .

Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния обратного смещения в состояние прямого смещения, называется временем прямого восстановления ($t_ {fr}$).

Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния прямого смещения в состояние с обратным смещением, называется временем обратного восстановления. ($T_ {фр}$)

Чтобы понять это более четко, давайте попробуем проанализировать, что происходит, когда напряжение подается на переключающий диод PN.

Концентрация несущей

Концентрация миноритарных носителей заряда экспоненциально уменьшается, если смотреть в сторону от соединения. Когда напряжение приложено из-за прямого смещения, большинство несущих одной стороны движутся в направлении другой. Они становятся миноритариями другой стороны. Эта концентрация будет больше на стыке.

Например, если рассматривается N-тип, избыток дырок, которые входят в N-тип после применения прямого смещения, добавляет к уже существующим неосновным носителям материала N-типа.

Давайте рассмотрим несколько обозначений.

• Основные носители в P-типе (дырки) = $P_ {po}$
• Основные носители в N-типе (электроны) = $N_ {no}$
• Миноритарные носители в P-типе (электроны) = $N_ {po}$
• Основные носители в N-типе (дырки) = $P_ {no}$

Во время прямого смещения — несущие меньшего размера находятся ближе к перекрестку и менее далеко от перекрестка. График ниже объясняет это.

Избыточный заряд миноритарного оператора в P-типе = $P_n-P_ {no}$ с $p_ {no}$ (значение устойчивого состояния)

Избыточный заряд миноритарного оператора в N-типе = $N_p-N_ {po}$ с $N_ {po}$ (установившееся значение)

Во время условия обратного смещения — Большинство несущих не проводит ток через соединение и, следовательно, не участвует в текущем состоянии. Переключающий диод ведет себя как короткое замыкание, например, в обратном направлении.

Миноритарные несущие будут пересекать перекресток и проводить ток, который называется обратным током насыщения . Следующий график представляет условие во время обратного смещения.

На приведенном выше рисунке пунктирная линия представляет равновесные значения, а сплошные линии представляют фактические значения. Поскольку ток из-за неосновных носителей заряда достаточно велик для проведения, цепь будет включена, пока этот избыточный заряд не будет удален.

Время, необходимое для перехода диода из прямого смещения в обратное смещение, называется временем обратного восстановления ($t_ {rr}$) . Следующие графики подробно объясняют времена переключения диодов.

Из приведенного выше рисунка рассмотрим график тока диода.

При $t_ {1}$ диод внезапно переводится в состояние ВЫКЛ из состояния ВКЛ; это известно как Время хранения. Время хранения — это время, необходимое для снятия избыточного заряда меньшинства. Отрицательный ток, протекающий от материала типа N к P, имеет значительное количество в течение времени хранения. Этот отрицательный ток

$$- I_R = \ frac {-V_ {R}} {R}$$

Следующий период времени — это время перехода »(от $t_2$ до $t_3$)

Время перехода — это время, необходимое для полного перехода диода в состояние разомкнутой цепи. После того, как $t_3$ диод будет в устойчивом состоянии обратного смещения. До того, как диод $t_1$ находится в установившемся режиме прямого смещения.

Таким образом, время, необходимое для полного разомкнутого контура

Reverserecoverytime left(trr right)=памятьtime left(Ts right)+переходвремя left(Tt right) $$Reverse \: \: recovery \: \: time \ left (t_ {rr} \ right) = память \: \: time \ left (T_ {s} \ right) + переход \: \: время \ left ( T_ {t} \ right)$$

Принимая во внимание, что для перехода в состояние ВКЛ из ВЫКЛ, требуется меньше времени, называемого временем прямого восстановления . Время обратного восстановления больше, чем время прямого восстановления. Диод работает как лучший переключатель, если обратное время восстановления меньше.

Определения

Давайте просто пройдемся по определениям обсуждаемых периодов времени.

• Время хранения. Период времени, в течение которого диод остается в состоянии проводимости даже в состоянии с обратным смещением, называется временем хранения .

• Время перехода . Время, прошедшее с момента возврата обратно в состояние непроводимости, то есть обратное смещение в установившемся режиме, называется временем перехода .

• Время обратного восстановления — Время, необходимое для перехода диода с прямого смещения на обратное смещение, называется временем обратного восстановления .

• Время прямого восстановления — Время, необходимое для перехода диода из обратного смещения в прямое смещение, называется временем прямого восстановления .

Время хранения. Период времени, в течение которого диод остается в состоянии проводимости даже в состоянии с обратным смещением, называется временем хранения .

Время перехода . Время, прошедшее с момента возврата обратно в состояние непроводимости, то есть обратное смещение в установившемся режиме, называется временем перехода .

Время обратного восстановления — Время, необходимое для перехода диода с прямого смещения на обратное смещение, называется временем обратного восстановления .

Время прямого восстановления — Время, необходимое для перехода диода из обратного смещения в прямое смещение, называется временем прямого восстановления .

Факторы, влияющие на время переключения диодов

Есть несколько факторов, которые влияют на время переключения диодов, таких как

• Диодная емкость — емкость PN перехода изменяется в зависимости от условий смещения.

• Diode Resistance — сопротивление, предлагаемое диодом для изменения его состояния.

• Концентрация легирования — Уровень легирования диода влияет на время переключения диода.

• Ширина истощения — чем уже ширина слоя истощения, тем быстрее будет переключение. Стабилитрон имеет более узкую область истощения, чем лавинный, что делает его лучшим переключателем.

Диодная емкость — емкость PN перехода изменяется в зависимости от условий смещения.

Diode Resistance — сопротивление, предлагаемое диодом для изменения его состояния.

Концентрация легирования — Уровень легирования диода влияет на время переключения диода.

Ширина истощения — чем уже ширина слоя истощения, тем быстрее будет переключение. Стабилитрон имеет более узкую область истощения, чем лавинный, что делает его лучшим переключателем.

Приложения

Существует много применений, в которых используются схемы переключения диодов, например:

• Быстродействующие выпрямительные цепи
• Высокоскоростные коммутационные цепи
• РЧ приемники
• Приложения общего назначения
• Потребительские приложения
• Автомобильные приложения
• Телекоммуникационные приложения и т. Д.

Электронные схемы — Источники питания

Эта глава дает новый старт относительно другого раздела диодных цепей. Это дает представление о цепях электропитания, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни. Любое электронное устройство состоит из блока питания, который обеспечивает необходимое количество источника переменного или постоянного тока для различных секций этого электронного устройства.

Потребность в источниках питания

В электронных устройствах присутствует множество небольших секций, таких как компьютер, телевизор, катодно-лучевой осциллограф и т. Д., Но для всех этих секций не требуется питание 230 В переменного тока, которое мы получаем.

Вместо этого одной или нескольким секциям может потребоваться 12 В постоянного тока, в то время как некоторым другим может потребоваться 30 В постоянного тока. Чтобы обеспечить необходимое напряжение постоянного тока, входящий источник питания 230 В переменного тока должен быть преобразован в чистый постоянный ток для использования. Блоки питания служат для той же цели.

Практичный блок питания выглядит следующим образом.

Давайте теперь рассмотрим различные части, которые составляют блок питания.

Части источника питания

Типичный блок питания состоит из следующего.

• Трансформатор — входной трансформатор для отключения источника питания 230 В переменного тока.

• Выпрямитель — схема выпрямителя для преобразования компонентов переменного тока, присутствующих в сигнале, в компоненты постоянного тока.

• Сглаживание — схема фильтрации для сглаживания изменений, присутствующих в выпрямленном выходе.

• Регулятор — цепь регулятора напряжения для управления напряжением до желаемого уровня на выходе.

• Нагрузка — нагрузка, которая использует чистый вывод постоянного тока от регулируемого выхода.

Трансформатор — входной трансформатор для отключения источника питания 230 В переменного тока.

Выпрямитель — схема выпрямителя для преобразования компонентов переменного тока, присутствующих в сигнале, в компоненты постоянного тока.

Сглаживание — схема фильтрации для сглаживания изменений, присутствующих в выпрямленном выходе.

Регулятор — цепь регулятора напряжения для управления напряжением до желаемого уровня на выходе.

Нагрузка — нагрузка, которая использует чистый вывод постоянного тока от регулируемого выхода.

Блок-схема блока питания

Блок-схема регулируемого блока питания приведена ниже.

Из приведенной выше схемы видно, что трансформатор присутствует на начальной стадии. Хотя мы уже рассмотрели концепцию, касающуюся трансформаторов, в руководстве по базовой электронике, давайте взглянем на нее.

Трансформатор

Трансформатор имеет первичную катушку, на которую подается вход, и вторичную катушку, с которой выводится выход . Обе эти катушки намотаны на материал сердечника. Обычно изолятор образует сердечник трансформатора.

