Главная » Книги и журналы

1 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 32

ных колебаний. При этом можно считать, что Iq = где М - коэффициент модуляции; - амплитуда тока высокой частоты.

При использовании уравнения (6-46) надо положить О,

так как сопротивление резонансного контура в анодной цепи модулятора для низкочастотного тока Iq ничтожно мало.

Необходимые расчетные соотношения можно получить на основании следующего. Пусть из-за падения напряжения в фильтре анодное напряжение модулятора снизится до 0,98 Uq. Так как сопротивление фильтра току низкой частоты является чисто емкостным, то падение напряжения в фильтре составит:

Ф

(6-47)

где (/о- среднее значение (постоянная составляющая) выпрямленного напряжения. Таким образом,

Ф

откуда необходимая емкость фильтра

С

Учитывая, что внутреннее сопротивление лампы переменному току высокой частоты составляет, наибольший коэффи-циент модуляции УИмакс 1, получим:

с

(6-48)

§ 6-5. ЭЛЕКТРОННЫЕ СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Описанные выше сглаживающие LC- и /?С-фильтры обладают рядом преимуществ и недостатков. Основными недостатками LC-фильтров являются громоздкость и дороговизна дросселя фильтра, зависимость коэффициента сглаясивания от тока нагрузки, возникновение переходных процессов, создание дросселем электромагнитных полей помех, а также и то, что медленные изменения и колебания напряжения на входе фильтра беспрепятственно передаются в нагрузку. Не менее существенны и недостатки iC-фильтров; относительно малая сглаживающая способность, большое падение напряжения и др.

От многих перечисленных недостатков LC- и /?С-фильтров свободны электронные сглаживающие фильтры, которые можно подразделить наламповыеи транзисторные сгла-

живающие фильтры.



А. Электронноламповые

4111ЛЫрЫ

Электронноламповые сглаживающие фильтры могут быть построены по примеру LC-фильтров так, что лампа заменяет дроссеь или конденсатор фильтра. Действие таких фильтров лучше всего рассмотреть на конкретных примерах.

На рис. 6-10, а показана схема П-образного сглаживающего фильтра, в котором вместо дросселя использован пентод. Его действие по существу такое же, как и действие дросселя: для переменных составляющих выпрямленного тока его сопротивление велико,




20 iiO ВО вот

Рис. 6-10. Сглаживающий П-образный фильтр с пентодом вместо дросселя

а для ПОСТОЯННОЙ составляющей тока - мало. Сглаживающее действие фильтра можно определить так же, как это делалось {§ 6-2), в виде произведения коэффициентов сглаживания /Ссгл.с

и /Ссгл.Г*

В соответствии с формулой (6-8) коэффициент пульсации напряжения на конденсаторе можно упрощенно определить в виде:

(6-49)

где i?o - внутреннее сопротивление пентода постоянному току.

Коэффициент сглаживания Г-образным звеном фильтра, включающим в себя пентод и конденсатор С^у можно определить в виде:

/Ссгл.

К и

и

н

и

lu il

где 2 - /? ~~ f + fmioCRir

внутреннее сопротивление пентода (для переменного тока)

Z==r, + Ri + Z\



Учитывая, что г„</?г и R >-~c;, получим = ~Jjjc,

2 = -/7,-

Z~ . 1

mcoC

ИЛИ /Ссгл. Г = ViRifnaiCz) + 1 mdiCRi. (6-50)

Полученное соотношение (6-50) аналогично выражению (6-10), если заменить внутреннее сопротивление лампы сопротивлением дросселя переменному току. Отсюда видно, что целесообразно применять в сглаживающих фильтрах лампы с большим Ri, например пентоды.

Падение напряжения постоянного тока в описываемом фильтре зависит от типа пентода, тока нагрузки и режима работы пентода. Из характеристик пентода (рис. 6-10, б) следует, что область его использования для целей сглаживания ограничена пределами, отмеченными точками а п б. При использовании пентода в режиме, определяемом характеристикой в пределах от О до а, т. е. при малых токах нагрузки и малом падении напряжения на пентоде, коэффициент сглаживания Ксг?,т мал, так как на этом участке характеристики сопротивление пентода переменному и постоянному току почти соизмеримы. С увеличением тока нагрузки возрастает падение напряжения и увеличивается коэффициент сглаживания, так как в этом режиме работы пентод все больше ведет себя как нелинейное сопротивление, у которого Ri >Rq. Тем не менее заходить далеко за пределы точки б не следует, ибо при этом возрастает падение напряжения постоянного тока на пентоде.

На рис. 6-10, е приведены в качестве примера сравнительные характеристики электронного фильтра по схеме рис. 6-10, а (сплошные линии) и LC-фильтра (пунктирные линии). Из сопоставления этих характеристик можно сделать соответствующие выводы, позволяющие выбирать тот или другой тип фильтра. В общем случае можно сделать заключение о том, что при токах нагрузки до 100 ма и выпрямленном напряжении 600-1500 е рационально применить пентодный фильтр, а при низких напряжениях (до 200 в) и малых токах нагрузки (менее 60 ма) применять электронноламповый фильтр не рекомендуется.

