Главная » Книги и журналы

1 ... 15 16 17 18 19 20 21 ... 32

Значение тока переходного процесса ( ер можно определить на основе решения уравнения (6-22), отбросив его свободный член, т. е. считать, что

(ГЧ .If . L

cm + L

CR dt LC

(6-26)

Уравнение (6-26) описывает процесс свободных колебаний в рас-

сматриваемой схеме и имеет решение в виде:

пер

е- sm (ay + ф)

(6-27)

Суммарный ток через вентиль при включении выпрямителя в сеть будет:

(6-28)

и

о х.х

и

о X. X ~at

Г 51П(0)ф^ + ф),

где фазовый угол ф определяется соотношением:

aL - Rn - г

а

в

(6-28а)

При этом предполагали, что

Характер изменения тока вентиля при включении выпрямителя в сеть показан на рис. 6-6, б.

Напряжение на конденсаторе фильтра

с = Суст + Ис

nepi

(6-29)

где Wc уст - установившееся напряжение на конденсаторе, равное напряжению на нагрузке Uq, Uc пер - устанавливающееся напряжение на конденсаторе во время переходного процесса.

Напряжение на конденсаторе можно определить двумя способами. По первому способу находят значение % пер из уравнения, аналогичного уравнению (6-26), имеющего следующий вид:

1 \ du

с пер It

С пер

в

Приближенное решение этого уравнения:

с

и о x.xe cos (шф+ ф).

пер

Подставляя найденную величину напряжения в уравнение (6-29), получим;

ис = иог.х[1-е^ cos (о)ф^ 4- ф)]. (6-30)

где а и ф определяются соотношениями (6-28а).

По второму способу определения величины Uc используется соотношение (6-23) и вычисляется ток по ф-ле (6-28). При этом

можно определить:

а

е' sin {(Oфt

ф)4-pe-=fcos(fflф^f ф);

UcUoK.x- Uoх.хб cos (0)4/ + Ф) - f/o

X. X

в

Если учесть, что < и г,

о)ф1, то

в -а;

е sin (о)ф^ + ф)

с 0 X. X [ 1 - COS (0)ф^ + ф)].

Из уравнений для тока и напряжения следует, что ток вентиля при включении выпрямителя намного превышает его значение при установившемся режиме работы. Максимальное значение тока вентиля наблюдается примерно через четверть периода после включения выпрямителя (см. рис. 6-7, б). Величина этого тока может быть определена при подстановке в уравнение (6-28) t = Tli и ф = О, в результате которой получим:

я, п

0 х.х

I 0 X. X

в. макс 1

где

в, макс

2Д>ф Up X. х g

2о>

(6-31)

т. е. увеличение тока во время переходного процесса зависит от

элементов фильтра L и С. Для ограничения величины /в. накс элементы фильтра должны быть соответствующим образом рассчитаны. При этом надо учитывать не только ограничения тока /в. макс, но и другие требования к фильтру.

В мощных выпрямительных устройствах, в которых важно ограничить ток /в.макс.1 применяют пусковые сопротивления, замыкающиеся накоротко спустя некоторое время после включения выпрямителя. Простейшая схема включения пусковых сопротивлений показана на рис. 6-6, е.

Величину пускового сопротивления можно определить из соотношения

0. макс

0 X. X 0 X. X

где /в. макс - :аданное значение тока при включения выпрямителя;

I jr+Rn

т

Определив значение а', обеспечивающее заданную величину тока /д. акс можно рассчитать необходимую величину Ry Практически допускают/ . дк = = З/о- Если ток вентиля нежелательно ограничивать пусковым сопрогивле--нием, то необходимо увеличивать индуктивность дросселя.

В ряде случаев целесообразно включать пусковое сопротивление со стороны первичной обмотки трансформатора, как это показано на схеме рис. 6-6. г. Тогда пусковое сопротивление рассчитывают с учетом коэффициента трансформации.

Установки, в которых нужно регулировать напряжение на трансформаторе, не нуждаются в пусковых сопротивлениях В момент включения выпрямителя устанавливают с помощью регулятора наименьшее напряжение на входе трансформатора. В маломощных выпрямителях с большими значениями переходные процессы имеют апериодический характер и весьма быстро прекращаются. При этом не наблюдается резкого увеличения тока через вентиль.