На следующем рисунке показан практичный трансформатор.

Из приведенного выше рисунка видно, что несколько обозначений являются общими. Они заключаются в следующем —

• $N_ {p}$ = число витков в первичной обмотке

• $N_ {s}$ = Количество витков во вторичной обмотке

• $I_ {p}$ = ток, протекающий в первичной обмотке трансформатора

• $I_ {s}$ = ток, протекающий во вторичной обмотке трансформатора

• $V_ {p}$ = Напряжение на первичной обмотке трансформатора

• $V_ {s}$ = Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

• $\ phi$ = Магнитный поток присутствует вокруг сердечника трансформатора

$N_ {p}$ = число витков в первичной обмотке

$N_ {s}$ = Количество витков во вторичной обмотке

$I_ {p}$ = ток, протекающий в первичной обмотке трансформатора

$I_ {s}$ = ток, протекающий во вторичной обмотке трансформатора

$V_ {p}$ = Напряжение на первичной обмотке трансформатора

$V_ {s}$ = Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

$\ phi$ = Магнитный поток присутствует вокруг сердечника трансформатора

Трансформатор в цепи

На следующем рисунке показано, как трансформатор представлен в цепи. Первичная обмотка, вторичная обмотка и сердечник трансформатора также представлены на следующем рисунке.

Следовательно, когда трансформатор подключен к цепи, входная мощность подается на первичную катушку, так что он генерирует переменный магнитный поток с этим источником питания, и этот поток индуцируется во вторичной катушке трансформатора, что создает переменную ЭДС переменный поток. Поскольку поток должен изменяться, для передачи ЭДС от первичной к вторичной обмотке трансформатор всегда работает от переменного тока переменного тока.

В зависимости от количества витков во вторичной обмотке трансформатор может быть классифицирован как повышающий или понижающий .

Повышающий трансформатор

Когда вторичная обмотка имеет большее число витков, чем первичная обмотка, то считается, что трансформатор является повышающим трансформатором. Здесь наведенная ЭДС больше, чем входной сигнал.

На рисунке ниже показан символ повышающего трансформатора.

Понижающий трансформатор

Когда вторичная обмотка имеет меньшее число витков, чем первичная обмотка, то считается, что трансформатор является понижающим трансформатором. Здесь наведенная ЭДС меньше, чем входной сигнал.

На рисунке ниже показан символ понижающего трансформатора.

В наших цепях электропитания мы используем понижающий трансформатор , поскольку нам нужно уменьшить мощность переменного тока до постоянного тока. Выход этого понижающего трансформатора будет меньше по мощности, и он будет указан как вход в следующий раздел, называемый выпрямителем . Мы поговорим о выпрямителях в следующей главе.

Электронные схемы — выпрямители

Всякий раз, когда возникает необходимость преобразовать переменный ток в постоянный, на помощь приходит схема выпрямителя. Простой PN диод перехода действует как выпрямитель. Прямое смещение и условия обратного смещения диода производит выпрямление.

выпрямление

Переменный ток обладает свойством непрерывно изменять свое состояние. Это можно понять, наблюдая синусоидальную волну, на которую указывает переменный ток. Он поднимается в положительном направлении, достигает пикового положительного значения, уменьшается оттуда до нормы и снова переходит в отрицательную часть, достигает отрицательного пика, снова возвращается к норме и продолжается.

Во время своего пути в формировании волны мы можем наблюдать, что волна идет в положительном и отрицательном направлениях. На самом деле он полностью меняется и отсюда и название переменного тока.

Но в процессе выпрямления этот переменный ток превращается в постоянный ток постоянного тока. Волна, которая течет как в положительном, так и в отрицательном направлении до тех пор, будет преобразована в постоянное направление только в положительном направлении. Следовательно, ток может течь только в положительном направлении и сопротивляться в отрицательном направлении, как показано на рисунке ниже.

Схема, которая выполняет выпрямление, называется схемой выпрямителя . Диод используется в качестве выпрямителя для построения схемы выпрямителя.

Типы выпрямительных цепей

Существует два основных типа выпрямительных цепей, в зависимости от их выхода. Они есть

• Полуволновой выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель

Полуволновая выпрямительная схема выпрямляет только положительные полупериоды входного питания, тогда как полноволновая выпрямительная схема выпрямляет как положительные, так и отрицательные полупериоды входного питания.

Полуволновой выпрямитель

Само название полуволнового выпрямителя гласит, что выпрямление выполняется только для половины цикла. Сигнал переменного тока подается через входной трансформатор, который повышается или понижается в зависимости от использования. Преимущественно понижающий трансформатор используется в цепях выпрямителя, чтобы уменьшить входное напряжение.

Входной сигнал, подаваемый на трансформатор, пропускается через PN-диод, который действует как выпрямитель. Этот диод преобразует переменное напряжение в пульсирующий постоянный ток только для положительных полупериодов входа. Нагрузочный резистор подключен в конце цепи. На рисунке ниже показана схема полуволнового выпрямителя.

Рабочая HWR

TВходной сигнал подается на трансформатор, который снижает уровни напряжения. Выход с трансформатора подается на диод, который действует как выпрямитель. Этот диод включается (проводит) для положительных полупериодов входного сигнала. Следовательно, в цепи течет ток, и на резисторе нагрузки будет падение напряжения. Диод выключается (не проводит) для отрицательных полупериодов, и, следовательно, выход для отрицательных полупериодов будет, $i_ {D} = 0$ и $V_ {o} = 0$.

Следовательно, выход присутствует только для положительных полупериодов входного напряжения (без учета обратного тока утечки). Этот выход будет пульсирующим, который проходит через нагрузочный резистор.

Форма волны HWR

Форма входного и выходного сигналов показана на следующем рисунке.

Следовательно, выход полуволнового выпрямителя является пульсирующим постоянным током. Попробуем проанализировать приведенную выше схему, понимая несколько значений, которые получены на выходе полуволнового выпрямителя.

Анализ полуволнового выпрямителя

Чтобы проанализировать схему полуволнового выпрямителя, рассмотрим уравнение входного напряжения.

$$v_ {i} = V_ {m} \ sin \ omega t$$

$V_ {m}$ — максимальное значение напряжения питания.

Предположим, что диод идеален.

• Сопротивление в прямом направлении, то есть во включенном состоянии, составляет $R_f$.
• Сопротивление в обратном направлении, то есть в выключенном состоянии, составляет $R_r$.

Ток i в диоде или нагрузочном резисторе $R_L$ определяется как

$i = I_m \ sin \ omega t \ quad для \ quad 0 \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi$

$i = 0 \ quad \ quad \ quad \ quad для \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi$

куда

$$I_m = \ frac {V_m} {R_f + R_L}$$

DC выходной ток

Средний ток $I_ {dc}$ определяется как

Idc= frac12 pi int2 pi0id left( omegat right) $$I_ {dc} = \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i \: d \ left (\ omega t \ right)$$

= frac12 pi left[ int pi0Im sin omegatd left( omegat right)+ int2 pi00d left( omegat right) right] $$= \ frac {1} {2 \ pi} \ left [\ int_ {0} ^ {\ pi} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) + \ int_ {0} ^ {2 \ pi} 0 \: d \ left (\ omega t \ right) \ right]$$

$$= \ frac {1} {2 \ pi} \ left [I_m \ left \ {- \ cos \ omega t \ right \} _ {0} ^ {\ pi} \ right]$$

$$= \ frac {1} {2 \ pi} \ left [I_m \ left \ {+ 1- \ left (-1 \ right) \ right \} \ right] = \ frac {I_m} {\ pi} = 0,318 I_m$$

Подставляя значение $I_m$, получаем

$$I_ {dc} = \ frac {V_m} {\ pi \ left (R_f + R_L \ right)}$$

Если $R_L >> R_f$, то

$$I_ {dc} = \ frac {V_m} {\ pi R_L} = 0.318 \ frac {V_m} {R_L}$$

Выходное напряжение постоянного тока

Выходное напряжение постоянного тока определяется как

$$V_ {dc} = I_ {dc} \ times R_L = \ frac {I_m} {\ pi} \ times R_L$$

$$= \ frac {V_m \ times R_L} {\ pi \ left (R_f + R_L \ right)} = \ frac {V_m} {\ pi \ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}}$$

Если $R_L >> R_f$, то

$$V_ {dc} = \ frac {V_m} {\ pi} = 0.318 V_m$$

Действующее значение тока и напряжения

Значение среднеквадратичного тока определяется как

$$I_ {rms} = \ left [\ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i ^ {2} d \ left (\ omega t \ right) \ right] ^ {\ гидроразрыва {1} {2}}$$