На рис, 6-11 приведены схемы Г-образных сглаживающих фильтров, в которых электронная лампа используется в качестве конденсатора фильтра. В каждой из этих схем на вход лампы через разделительные конденсаторы С подаются переменные составляющие выпрямленного напряжения и усиливаются ею, создавая на нагрузке усиленное переменное напряжение со сдвигом фазы относительно входного переменного напряжения на 180 . Этим самым



компенсируется влияние переменных сос1иьляющих напряжения на нагрузку.

В применении к схеме рис. 6-11, а, в соответствии с приведенными там обозначениями, переменная составляющая анодного тока лампы

Un-Vn

а

где 2др - модуль сопротивления дросселя переменному току; Un и L/n - переменные составляющие напряжений до дросселя и после него.



-0 JZ


Vm. 6-1L Схемы электронных сглаживающих фильтров, в которых лампа действует как конденсатор фильтра.

Если пренебречь сопротивлением конденсатора С и считать характеристику лампы на этом ее участке линейной, то получим:

ИЛИ после соответствующего преобразования найдем, что

и

крутизна характеристики лампы.

Отсюда коэффициент сглаживания Г-образного фильтра, в котором лампа выполняет функции конденсатора по схеме рис. 6-11, а, будет:

/Ссгл.г=! = ! = 52др+1. (6-51)

Например, при Zap = 1 ком и частоте пульсации 100 гц в схеме с лампой, у которой S = 10 ма/в, получается К'сгл. г =11. Это эквивалентно действию фильтра с таким же дросселем и конденсатором Сф = 15 мкф.

Фильтр со схемой, показанной на рис. 6-11, б, представляет iC-фильтр, действие которого аналогично описанному, т. е. лампа является конденсатором.



Эффективность сглаживания фильтра увеличивается при включении напряжения переменной составляющей в цепь отрицательной обратной связи усилителя, например, как это сделано в схеме рис. 6-11, б. Здесь левая половина лампы Лх является усилителем напряжения отрицательной обратной связи с коэффициентом усиления /С. Правая половина лампы - Л^, включенная как катодный повторитель (с общим анодом), является фильтрующей лампой , т. е. она выполняет функции такие же, как лампа в схеме рис. 6-11 ,а. В ней помимо соответствующего усиления переменной составляющей напряжения осуществляется сдвиг фазы на 180 .

Коэффициент сглаживания фильтра по схеме рис. 6-11, е определяется в виде:

/Ссгл. Г = SKZji + 1.

Например, при К

20, S

(6-52) 100 гц

= 10 ма/в, Zji = 1 ком и /ц = лампа действует эквивалентно с действием конденсатора = 75 мкф\

Большое преимущество фильтров с электронными лампами вместо конденсаторов Сф заключается в том, что с их помощью легко устраняются медленные изменения напряжения на нагрузке (низкочастотные пульсации и колебания). Такое действие фильтра очень важно, например, при питании цепей ускоряющих электродов

электроннолучевых приборов (трубок). Такие фильтры рационально применять и при питании радиоустройств от источников тока с непериодическим медленным изменением питающего напряжения.

Б. Транзисторные сглаживающие фильтры

Транзистор, как и пентод, обладает резко различными величинами сопротивления постоянному и переменному току. Как видно из характеристик плоскостного транзистора, приведенных на рис. 6-12, а, сопротивления постоянному и переменному току будут:

i?o = И /?к = Щгг^. причем > Rq (при одном и том же зна-

чении напряжения эток / велик, а приращение этого тока мало). Таким образом, транзистор выгодно включать в схему фильтра

взамен дросселя.

Простые схемы транзисторных сглаживающих фильтров можно подразделить на два типа схем: с включением нагрузки в цепь коллектора или в цепь эмиттера, т. е. включение транзистора по схемам с общим эмиттером или общим коллектором. Третья возможная схема включения транзистора (с общей базой) как бы исключается.

Простейшая схема транзисторного П-образного сглаживающего фильтра с включением нагрузки в цепь коллектора приведена на рис. 6-12, б. Здесь конденсатор Сфх играет роль емкостного звена фильтра, а транзистор с конденсатором Сф2 составляют Г-образное звено фильтра.



Действие транзисторного сглаживс1Юилс1о фильтра можно объяснить усилительными свойствами подобных схем при питании их от общей батареи. Как известно, ток коллектора плоскостного транзистора почти не зависит от потенциала коллектора и в основном определяется током эмиттера /э, о чем можно судить по статическим характеристикам транзистора, идущим почти полого. При условии поддержания тока эмиттера постоянным любое изменение напряжения на входе и выходе схемы транзистора приведет лишь к перемещению рабочей точки А по характеристике вправо или влево, почти не вызывая изменения тока 1. Таким образом,


const




Рис. 6-12. Схемы транзисторных сглаживающих фильтроз.