Максимум напряжения на конденсаторе возникает примерно через полпериода после включения выпрямителя в сеть. Величину этого напряжения можно определить, подставив в уравнение (6-30) i = 7/2. При .этом получим:

акс

где AUc

Uq X yfi

с макс*

(6-32)

2о>

Включение пускового сопротивления увеличивает значение а и приводит к уменьшению Af/смакс- При наиболее неблагоприятном случае, когда а = О, напряжение на конденсаторе Uc макс = 2 f/ox.x J это следует из уравнения (6-32). Практически допускают (/с макс 1,5 f/ox.x-

в маломощных выпрямителях большую опасность представляет перенапряжение при холостом ходе выпрямителя, т. е. когда /н = 00. В этом случае Uq х,х значительно больше номинального рабочего напряжения Uq. Поэтому в таких выпрямителях в качестве балластной нагрузки должно быть постоянно включено на выходе выпрямителя сопротивление r .х- Эта мера предосторожности особенно рекомендуется для выпрямителей малой мощности высокого напряжения.

При выключении выпрямителя из сети возникают перехрдные процессы, имеющие колебательный характер. Эти процессы описываются приведенными выше уравнениями. Решения

этих уравнений определяют величины тока вентиля и напряжения на конденсаторе в следующем виде:

е cos (Шф + ф);

(6-33)

пер

1+1 +

где tgф

е- 51п(о)ф^ + (р),

aL - Rn - г.

Ток вентиля будет постепенно уменьшаться со временем и время его полного исчезновения зависит от постоянной затухания а.

Напряжение на конденсаторе мою*.. ..м^ ..,ч,.<.ии[ь как и в предыдущем случае, подставляя значение тока из уравнения (6-30)

в уравнение

с уст + с

После дифференцирования получим:

Uc 0 X,

г

у

е cos (о)ф^ + Ф) +

ф

г sin (о)ф^ + ф)

е cos (0)ф^ + ф) ,

Приняв а£Гв и считая каждое из этих сопротивлений мень шими, чем o)фL, получим:

С=Ох.

o)фL/o / 1

е sin (о)ф^4-ф).

При этом максимальное напряжение на конденсаторе будет:

ИЛИ

(6-34)

практически

используемых фильтров множитель lo-fjH \ немногим больше единицы и перенапряжения на кон-

денсаторе выключении выпрямителя невелики. Характер изменения тока и напряжения при выключении выпрямителя показан иа рис. 6-6, д.

§ 6-4, ВЛИЯНИЕ СГЛАЖИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА НА РЕЖИМ

РАБОТЫ РАДИОУСТРОЙСТВА

Переходные процессы в фильтрах существенно влияют на режим работы радиоустройств. Характер этого влияния зависит от особенностей устройств, питаемых через фильтр. Ниже описываются лишь некоторые частные режимы работ радиоустройств с типичным характером влияния сглаживающих фильтров. Получаемые при этом выводы практически могут быть распространены и на аналогичные другие радиоустройства.

А* Искажения формы телегрг

В радиотелеграфных передатчиках с амплитудной модуляцией (манипуляцией) ток нагрузки меняется в пределах от /о до /о, как показано на рис. 6-7, а. Когда телеграфный ключ нажат и

происходит передача сигнала точки или тире, передатчик потребляет наибольший ток / и сопротивление нагрузки выпрямителя оказывается наименьшим. При отжатии ключа, что соответствует паузе между сигналами, потребляется наименьший ток /о и сопро-

и

		If

Рис. 6-7. Характер изменения тока нагрузки и напряжения на конденсаторе фильтра при передаче телеграфных сигналов.

нагрузки выпрямителя возрастает, становясь равным \- i?Hi- Одновременно с изменением тока нагрузки ме-

тивление Ru - Rn

няется выходное напряжение выпрямителя и в результате этого искажается форма передаваемых сигналов. Возможный характер искажений показан на рис. 6-7, б.

С

Н

In *

- о

Phc 6-8- К расчету выпрямителя при работе на радиотелеграфный передатчик.

Напряжение на конденсаторе фильтра Uc меняется в зависимости от величины тока нагрузки по-разному и, как показано выше, определяется индуктивностью и емкостью фильтра. Следовательно, и характер искажений формы передаваемых сигналов передатчика также будет зависеть от индуктивности и емкости сглаживающего фильтра. Поэтому расчет фильтра, через который от выпрямителя питается радиотелеграфный передатчик, должен включать в себя

проверку на допустимые искаже*, . передаваемых

сигналов.