Irms= left[ frac12 pi int2 pi0I2m sin2 omegatd left( omegat right)+ frac12 pi int2 pi pi0d left( omegat right) right] гидроразрыва12 $$I_ {rms} = \ left [\ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} I_ {m} ^ {2} \ sin ^ {2} \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) + \ frac {1} {2 \ pi} \ int _ {\ pi} ^ {2 \ pi} 0 \: d \ left (\ omega t \ right) \ right] ^ {\ гидроразрыва {1} {2}}$$

$$= \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} \ left (\ frac {1- \ cos 2 \ omega t} {2 } \ right) d \ left (\ omega t \ right) \ right] ^ {\ frac {1} {2}}$$

$$= \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {4 \ pi} \ left \ {\ left (\ omega t \ right) - \ frac {\ sin 2 \ omega t} {2} \ right \} _ {0} ^ {\ pi} \ right] ^ {\ frac {1} {2}}$$

$$= \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {4 \ pi} \ left \ {\ pi - 0 - \ frac {\ sin 2 \ pi} {2} + \ sin 0 \ right \} \ right] ^ {\ frac {1} {2}}$$

$$= \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {4 \ pi} \ right] ^ {\ frac {1} {2}} = \ frac {I_m} {2}$$

$$= \ frac {V_m} {2 \ left (R_f + R_L \ right)}$$

Среднеквадратичное напряжение на нагрузке

$$V_ {rms} = I_ {rms} \ times R_L = \ frac {V_m \ times R_L} {2 \ left (R_f + R_L \ right)}$$

$$= \ frac {V_m} {2 \ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}}$$

Если $R_L >> R_f$, то

$$V_ {эфф} = \ {гидроразрыва V_m} {2}$$

Эффективность выпрямителя

Любая схема должна быть эффективной в работе для лучшей производительности. Для расчета КПД полуволнового выпрямителя необходимо учитывать отношение выходной мощности к входной мощности.

Эффективность выпрямителя определяется как

 eta= fracdcpowerдоставленоtoнагрузкаacinputpowerfromпреобразователь :среднее= гидроразрываР−асР−постоянноготока $$\ eta = \ frac {dcpower \: \: доставлено \: \: to \: \: \: \: нагрузка} {acinput \: \: power \: \: from \: \: преобразователь \: \ : среднее} = \ гидроразрыва {Р- {ас}} {{Р- постоянного тока}}$$

Сейчас

$$P_ {dc} = \ left ({I_ {dc}} \ right) ^ 2 \ times R_L = \ frac {I_m R_L} {\ pi ^ 2}$$

В дальнейшем

Р−ас=PA+Pr $$Р- {} ас = P_A + P_r$$

куда

Pa=мощностьрассеянноевсоединениесоединениеofдиод$P_a = мощность \: рассеянное \: в \: соединение \: соединение \: of \: диод$

$$= I_ {rms} ^ {2} \ times R_f = \ frac {I_ {m} ^ {2}} {4} \ times R_f$$

А также

Pr=мощностьрассеиваетсявнагрузкасопротивление $$P_r = мощность \: рассеивается \: в \: \: нагрузка \: сопротивление$$

$$= I_ {rms} ^ {2} \ times R_L = \ frac {I_ {m} ^ {2}} {4} \ times R_L$$

$$P_ {ac} = \ frac {I_ {m} ^ {2}} {4} \ times R_f + \ frac {I_ {m} ^ {2}} {4} \ times R_L = \ frac {I_ {m } ^ {2}} {4} \ left (R_f + R_L \ right)$$

Из обоих выражений $P_ {ac}$ и $P_ {dc}$ мы можем написать

$$\ eta = \ frac {I_ {m} ^ {2} R_L / \ pi ^ 2} {I_ {m} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) / 4} = \ frac {4} {\ pi ^ 2} \ frac {R_L} {\ left (R_f + R_L \ right)}$$

$$= \ frac {4} {\ pi ^ 2} \ frac {1} {\ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}} = \ frac {0.406} {\ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}}$$

Процент эффективности выпрямителя

 eta= frac40.6 lbrace1+ lgroupRf/RL rgroup rbrace $$\ eta = \ frac {40.6} {\ lbrace1 + \ lgroup \: R_ {f} / R_ {L} \ rgroup \ rbrace}$$

Теоретически, максимальное значение эффективности выпрямителя полуволнового выпрямителя составляет 40,6%, когда $R_ {f} / R_ {L} = 0$

Кроме того, эффективность может быть рассчитана следующим образом

$$\ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} = \ frac {\ left (I_ {dc} \ right) ^ 2R_L} {\ left (I_ {rms} \ right) ^ 2R_L} = \ frac {\ left (V_ {dc} / R_L \ right) ^ 2R_L} {\ left (V_ {rms} / R_L \ right) ^ 2R_L} = \ frac {\ left (V_ {dc} \ right) ^ 2} {\ left (V_ {rms} \ right) ^ 2}$$

$$= \ frac {\ left (V_m / \ pi \ right) ^ 2} {\ left (V_m / 2 \ right) ^ 2} = \ frac {4} {\ pi ^ 2} = 0.406$$

$$= 40,6 \%$$

Пульсационный фактор

Выпрямленный выход содержит некоторое количество компонента переменного тока, присутствующего в нем, в виде ряби. Это можно понять, наблюдая форму выходного сигнала полуволнового выпрямителя. Чтобы получить чистый постоянный ток, нам нужно иметь представление об этом компоненте.

Коэффициент пульсации дает волнистость выпрямленного выхода. Обозначается у . Это может быть определено как отношение действующего значения переменного компонента напряжения или тока к прямому значению или среднему значению.

 gamma= fracпульсациянапряжениеdcVoltage= fracrmsзначениеofвспомогательныйdcvalueofwave= frac left(Vr right)rmsvdc $$\ gamma = \ frac {пульсация \: напряжение} {dc \: Voltage} = \ frac {rms \: значение \: of \: вспомогательный} {dcvalue \: of \: wave} = \ frac {\ left ( V_r \ right) _ {rms}} {v_ {dc}}$$

Вот,

$$\ left (V_r \ right) _ {rms} = \ sqrt {V_ {rms} ^ {2} -V_ {dc} ^ {2}}$$

Следовательно,

$$\ gamma = \ frac {\ sqrt {V_ {rms} ^ {2} -V_ {dc} ^ {2}}} {V_ {dc}} = \ sqrt {\ left (\ frac {V_ {rms} } {V_ {dc}} \ right) ^ 2-1}$$

Сейчас,

Vrms= left[ frac12 pi int2 pi0V2m sin2 omegatd влево( omegat right) right] frac12 $$V_ {rms} = \ left [\ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} V_ {m} ^ {2} \ sin ^ 2 \ omega t \: d \ влево (\ omega t \ right) \ right] ^ {\ frac {1} {2}}$$

=Vm left[ frac14 pi int pi0 left(1− cos2 omegat right)d left( omegat справа) right] frac12= fracVm2 $$= V_m \ left [\ frac {1} {4 \ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} \ left (1- \ cos2 \: \ omega t \ right) d \ left (\ omega t \ справа) \ right] ^ {\ frac {1} {2}} = \ frac {V_m} {2}$$

Vdc=Vav= frac12 pi left[ int pi0Vm sin omegatd left( omegat right)+ int2 pi00.d left( omegat right) right] $$V_ {dc} = V_ {av} = \ frac {1} {2 \ pi} \ left [\ int_ {0} ^ {\ pi} V_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) + \ int_ {0} ^ {2 \ pi} 0.d \ left (\ omega t \ right) \ right]$$

$$= \ frac {V_m} {2 \ pi} \ left [- \ cos \ omega t \ right] _ {0} ^ {\ pi} = \ frac {V_m} {\ pi}$$

$$\ gamma = \ sqrt {\ left [\ left \ {\ frac {\ left (V_m / 2 \ right)} {\ left (V_m / \ pi \ right)} \ right \} ^ 2-1 \ right ]} = \ sqrt {\ left \ {\ left (\ frac {\ pi} {2} \ right) ^ 2-1 \ right \}} = 1.21$$

Коэффициент пульсации также определяется как

$$\ gamma = \ frac {\ left (I_r \ right) _ {rms}} {I_ {dc}}$$

Поскольку значение коэффициента пульсации, присутствующего в полуволновом выпрямителе, составляет 1,21, это означает, что количество переменного тока, присутствующего в выходном сигнале, составляет $121 \%$ от напряжения постоянного тока.

регулирование

Ток через нагрузку может варьироваться в зависимости от сопротивления нагрузки. Но даже в таких условиях мы ожидаем, что наше выходное напряжение, которое принимается через этот нагрузочный резистор, будет постоянным. Таким образом, наше напряжение необходимо регулировать даже при различных условиях нагрузки.