На рис. 6-8, а показана эквивалентная схема выпрямителя при его работе на радиотелеграфный передатчик с амплитудной модуляцией. Как и в ранее рассмотренных случаях включения и выключения выпрямителя, можно воспользоваться уравнениями, аналогичными уравнениям (6-21) и (6-22). Решения уравнений для случая отжатого ключа имеют вид:

к = /о + (/о - о) е' cos о)ф^, (6-35)

Uc = и о + {1о - 1 о) j/ е si п о)ф^

где /о и Uo - постоянные составляющие тока и напряжения на нагрузке при отжатом ключе передатчика;

1 1 \ 1

При этом предполагается, что:

Полагая, что максимум напряжения на конденсаторе будет в момент времени /= л/2, получим:

агх

Uc макс = 0 + - /о) е Ф. (6-36)

н

ч

Практически перенапряжение приемлемо, если UcuaKch Uq* Для случая нажатого ключа решения исходных уравнений имеют вид:

/ = /o-(/o-/o)6-cosV; (6-37)

ac-f/o-(/o-/o)]/

1 , 1

2 \L ОДн/

Если положить, что напряжение на конденсаторе будет наименьшим через С0ф| = я/2 после нажатия ключа, то получим:

и

с мин

ио-(1о'-П)у^~е~ф. (6-38)

Практически искажения сигналов считаются допустимыми, если

Uc MHH0 83f/o-

Если искажения сигналов превышают указанные, то, как правило, приходится уменьшать индуктивность фильтра или параллельно индуктивности включать активное сопротивление.

Б. Искажения формы телеграфных сигналов

с учетом скорости их передачи

При небольших скоростях передачи сигналов с большими паузами между сигналами возможны моменты времени, в течение которых процессы установления режима работы фильтра успевают закончиться, В таких случаях применимы приведенные соотношения для определения перенапряжений и искажений сигналов. Если же передача ведется со скоростью, при которой продолжительность паузы между сигналами почти равна периоду собственных колебаний фильтра, то процессы установления не успевают закончиться, в результате чего будут наибольшие искажения формы передаваемых сигналов. Аналитически учесть эти искажения можно лишь для некоторых частных случаев и типов радиоустройств, питаемых через фильтр. Один из таких случаев описывается ниже.

Пусть передача одинаковых сигналов, например точек, происходит с частотой Q и ток, потребляемый передатчиком, изображается несинусоидальной кривой, как бы состоящей из постоянной

составляющей -(Iq + I!)) и переменной составляющей прямоуголь-

ной'формы с амплитудой/oq = y(o ~ Л)), как это показано на

рис. 6-8, б. Поскольку кривая периодически повторяется, то ее можно представить в виде следующего ряда:

1

0 - 2 vo

sin3Q

sin 5Q

* * * f

(6-39)

Сопротивление фильтра току передатчика с частотой, равной собственной частоте фильтра, будет:

в

т. е. равно эквивалентному сопротивлению параллельного колебательного контура, каким является фильтр, с резонансной частотой

Падение напряжения на фильтре при протекании по нему тока

первой гармоники

и

4 , L

(6-40)

Коэффициент искажений, вносимых фильтром,

к

иск

Отсюда следует, что

С

к

иск

2(/o-7i7*

(6-41)

Практически при современных . .....м^и допускается

/Сиск < 20%. Если почему-либо нельзя из нить соотношения L и С, при которых обеспечивается допустимый коэффициент искажения, то надо уменьшить величину {Iq - /о). Для этого надо включить балластное сопротивление нагрузки выпрямителя на время отжатия ключа, увеличивая тем самым величину 1. В тех случаях, когда включение балластного сопротивления оказывается экономически невыгодным, надо уменьшать емкость С, заведомо увеличивая величину /Сиск.