Изменение выходного напряжения постоянного тока при изменении тока нагрузки постоянного тока определяется в качестве Правил . Процентное регулирование рассчитывается следующим образом.

Percentagereglation= fracVnoload−VfullloadVfullload times100% $$Percentage \: reglation = \ frac {V_ {no \: load} -V_ {full \: load}} {V_ {full \: load}} \ times 100 \%$$

Чем ниже процентное регулирование, тем лучше будет блок питания. Идеальный источник питания будет иметь нулевой процент регулирования.

Коэффициент использования трансформатора

Мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку, в цепи выпрямителя определяет номинальную мощность трансформатора, используемого в цепи.

Таким образом, коэффициент использования трансформатора определяется как

ТЮФ= гидроразрываdcpowerкбытьдоставленкнанагрузкиacrating из:полетрансформаторвторичный $$ТЮФ = \ гидроразрыва {dcpower \: к \: быть \: доставлен \: к \: \: на нагрузки} {acrating \: \ из: поле \: трансформатор \: вторичный}$$

$$= \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac \ left (rating \ right)}}$$

Согласно теории трансформатора, номинальное напряжение вторичной обмотки будет

$$V_m / \ SQRT {2}$$

Фактическое действующее среднеквадратичное напряжение, протекающее через него, будет

$$i_m / 2$$

Следовательно

$$ TUF = \ frac {\ left (I_m / \ pi \ right) ^ 2 \ times R_L} {\ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) \ times \ left (I_m / 2 \ right)} $ $

Но

$$V_m = I_m \ left (R_f + R_L \ right)$$

Следовательно

$$TUF = \ frac {\ left (I_m / \ pi \ right) ^ 2 \ times R_L} {\ left \ {I_m \ left (R_f + R_L \ right) / \ sqrt {2} \ right \} \ times \ left (I_m / 2 \ right)}$$

$$= \ frac {2 \ sqrt {2}} {\ pi ^ 2} \ times \ frac {R_L} {\ left (R_f + R_L \ right)}$$

$$= \ frac {2 \ sqrt {2}} {\ pi ^ 2} = 0.287$$

Пиковое обратное напряжение

Диод, если он подключен в обратном смещении, должен работать при контролируемом уровне напряжения. Если это безопасное напряжение превышено, диод будет поврежден. Следовательно, очень важно знать об этом максимальном напряжении.

Максимальное обратное напряжение, которое диод может выдержать без разрушения, называется пиковым обратным напряжением. Короче, PIV .

Здесь PIV не что иное, как Vm

Фактор формы

Это можно понимать как математическое среднее абсолютных значений всех точек на осциллограмме. Коэффициент формы определяется как отношение среднеквадратичного значения к среднему значению. Обозначается через F.

F= гидроразрываэффзначениесредняязначение= гидроразрываim/2im/ р= гидроразрыва0.5Im0.318Im=1,57 $$F = \ гидроразрыва {эфф \: значение} {средняя \: значение} = \ {гидроразрыва i_m / 2} {i_m / \ р} = \ гидроразрыва {0.5I_m} {0.318I_m} = 1,57$$

Пиковый фактор

Значение пика в пульсации необходимо учитывать, чтобы знать, насколько эффективно выпрямление. Значение пикового фактора также является важным фактором. Пиковый коэффициент определяется как отношение пикового значения к среднеквадратичному значению.

Следовательно

PeakFactor= fracPeakvaluermsvalue= fracVmVm/2=2 $$Peak Factor = \ frac {Peak \: value} {rms \: value} = \ frac {V_m} {V_m / 2} = 2$$

Все это важные параметры, которые необходимо учитывать при изучении выпрямителя.

Электронные схемы — двухполупериодные выпрямители

Цепь выпрямителя, которая выпрямляет как положительные, так и отрицательные полупериоды, может называться двухполупериодным выпрямителем, поскольку выпрямляет полный цикл. Конструкция двухполупериодного выпрямителя может быть двух типов. Они есть

• Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
• Мостовой двухполупериодный выпрямитель

Оба из них имеют свои преимущества и недостатки. Давайте теперь рассмотрим как их построение, так и работу с их формами волны, чтобы узнать, какая из них лучше и почему.

Полноволновой выпрямитель с центральным отводом

Цепь выпрямителя, чья вторичная обмотка трансформатора подключена для получения требуемого выходного напряжения, с использованием двух диодов для альтернативного выпрямления полного цикла, называется двухполупериодной цепью выпрямителя с центральным отводом . В отличие от других случаев трансформатор здесь отводится по центру.

Особенности центрирующего трансформатора —

• Постукивание осуществляется путем вытягивания провода в средней точке вторичной обмотки. При этом эта обмотка делится на две равные половины.

• Напряжение в повернутой средней точке равно нулю. Это формирует нейтральную точку.

• Отвод по центру обеспечивает два отдельных выходных напряжения, которые равны по величине, но противоположны по полярности друг другу.

• Для получения различных уровней напряжений можно вытянуть несколько обмоток.

Постукивание осуществляется путем вытягивания провода в средней точке вторичной обмотки. При этом эта обмотка делится на две равные половины.

Напряжение в повернутой средней точке равно нулю. Это формирует нейтральную точку.

Отвод по центру обеспечивает два отдельных выходных напряжения, которые равны по величине, но противоположны по полярности друг другу.

Для получения различных уровней напряжений можно вытянуть несколько обмоток.

Трансформатор с центральным отводом и двумя выпрямительными диодами используется в конструкции двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом . Принципиальная электрическая схема двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом показана ниже.

Работа CT-FWR

Работу двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом можно понять по приведенному выше рисунку. Когда прикладывается положительный полупериод входного напряжения, точка М на вторичной обмотке трансформатора становится положительной по отношению к точке N. Это делает диод $D_1$ смещенным в прямом направлении. Следовательно, ток $i_1$ протекает через нагрузочный резистор от A до B. Теперь у нас есть положительные полупериоды на выходе

Когда прикладывается отрицательный полупериод входного напряжения, точка М на вторичной обмотке трансформатора становится отрицательной по отношению к точке N. Это делает диод $D_2$ смещенным в прямом направлении. Следовательно, ток $i_2$ протекает через нагрузочный резистор от А до В. Теперь у нас есть положительные полупериоды на выходе, даже во время отрицательных полупериодов на входе.

Формы волны CT FWR

Форма входных и выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом выглядит следующим образом.

Из приведенного выше рисунка видно, что выходные данные получены как для положительных, так и для отрицательных полупериодов. Также наблюдается, что выходной сигнал через нагрузочный резистор имеет одинаковое направление для обоих полупериодов.

Пиковое обратное напряжение

Поскольку максимальное напряжение на половине вторичной обмотки составляет $V_m$, все вторичное напряжение появляется на непроводящем диоде. Следовательно, пиковое обратное напряжение в два раза превышает максимальное напряжение на полу-вторичной обмотке, т.е.

$$PIV = 2V_m$$

Недостатки

Есть несколько недостатков для выпрямителя с центральным ответвлением, таких как —

• Расположение центра постукивания сложно
• Выходное напряжение постоянного тока мало
• PIV диодов должен быть высоким

Следующим типом двухполупериодной выпрямительной цепи является мостовая двухполупериодная выпрямительная схема .

Мостовой двухполупериодный выпрямитель

Это такая двухполупериодная схема выпрямителя, в которой используются четыре диода, соединенных в виде моста, чтобы не только создавать выходной сигнал в течение полного цикла ввода, но и устранять недостатки двухполупериодной выпрямительной схемы с центральным отводом.

В этой цепи нет необходимости в центральном постукивании трансформатора. Четыре диода, называемые $D_1$, $D_2$, $D_3$ и $D_4$, используются при построении сети мостового типа, так что два из диодов проводят один полупериод, а два — другой полупериод входного питания. Схема мостового двухполупериодного выпрямителя показана на следующем рисунке.

Работа мостового двухполупериодного выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель с четырьмя диодами, соединенными в мостовой схеме, используется для получения лучшего отклика на двухволновом выходе. Когда задан положительный полупериод входного питания, точка P становится положительной по отношению к точке Q. Это делает диод $D_1$ и $D_3$ смещенным в прямом направлении, а $D_2$ и $D_4$ — в обратном направлении. Эти два диода теперь будут последовательно подключены к нагрузочному резистору.

На следующем рисунке это показано вместе с обычным током в цепи.

Следовательно, диоды $D_1$ и $D_3$ проводят в течение положительного полупериода входного питания, чтобы создать выходной сигнал вдоль резистора нагрузки. Поскольку два диода работают для получения выходной мощности, напряжение будет вдвое превышать выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя с центральным выводом.

Когда задан отрицательный полупериод входного питания, точка P становится отрицательной по отношению к точке Q. Это делает диод $D_1$ и $D_3$ смещенным в обратном направлении, тогда как $D_2$ и $D_4$ смещены в обратном направлении. Эти два диода теперь будут последовательно подключены к нагрузочному резистору.

На следующем рисунке это показано вместе с обычным током в цепи.

Следовательно, диоды $D_ {2}$ и $D_ {4}$ проводят во время отрицательного полупериода входного питания, создавая выход вдоль нагрузочного резистора. Здесь также два диода работают, чтобы произвести выходное напряжение. Ток течет в том же направлении, что и во время положительного полупериода входа.

Форма волны моста FWR

Форма входных и выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом выглядит следующим образом.

Из приведенного выше рисунка видно, что выходные данные получены как для положительных, так и для отрицательных полупериодов. Также наблюдается, что выходной сигнал через нагрузочный резистор имеет одинаковое направление для обоих полупериодов.

Пиковое обратное напряжение

Всякий раз, когда два из диодов параллельны вторичной обмотке трансформатора, максимальное напряжение вторичной обмотки на трансформаторе появляется в непроводящих диодах, что делает PIV цепи выпрямителя. Следовательно, пиковое обратное напряжение является максимальным напряжением на вторичной обмотке, т.е.

$$PIV = V_m$$

преимущества

Мостовой двухполупериодный выпрямитель имеет много преимуществ, таких как —

• Нет необходимости постукивать по центру.
• Выходное напряжение постоянного тока в два раза выше, чем у FWR центральных отводов.
• PIV диодов в два раза меньше, чем у FWR центрального датчика.
• Конструкция схемы проще с лучшим выходом.

Давайте теперь проанализируем характеристики двухполупериодного выпрямителя.

Анализ двухполупериодного выпрямителя

Чтобы проанализировать схему двухполупериодного выпрямителя, предположим, что входное напряжение $V_ {i}$ равно

$$V_ {i} = V_m \ sin \ omega t$$

Ток $i_1$ через нагрузочный резистор $R_L$ определяется как

$$i_1 = I_m \ sin \ omega t \ quad для \ quad0 \ leq \ omega t \ leq \ pi$$

$$i_1 = \ quad0 \ quad \ quad \ quad для \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi$$

куда

$$i_m = \ гидроразрыва {V_m} {R_F + R_L}$$

$R_f$ — сопротивление диода в состоянии ВКЛ.

Аналогично, ток $i_2$, протекающий через диод $D_2$ и нагрузочный резистор RL, определяется как

i2= quad0 quad quad quadдля quad0 leq omegat leq pi $$i_2 = \ quad \: 0 \ quad \ quad \ quad для \ quad 0 \ leq \ omega t \ leq \ pi$$

$$i_2 = I_m \ sin \ omega t \ quad для \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi$$

Общий ток, протекающий через $R_L$, является суммой двух токов $i_1$ и $i_2$, т.е.

$$I = i_1 + i_2$$

DC или средний ток

Среднее значение выходного тока, которое показывает амперметр постоянного тока, определяется как

Idc= frac12 pi int2 pi0i1d left( omegat right)+ frac12 pi int2 pi0i2d left( omegat right) $$I_ {dc} = \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_1 \: d \ left (\ omega t \ right) + \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_2 \: d \ left (\ omega t \ right)$$

= frac12 pi int pi0Im sin omegatd left( omegat right)+0+0+ $$= \ frac {1} {2 \ pi \ int_ {0} ^ {\ pi}} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) + 0 + 0 +$$

 frac12 pi int2 pi0Im sin omegatd left( omegat right) $$\ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right)$$

$$= \ frac {I_m} {\ pi} + \ frac {I_m} {\ pi} = \ frac {2I_m} {\ pi} = 0.636I_m$$

Это вдвое превышает значение полуволнового выпрямителя.

Выходное напряжение постоянного тока

Выходное напряжение постоянного тока на нагрузке определяется как

$$V_ {dc} = I_ {dc} \ times R_L = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = 0.636I_mR_L$$

Таким образом, выходное напряжение постоянного тока в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.

RMS Current

Среднеквадратичное значение тока определяется как

Irms= left[ frac1 pi int pi0t2d left( omegat right) right] гидроразрыва12 $$I_ {rms} = \ left [\ frac {1} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} t ^ 2 \: d \ left (\ omega t \ right) \ right] ^ {\ гидроразрыва {1} {2}}$$

Поскольку ток имеет две одинаковые формы в двух половинах

= left[ fracI2m pi int pi0 sin2 omegatd left( omegat right) right] frac12 $$= \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} \ sin ^ 2 \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right ) \ right] ^ {\ frac {1} {2}}$$

$$= \ гидроразрыва {i_m} {\ SQRT {2}}$$

Эффективность выпрямителя

Эффективность выпрямителя определяется как

$$\ ета = \ гидроразрыва {Р- {постоянного}} {Р- {ас}}$$

Сейчас,

$$P_ {dc} = \ left (V_ {dc} \ right) ^ 2 / R_L = \ left (2V_m / \ pi \ right) ^ 2$$

А также,

$$P_ {ac} = \ left (V_ {rms} \ right) ^ 2 / R_L = \ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2$$

Следовательно,

$$\ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} = \ frac {\ left (2V_m / \ pi \ right) ^ 2} {\ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2} = \ гидроразрыва {8} {\ р ^ 2}$$

$$= 0,812 = 81,2 \%$$

Эффективность выпрямителя можно рассчитать следующим образом:

Выходная мощность постоянного тока,

$$P_ {dc} = I_ {dc} ^ {2} R_L = \ frac {4I_ {m} ^ {2}} {\ pi ^ 2} \ times R_L$$

Входная мощность переменного тока,

$$ P_ {ac} = I_ {rms} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) = \ frac {I_ {m} ^ {2}} {2} \ left (R_f + R_L \ right) $ $

Следовательно,

$$\ eta = \ frac {4I_ {m} ^ {2} R_L / \ pi ^ 2} {I_ {m} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) / 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} \ frac {R_L} {\ left (R_f + R_L \ right)}$$

$$= \ frac {0.812} {\ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}}$$

Следовательно, процентная эффективность

$$= \ frac {0.812} {1+ \ left (R_f + R_L \ right)}$$

=81.2% quadifRf=0 $$= 81.2 \% \ quad if \: R_f = 0$$

Таким образом, двухполупериодный выпрямитель имеет эффективность, в два раза превышающую эффективность полуволнового выпрямителя.

Пульсационный фактор

Форм-фактор выпрямленного выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя задается

$$F = \ гидроразрыва {I_ {эфф}} {{I_ постоянного тока}} = \ {гидроразрыва i_m / \ SQRT {2}} {2I_m / \ р} = 1,11$$

Коэффициент пульсации $\ gamma$ определяется как (с использованием теории цепей переменного тока)

$$\ gamma = \ left [\ left (\ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} \ right) -1 \ right] ^ {\ frac {1} {2}} = \ left (F ^ 2 -1 \ справа) ^ {\ frac {1} {2}}$$

$$= \ left [\ left (1.11 \ right) ^ 2 -1 \ right] ^ \ frac {1} {2} = 0,48$$

Это значительное улучшение по сравнению с коэффициентом пульсации полуволнового выпрямителя, равным 1,21.

регулирование

Выходное напряжение постоянного тока определяется как

$$V_ {dc} = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = \ frac {2V_mR_L} {\ pi \ left (R_f + R_L \ right)}$$

$$= \ frac {2V_m} {\ pi} \ left [1- \ frac {R_f} {R_f + R_L} \ right] = \ frac {2V_m} {\ pi} -I_ {dc} R_f$$

Коэффициент использования трансформатора

TUF полуволнового выпрямителя составляет 0,287

В выпрямителе с центральным отводом имеются две вторичные обмотки, и, следовательно, TUF двухполупериодного выпрямителя с центральным выводом

 left(TUF right)avg= fracPdcVAрейтингofaтрансформатор $$\ left (TUF \ right) _ {avg} = \ frac {P_ {dc}} {VA \: рейтинг \: of \: a \: трансформатор}$$

$$= \ frac {\ left (TUF \ right) _p + \ left (TUF \ right) _s + \ left (TUF \ right) _s} {3}$$

$$= \ гидроразрыва {0,812 + 0,287 + 0,287} {3} = 0,693$$

Полуволна против полноволнового выпрямителя

Изучив все значения различных параметров двухполупериодного выпрямителя, давайте просто попробуем сравнить и сопоставить особенности полуволновых и двухполупериодных выпрямителей.