Если один и тот же сглаживающий фильтр используется для питания нескольких передатчиков, например телефонного и телеграфного, необходимо принять меры к одновременному уменьшению сигналов обоих передатчиков. При этом целесообразно параллельно

дросселю фильтра включать активное шунтирующее сопротивление как показано на схеме рис. 6-8, е. Сопротивление должно быть меньше индуктивного сопротивления дросселя при резонансной частоте. Это обеспечивает протекание постоянной составляющей тока через дроссель, сопротивление которого постоянному'току мало, переменная же составляющая тока проходит частично по сопротивлению R.. При этом искажения, вносимые фильтром, определяются коэффициентом

К

иск

Uo ~ Uo

(6-42)

*\ш - / НИН -- А ИСК oil !\

0q -

Одновременно с уменьшением искажений при шунтировании дросселя фильтра уменьшается и коэффициент сглаживания. Для фильтра с дросселем, параллельно которому включено сопротивление Ry коэффициент сглаживания

сгл, г

/?ш + jnmL * jm&C

ИЛИ

A СГЛ. Г = /------ гггтт = /П toLC

У Rl + mmL YRt. + т^ы^1

Если учесть, что

?ш<о)ф£; о)ф<то); trmLR ,

то Ксгл. r/ntoCi?. (6-43)

В случае, если Кстя.г окажется меньше заданного для нормальной работы передатчика, то необходимо увеличить емкость С.

Проверка фильтра на искажения передаваемых сигналов с частотой, отличающейся от частоты собственных колебаний фильтра, ограничивается выполнением неравенства

L С

0,25. (6-44)

в. Искажения модулированных сигналов

При питании усилителей звуковой частоты или радиопередатчиков с амплитудной модуляцией потребляемый от выпрямителя ток меняется по величине в соответствии с амплитудой передаваемого сигнала или усиливаемых колебаний. Например, в усилителе, работающем в режиме колебаний 1-го рода, анодный ток изменяется в зависимости от амплитуды усиливаемого колебания; причем изменяется лишь переменная составляющая тока, а постоянная составляющая - неизменна, если напряжение питания Uf не колеблется. Если же напряжение будет меняться, то возникнут искажения модулированных сигналов.

Рпс. 6-9 Схемй питания УНЧ (а), эквивалентная схема (б) и график

изменения тока нагрузки (в).

Пусть, например, осуществляется питание сдкокаскадного усилителя низкой частоты, работающего в режиме класса А по схеме, показанной на рис. 6-9, а; там же показаны эквивалентная схема (б) и графики тока (/). Здесь сопротивление фильтра переменной составляющей анодного тока усилителя определяется, в основном, сопротивлением конденсатора С; сопротивление фильтра переменным составляющим выпрямленного тока определяется сопротивлением дросселя. В результате, чтобы обеспечить наилучшее сглаживание пульсации выпрямленного тока, надо увеличить сопротивление дросселя, а для большего постоянства коэффициента усиления надо стремиться к наименьшему сопротивлению конденсатора и всей цепи выпрямителя, в том числе и 2ф.

Удовлетворить одновременно обоим требованиям почти невозможно, поэтому возникают частотные искажения усиливаемого сигнала, выражающиеся в том, что сигналы некоторых частот усиливаются лучше, а некоторых

Для определения величины искажений и выбора элементов сглаживающего фильтра можно использовать следующие соотношения. Если сопротивление фильтра с выпрямителем было бы ничтожно малым, то ток звуковой частоты был бы

где \i - статический коэффициент ус.

внутрег-

нее сопротивление лампы; - активное сопротивление нагрузки в анодной цепи лампы; Ug - амплитуда напряжения усиливаемого сигнала.

При наличии сопротивления фильтра ток звуковой частоты определится соотношением

Ф

Ф

- комплексное сопротивление фильтра, изменяющееся с частотой усиливаемого сигнала.

Возникающие при этом частотные искажения можно определить коэффициентом

К

ч. иск

Ri + R

а

а

ф

Сопротивление фильтра току частотой Q будет

В

jQL)-:

ф

+ / I

®ф,

В случае, если

где Q - наиболее низкие частоты усиливаемого сигнала, то сопро тивление фильтра

Ф

в этом случае коэффициент частотных искажений

К

Ri + R.

Ч. ИСК

(6-45)

а при заданном значении Кч, иск необходимая емкость фильтра

С

1 1 / /Сч. ИСК

ОШ+Ш у I /Сч иск

Практически допускают /<ч.иск - 0,97 ч- 0,98 и тогда требуется емкость фильтра

С

(5 6) 10

(Я| + Ra)

(6-46)

При питании модулятора передатчика можно воспользоваться приведенными соотношениями. В этом случае усилитель явится модулятором и коэффициент частотных искажений послужит мерой искажения формы огибающей кривой модулированных высокочастот-

1 ... 15 16 17 18 19 20 21 ... 32