термины	Полуволновой выпрямитель	FWR с центральной резьбой	Мост FWR
Количество диодов	$1$	$2$	$4$
Подвод трансформатора	не $Нет$	$Да$	не $Нет$
Пиковое обратное напряжение	$V_m$	$2V_m$	$V_m$
Максимальная эффективность	$40,6 \%$	$81,2 \%$	$81,2 \%$
Средний ток	$I_m / \ пи$	$2I_m / \ пи$	$2I_m / \ пи$
Напряжение постоянного тока	$V_m / \ пи$	$2V_m / \ пи$	$2V_m / \ пи$
Действующее значение	$I_m / 2$	$I_m / \ SQRT {2}$	$I_m / \ SQRT {2}$
Пульсационный фактор	$1.21$	$0.48$	$0.48$
Выходная частота	$F_ {в}$	$2f_ {в}$	$2f_ {в}$

Электронные схемы — фильтры

Блок-схема блока питания четко объясняет, что цепь фильтра необходима после схемы выпрямителя. Выпрямитель помогает преобразовывать пульсирующий переменный ток в постоянный ток, который течет только в одном направлении. До сих пор мы видели разные типы выпрямительных цепей.

Выходы всех этих выпрямительных цепей содержат некоторый коэффициент пульсации. Мы также наблюдали, что коэффициент пульсации полуволнового выпрямителя больше, чем у двухполупериодного выпрямителя.

Зачем нам фильтры?

Пульсация в сигнале обозначает наличие некоторого компонента переменного тока. Этот компонент переменного тока должен быть полностью удален, чтобы получить чистый вывод постоянного тока. Итак, нам нужна схема, которая сглаживает выпрямленный выход в чистый сигнал постоянного тока.

Цепь фильтра — это схема, которая удаляет компонент переменного тока, присутствующий в выпрямленном выходе, и позволяет компоненту постоянного тока достигать нагрузки.

На следующем рисунке показана функциональность схемы фильтра.

Цепь фильтра построена с использованием двух основных компонентов: катушки индуктивности и конденсатора. Мы уже изучали учебник по базовой электронике, который

• Индуктор допускает постоянный ток и блокирует переменный ток .

• Конденсатор допускает переменный ток и блокирует постоянный ток .

Индуктор допускает постоянный ток и блокирует переменный ток .

Конденсатор допускает переменный ток и блокирует постоянный ток .

Давайте попробуем построить несколько фильтров, используя эти два компонента.

Серийный фильтр индуктора

Поскольку индуктор допускает постоянный ток и блокирует переменный ток, фильтр, называемый последовательным индуктивным фильтром, может быть построен путем последовательного подключения индуктора между выпрямителем и нагрузкой. На рисунке ниже показана схема последовательного индукторного фильтра.

Выпрямленный выход при прохождении через этот фильтр индуктивности блокирует компоненты переменного тока, которые присутствуют в сигнале, чтобы обеспечить чистый постоянный ток. Это простой первичный фильтр.

Шунтирующий конденсаторный фильтр

Поскольку конденсатор пропускает через него переменный ток и блокирует постоянный ток , фильтр, называемый конденсаторный фильтр с шунтом, может быть построен с использованием конденсатора, соединенного в шунт, как показано на следующем рисунке.

Выпрямленный выход при прохождении через этот фильтр, компоненты переменного тока, присутствующие в сигнале, заземляются через конденсатор, который допускает компоненты переменного тока. Остальные компоненты постоянного тока, присутствующие в сигнале, собираются на выходе.

Рассмотренные выше типы фильтров построены с использованием индуктора или конденсатора. Теперь давайте попробуем использовать оба из них, чтобы сделать фильтр лучше. Это комбинационные фильтры.

LC фильтр

Цепь фильтра может быть построена с использованием как индуктора, так и конденсатора, чтобы получить лучшую выходную мощность, при которой могут быть использованы как индуктор, так и конденсатор. На рисунке ниже показана принципиальная схема LC-фильтра.

Выпрямленный выход при передаче этой цепи индуктивности позволяет компонентам постоянного тока проходить через нее, блокируя компоненты переменного тока в сигнале. Теперь из этого сигнала несколько компонентов переменного тока, если они есть, заземлены, так что мы получаем чистый вывод постоянного тока.

Этот фильтр также называется дроссельным входным фильтром, поскольку входной сигнал сначала поступает в индуктор. Вывод этого фильтра лучше, чем предыдущие.

Filter- Фильтр (Pi-фильтр)

Это еще один тип схемы фильтра, который очень часто используется. Он имеет конденсатор на своем входе и, следовательно, он также называется конденсаторным входным фильтром . Здесь два конденсатора и один индуктор соединены в виде π-образной сети. Конденсатор параллельно, затем индуктор последовательно, затем другой конденсатор параллельно образует эту цепь.

При необходимости к этому также могут быть добавлены несколько идентичных разделов в соответствии с требованием. На рисунке ниже показана схема для фильтра $\ pi$ (Pi-filter) .

Работа фильтра Пи

В этой схеме параллельно подключен конденсатор, затем последовательно — индуктор, а параллельно — другой конденсатор.

• Конденсатор C ₁ — этот фильтрующий конденсатор обеспечивает высокое реактивное сопротивление к постоянному току и низкое реактивное сопротивление к переменному сигналу. После заземления компонентов переменного тока, присутствующих в сигнале, сигнал передается на индуктор для дальнейшей фильтрации.

• Катушка индуктивности L — эта катушка индуктивности обеспечивает низкое реактивное сопротивление для компонентов постоянного тока, в то же время блокируя компоненты переменного тока, если им удалось пройти, через конденсатор C ₁ .

• Конденсатор C ₂ — теперь сигнал дополнительно сглаживается с помощью этого конденсатора, так что он позволяет любому компоненту переменного тока присутствовать в сигнале, который индуктор не смог заблокировать.

Конденсатор C ₁ — этот фильтрующий конденсатор обеспечивает высокое реактивное сопротивление к постоянному току и низкое реактивное сопротивление к переменному сигналу. После заземления компонентов переменного тока, присутствующих в сигнале, сигнал передается на индуктор для дальнейшей фильтрации.

Катушка индуктивности L — эта катушка индуктивности обеспечивает низкое реактивное сопротивление для компонентов постоянного тока, в то же время блокируя компоненты переменного тока, если им удалось пройти, через конденсатор C ₁ .

Конденсатор C ₂ — теперь сигнал дополнительно сглаживается с помощью этого конденсатора, так что он позволяет любому компоненту переменного тока присутствовать в сигнале, который индуктор не смог заблокировать.

Таким образом, мы получаем желаемый чистый вывод постоянного тока при нагрузке.

Электронные схемы — регуляторы

Следующим и последним этапом перед нагрузкой в ​​системе электропитания является часть регулятора. Давайте теперь попробуем понять, что такое регулятор и что он делает.

Часть электроники, которая занимается управлением и преобразованием электроэнергии, может быть названа силовой электроникой . Регулятор является важным устройством, когда речь идет о силовой электронике, поскольку он контролирует выходную мощность.

Нужен регулятор

Для источника питания, обеспечивающего постоянное выходное напряжение, независимо от изменений входного напряжения или изменений тока нагрузки, необходим регулятор напряжения.

Регулятор напряжения — это такое устройство, которое поддерживает постоянное выходное напряжение вместо любых колебаний входного напряжения или любых изменений тока, потребляемых нагрузкой. Следующее изображение дает представление о том, как выглядит практический регулятор.

Типы регуляторов

Регуляторы могут быть классифицированы на различные категории, в зависимости от их работы и типа подключения.

В зависимости от типа регулирования регуляторы в основном делятся на два типа, а именно линейные и нагрузочные регуляторы.

• Линейный регулятор — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения входной линии, он называется Линейным регулятором .

• Регулятор нагрузки — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения нагрузки на выходе, он называется регулятором нагрузки .

Линейный регулятор — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения входной линии, он называется Линейным регулятором .

Регулятор нагрузки — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения нагрузки на выходе, он называется регулятором нагрузки .

В зависимости от типа подключения , существует два типа регуляторов напряжения. Они есть

• Серийный регулятор напряжения
• Шунтирующий регулятор напряжения

Расположение их в цепи будет таким же, как на следующих рисунках.

Давайте посмотрим на другие важные типы регуляторов.

Стабилизатор напряжения стабилитрона

Регулятор напряжения Зенера — это регулятор, который использует стабилитрон для регулирования выходного напряжения. Мы уже обсуждали детали, касающиеся стабилитрона, в руководстве по базовой электронике.

Когда стабилитрон работает в области пробоя или стабилитрона , напряжение на нем по существу постоянное для большого изменения тока через него. Эта характеристика делает стабилитрон хорошим стабилизатором напряжения .

На следующем рисунке показано изображение простого регулятора Зенера.

Приложенное входное напряжение $V_i$, когда оно превышает значение напряжения стабилитрона $V_z$, затем диод стабилитрона работает в области пробоя и поддерживает постоянное напряжение на нагрузке. Последовательный ограничивающий резистор $R_s$ ограничивает входной ток.

Работа стабилизатора напряжения Зенера

Стабилитрон поддерживает постоянное напряжение на нем, несмотря на колебания нагрузки и колебания входного напряжения. Следовательно, мы можем рассмотреть 4 случая, чтобы понять работу стабилизатора напряжения Зенера.

Случай 1 — Если ток нагрузки $I_L$ увеличивается, то ток через стабилитрон $I_Z$ уменьшается, чтобы поддерживать ток через постоянный резистор $R_S$ постоянным. Выходное напряжение Vo зависит от входного напряжения Vi и напряжения на последовательном резисторе $R_S$.

Это можно записать как

$$V_o = V_ {в} -IR_ {S}$$

Где $I$ постоянен. Следовательно, $V_o$ также остается постоянным.

Случай 2 — Если ток нагрузки $I_L$ уменьшается, то ток через стабилитрон $I_Z$ увеличивается, так как ток через резистор серии RS I_S $ через резистор RS остается постоянным. Хотя ток $I_Z$ через стабилитрон увеличивается, он поддерживает постоянное выходное напряжение $V_Z$, которое поддерживает постоянное напряжение нагрузки.

Случай 3 — Если входное напряжение $V_i$ увеличивается, то ток $I_S$ через последовательный резистор RS увеличивается. Это увеличивает падение напряжения на резисторе, то есть увеличивается $V_S$. Хотя ток через стабилитрон $I_Z$ увеличивается с этим, напряжение на стабилитроне $V_Z$ остается постоянным, сохраняя постоянное напряжение на выходе нагрузки.

Случай 4. Если входное напряжение уменьшается, ток через последовательный резистор уменьшается, что приводит к уменьшению тока через стабилитрон $I_Z$. Но стабилитрон поддерживает постоянное выходное напряжение благодаря своему свойству.

Ограничения стабилитрона напряжения

Есть несколько ограничений для стабилизатора напряжения Зенера. Они —

• Он менее эффективен для токов большой нагрузки.
• Импеданс Зенера немного влияет на выходное напряжение.

Следовательно, стабилизатор напряжения Зенера считается эффективным для применений с низким напряжением. Теперь давайте рассмотрим другие типы регуляторов напряжения, которые сделаны с использованием транзисторов.

Регулятор напряжения серии транзистор

Этот регулятор имеет транзистор, последовательно соединенный с регулятором Зенера и оба параллельно нагрузке. Транзистор работает как переменный резистор, регулирующий напряжение эмиттера на коллекторе, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение. На рисунке ниже показан транзисторный последовательный регулятор напряжения.

При входных рабочих условиях ток через базу транзистора изменяется. Это влияет на напряжение на соединении базового эмиттера транзистора $V_ {BE}$. Выходное напряжение поддерживается постоянным напряжением стабилитрона $V_Z$. Поскольку оба они поддерживаются равными, любое изменение входного питания указывается изменением базового напряжения эмиттера $V_ {BE}$.

Следовательно, выходное напряжение Vo можно понимать как

$$V_O = V_Z + V_ {BE}$$

Работа транзисторного стабилизатора напряжения серии

Работу последовательного стабилизатора напряжения следует учитывать при изменении входного напряжения и нагрузки. Если входное напряжение увеличивается, выходное напряжение также увеличивается. Но это, в свою очередь, приводит к уменьшению напряжения на базовом переходе коллектора $V_ {BE}$, так как напряжение Зенера $V_Z$ остается постоянным. Проводимость уменьшается по мере увеличения сопротивления в области коллектора эмиттера. Это дополнительно увеличивает напряжение на соединении эмиттера коллектора VCE, тем самым уменьшая выходное напряжение $V_O$. Это будет похоже на уменьшение входного напряжения.

Когда происходят изменения нагрузки, что означает, что если сопротивление нагрузки уменьшается, увеличивая ток нагрузки $I_L$, выходное напряжение $V_O$ уменьшается, увеличивая базовое напряжение эмиттера $V_ {BE}$.

С увеличением базового напряжения эмиттера $V_ {BE}$ проводимость увеличивается, уменьшая сопротивление коллектора эмиттера. Это, в свою очередь, увеличивает входной ток, который компенсирует снижение сопротивления нагрузки. Это будет похоже на увеличение тока нагрузки.

Ограничения транзисторного стабилизатора напряжения серии

Регуляторы напряжения серии транзисторов имеют следующие ограничения —

• На напряжения $V_ {BE}$ и $V_Z$ влияет повышение температуры.
• Хорошее регулирование для больших токов невозможно.
• Рассеиваемая мощность высокая.
• Рассеиваемая мощность высокая.
• Менее эффективны.

Чтобы минимизировать эти ограничения, используется транзисторный шунтирующий регулятор.

Транзисторный Шунт Регулятор Напряжения

Транзисторная схема шунтирующего регулятора формируется путем последовательного подключения резистора к входу и транзистора, база и коллектор которого соединены стабилитроном, который регулирует оба параллельно нагрузке. На рисунке ниже показана принципиальная схема транзисторного шунтирующего регулятора.

Работа транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения

Если входное напряжение увеличивается, $V_ {BE}$ и $V_O$ также увеличиваются. Но это происходит изначально. На самом деле, когда $V_ {in}$ увеличивается, текущий $I_ {in}$ также увеличивается. Этот ток, когда протекает через RS, вызывает падение напряжения $V_S$ на последовательном резисторе, которое также увеличивается с $V_ {in}$. Но это заставляет $V_o$ уменьшаться. Теперь это уменьшение $V_o$ компенсирует начальное увеличение, поддерживая его постоянным. Следовательно, $V_o$ поддерживается постоянным. Если вместо этого уменьшается выходное напряжение, происходит обратное.

Если сопротивление нагрузки уменьшается, должно быть уменьшение выходного напряжения $V_o$. Ток через нагрузку увеличивается. Это приводит к уменьшению тока базы и тока коллектора транзистора. Напряжение на последовательном резисторе становится низким, так как ток течет интенсивно. Входной ток будет постоянным.

Появится выходное напряжение, которое будет представлять собой разницу между приложенным напряжением $V_i$ и падением последовательного напряжения $V_s$. Следовательно, выходное напряжение будет увеличено для компенсации начального снижения и, следовательно, будет поддерживаться постоянным. Обратное происходит, если сопротивление нагрузки увеличивается.

IC Регуляторы

Регуляторы напряжения в настоящее время доступны в виде интегральных микросхем (ИС). Они вкратце называются регуляторами IC.

Наряду с функциями, подобными обычному регулятору, регулятор IC имеет такие свойства, как термокомпенсация, защита от короткого замыкания и защита от перенапряжения, которые встроены в устройство.

Типы регуляторов IC

Регуляторы IC могут быть следующих типов —

• Фиксированные положительные регуляторы напряжения
• Фиксированные отрицательные регуляторы напряжения
• Регулируемые регуляторы напряжения
• Регуляторы напряжения с двойным слежением

Давайте теперь обсудим их подробно.

Фиксированный положительный регулятор напряжения

Выход этих регуляторов фиксируется на определенном значении, и значения являются положительными, что означает, что выходное напряжение является положительным напряжением.

Наиболее используемая серия — это серии 7800, и ИС будут похожи на IC 7806, IC 7812, IC 7815 и т. Д., Которые обеспечивают + 6 В, + 12 В и + 15 В соответственно в качестве выходных напряжений. На рисунке ниже показана микросхема 7810, подключенная для обеспечения фиксированного 10 В положительного регулируемого выходного напряжения.

На приведенном выше рисунке входной конденсатор $C_1$ используется для предотвращения нежелательных колебаний, а выходной конденсатор $C_2$ действует как линейный фильтр для улучшения переходного процесса.

Регулятор Фиксированного Отрицательного Напряжения

Выход этих регуляторов фиксируется на определенном значении, и значения являются отрицательными, что означает, что выходное напряжение является отрицательным напряжением.

Наиболее используемая серия — это серия 7900, и микросхемы будут похожи на IC 7906, IC 7912, IC 7915 и т. Д., Которые обеспечивают -6 В, -12 В и -15 В соответственно в качестве выходных напряжений. На рисунке ниже показана ИС 7910, подключенная для обеспечения фиксированного 10В отрицательного регулируемого выходного напряжения.

На приведенном выше рисунке входной конденсатор $C_1$ используется для предотвращения нежелательных колебаний, а выходной конденсатор $C_2$ действует как линейный фильтр для улучшения переходного процесса.

Регулируемые регуляторы напряжения

Регулируемый регулятор напряжения имеет три клеммы IN, OUT и ADJ. Входные и выходные клеммы являются общими, тогда как регулируемая клемма снабжена переменным резистором, который позволяет варьировать выходной сигнал в широком диапазоне.

На приведенном выше рисунке показан нерегулируемый источник питания, приводящий в действие регулируемый регулятор IC 317, который обычно используется. LM 317 представляет собой трехполюсный положительный регулируемый регулятор напряжения и может подавать 1,5A тока нагрузки в регулируемом диапазоне выходных напряжений от 1,25 до 37 В.

Регуляторы напряжения с двойным слежением

Двойной регулятор слежения используется, когда необходимо разделить напряжение питания. Они обеспечивают равные положительные и отрицательные выходные напряжения. Например, микросхема RC4195 обеспечивает выходы постоянного тока + 15В и -15В. Для этого необходимо два нерегулируемых входных напряжения, например, положительный вход может варьироваться от + 18 В до + 30 В, а отрицательный вход может варьироваться от -18 В до -30 В.

На изображении выше показан регулятор RC4195 с двойным слежением. Также доступны регулируемые регуляторы двойного прихвата, выходы которых варьируются между двумя номинальными пределами.

Электронные схемы — SMPS

Обсуждаемые до сих пор темы представляют различные разделы блока питания. Все эти разделы вместе составляют линейный источник питания . Это обычный метод получения постоянного тока из входного источника переменного тока.

Линейный источник питания

Линейный источник питания (LPS) — это регулируемый источник питания, который рассеивает большое количество тепла в последовательном резисторе, чтобы регулировать выходное напряжение с низким уровнем пульсаций и низким уровнем шума. Этот LPS имеет много приложений.

Линейный источник питания требует больших полупроводниковых устройств для регулирования выходного напряжения и генерирует больше тепла, что приводит к снижению энергоэффективности. Линейные источники питания имеют кратковременное время отклика до 100 раз быстрее, чем у других, что очень важно в определенных специализированных областях.

Преимущества ЛПС

• Источник питания непрерывный.
• Схема проста.
• Это надежные системы.
• Эта система динамически реагирует на изменения нагрузки.
• Сопротивления цепи изменяются для регулирования выходного напряжения.
• Поскольку компоненты работают в линейной области, шум низкий.
• Волна очень низкая в выходном напряжении.

Недостатки ЛПС

• Используемые трансформаторы тяжелее и крупнее.
• Тепловыделение больше.
• КПД линейного источника питания составляет от 40 до 50%.
• Мощность теряется в виде тепла в цепях LPS.
• Одно выходное напряжение получается.

Мы уже прошли через различные части линейного источника питания. Блок-схема линейного источника питания показана на следующем рисунке.

Несмотря на вышеперечисленные недостатки, линейные источники питания широко используются в малошумящих усилителях, испытательном оборудовании, цепях управления. Кроме того, они также используются для сбора данных и обработки сигналов.

Все системы электропитания, которые нуждаются в простом регулировании и где эффективность не имеет значения, используются схемы LPS. Поскольку электрический шум ниже, LPS используется для питания чувствительных аналоговых схем. Но для преодоления недостатков системы линейного электропитания используется импульсный источник питания (SMPS).

Импульсный источник питания (SMPS)

Недостатки LPS, такие как более низкий КПД, необходимость использования большого количества конденсаторов для уменьшения пульсаций, а также тяжелые и дорогостоящие трансформаторы и т. Д., Преодолеваются путем внедрения источников питания с коммутацией режимов .

Работу SMPS просто понять, зная, что транзистор, используемый в LPS, используется для управления падением напряжения, в то время как транзистор в SMPS используется в качестве управляемого переключателя .

За работой

Работу SMPS можно понять по следующему рисунку.

Давайте попробуем понять, что происходит на каждом этапе схемы SMPS.

Этап ввода

Входной сигнал переменного тока 50 Гц подается непосредственно на комбинацию выпрямителя и цепи фильтра без использования трансформатора. Этот выход будет иметь много вариаций, и значение емкости конденсатора должно быть выше, чтобы справиться с колебаниями на входе. Этот нерегулируемый постоянный ток передается в центральную коммутационную секцию SMPS.

Секция переключения

В этом разделе используется устройство с быстрым переключением, такое как силовой транзистор или полевой МОП-транзистор, который включается и выключается в соответствии с изменениями, и этот выход подается на первичную обмотку трансформатора, присутствующего в этом разделе. Используемые здесь трансформаторы намного меньше и легче в отличие от используемых для питания 60 Гц. Они очень эффективны и, следовательно, коэффициент преобразования мощности выше.

Выходной этап

Выходной сигнал из секции переключения снова выпрямляется и фильтруется, чтобы получить требуемое напряжение постоянного тока. Это регулируемое выходное напряжение, которое затем подается на схему управления, которая является цепью обратной связи. Окончательный результат получается после рассмотрения сигнала обратной связи.

Устройство управления

Это устройство обратной связи, которое имеет много секций. Давайте иметь четкое представление об этом из следующего рисунка.

На рисунке выше показаны внутренние части блока управления. Выходной датчик воспринимает сигнал и подключает его к блоку управления. Сигнал изолирован от другой секции, так что любые внезапные пики не должны влиять на схему. Опорное напряжение задаются как один вход вместе с сигналом на усилитель ошибки, который является компаратором, который сравнивает сигнал с требуемым уровнем сигнала.

Посредством управления частотой прерывания поддерживается конечный уровень напряжения. Это контролируется путем сравнения входов, подаваемых на усилитель ошибок, выход которого помогает решить, увеличивать или уменьшать частоту прерывания. Генератор ШИМ вырабатывает стандартную частоту волны ШИМ с фиксированной частотой.

Мы можем получить более полное представление о полном функционировании SMPS, взглянув на следующий рисунок.

SMPS в основном используется там, где переключение напряжений не является проблемой, а эффективность системы действительно имеет значение. Есть несколько моментов, которые следует отметить в отношении SMPS. Они есть

• Схема SMPS управляется переключением, и, следовательно, напряжения постоянно меняются.

• Коммутационное устройство работает в режиме насыщения или отключения.

• Выходное напряжение контролируется временем переключения цепей обратной связи.

• Время переключения регулируется путем регулировки рабочего цикла.

• Эффективность SMPS высока, потому что вместо рассеивания избыточной мощности в виде тепла он непрерывно переключает свой вход для управления выходом.

Схема SMPS управляется переключением, и, следовательно, напряжения постоянно меняются.

Коммутационное устройство работает в режиме насыщения или отключения.

Выходное напряжение контролируется временем переключения цепей обратной связи.

Время переключения регулируется путем регулировки рабочего цикла.

Эффективность SMPS высока, потому что вместо рассеивания избыточной мощности в виде тепла он непрерывно переключает свой вход для управления выходом.

Недостатки

Есть несколько недостатков в SMPS, таких как

• Шум присутствует из-за высокочастотного переключения.
• Схема сложная.
• Он производит электромагнитные помехи.

преимущества

Преимущества SMPS включают в себя,

• Эффективность достигает 80-90%
• Меньше тепловыделения; меньше потерь энергии.
• Уменьшенная гармоническая обратная связь в питающей сети.
• Устройство компактно и небольшого размера.
• Стоимость изготовления снижена.
• Обеспечение для обеспечения необходимого количества напряжений.

Приложения

Есть много приложений SMPS. Они используются в материнских платах компьютеров, зарядных устройствах для мобильных телефонов, измерениях постоянного тока, зарядных устройствах, централизованном распределении электроэнергии, автомобилях, бытовой электронике, ноутбуках, системах безопасности, космических станциях и т. Д.

Типы SMPS

SMPS — это схема импульсного источника питания, предназначенная для получения регулируемого выходного напряжения постоянного тока от нерегулируемого напряжения постоянного или переменного тока. Существует четыре основных типа SMPS, таких как

• DC в DC преобразователь
• Преобразователь переменного тока в постоянный
• Обратный конвертер
• Прямой конвертер

Часть преобразования переменного тока в постоянный в секции ввода определяет разницу между преобразователем переменного тока в постоянный и преобразователем постоянного тока в постоянный. Конвертер обратного хода используется для приложений с низким энергопотреблением. Также есть Buck Converter и Boost Converter в типах SMPS, которые уменьшают или увеличивают выходное напряжение в зависимости от требований. Другие типы SMPS включают в себя автоколебательный обратный преобразователь, Buck-Boost преобразователь, Cuk, Sepic и т. Д.