если на входе транзисторного фильтра имеется пульсирующее напряжение, то, хотя рабочая точка А и будет перемещаться по характеристике, напряжение на нагрузке Uq = /к/?н останется почти неизменным. Поскольку характеристики транзистора идут не точно параллельно оси абсцисс (не строго полого), то на выходе транзисторного фильтра будет ощущаться пульсация напряжения на нагрузке, но значительно меньшая, чем на входе фильтра. Получаемая же пульсация на выходе транзисторной схемы будет дополнительно сглаживаться конденсатором Cg.

Из сказанного следует, что наилучшими транзисторами для сглаживающих фильтров являются те транзисторы, у которых а,-имеет максимальное значение, т. е. с наиболее пологими выходными характеристиками.

Для поддержания постоянства тока /э в схеме рис. 6-12,6 использована цепочка C2R1 с большой постоянной времени. Как видно из рис. 6-12, в, при учете того, что сопротивление р - п-пере-



хода эмиттер - база невелико, ток эмиттера

и

причем благодаря большой постоянной времени CRi напряжение на конденсаторе Сг за время одного периода пульсации не может измениться намного. Поэтому ток практически остается неизменным, обеспечивая указанное выше малое изменение тока / .

Сопротивление R2 обычно служит для установки заданного режима работы транзистора по постоянному току и величина этого сопротивления выбирается в зависимости от тока нагрузки Iq.

Более строгое объяснение действия транзистора в схеме сглаживающего фильтра и расчет схемы можно выполнить на основании эквивалентной схемы (рис. 6-12, г). Однако ввиду сложности выводов расчетных формул ниже приводятся приближенные расчетные соотношения, обеспечивающие достаточную точность определения параметров транзисторного фильтра. Более точные расчетные соотношения приводятся в соответствующей специальной литературе ,

На основании упрощенных расчетных методов можно определить следующие основные параметры схемы фильтра. Сопротивление фильтра постоянному току

Rф - Ri

о

(6-53)

где а - напряжение на участке коллектор -эмиттер, Ь\ выбирается в зависимости от типа транзистора (4-12); R - выбирается в зависимости от тока нагрузки /о в пределах 40-100 ом. Падение напряжения на фильтре А[/ф = RIq. Емкость конденсатора

С

1Q& -ь 10

мкф

с рабочим напряжением

раб 1 5/о/?1 в

Сопротивление

aiUoRu

\Ryi

1 - а,-) - / кон

(6-54)

где cci - статический коэффициент усиления транзистора по току; Rk - сопротивление коллекторного р - /г-перехода; / о - ток коллектора при L = 0.

Коэффициент сглаживания фильтра

/Ссгл. п

RkRzRi


(/?2 + Rk)

(6-55)

т



Индуктивность, эквивалентная а.

,ал5Истора в фильтре,

(6-56)

На рис. 6-12, д показана одна из простейших схем Г-образного фильтра, в котором нагрузка включена в цепь эмиттера. В этом случае транзистор работает в режиме эмиттерного повторителя, определяя тем самым эксплуатационные свойства всего фильтра.

Транзисторные сглаживающие фильтры целесообразно применять при заметно больших токах нагрузки и низком выпрямленном напряжении. Коэффициент сглаживания таких фильтров снижается с увеличением тока нагрузки.

Существенными недостатками транзисторных сглаживающих фильтров, даже построенных по сложным схемам, являются температурные зависимости режима работы транзисторов, необходимость сложной защиты транзисторов от перегрузки потоку и напряжению.

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

§ 7-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Важнейшим условием нормальной работы радиоустройств является стабильность (неизменность) питающего напряжения или тока. В зависимости от характера работы радиоустройства к источникам питания предъявляются различные требования по стабильности питающего напряжения или тока. В табл. 7-1 приведены приблизительные данные о требуемой стабильности питающих напряжений и токов.

Таблица 7-1

Электрические цепи радиоустройств

Допустимые нестабильности напряжения JiUJUq

или тока ± Д/о/о. %

Радиовещательные станции.............

Ускоряющие цепи электроннолучевых приборов в осциллографах, телевизорах и подобных приборах...................... .

Электронные микроскопы .............

Клистронные генераторы............ . .

Фокусирующие катушки телевизионных устройств

Многокаскадные усилители постоянного тока и им подобные устройства............. . .

0,5-0,8

0,05-0,1 0,5-1,0

10 3

0,005-0,01

Как правило, чем большую стабильность частоты или амплитуды колебаний надо получить, например от генератора, или чем точнее



ДОЛЖНО быть измерительное устройство, тем стабильнее должны быть питающие это устройство напряжения. Величину необходимой стабильности обычно определяют в процессе расчета питаемого устройства (генератора, усилителя и т. п.). Условно можно подразделить все радиоустройства по требуемой стабильности питающего напряжения на три группы:

стабильность ........ малая средняя высокая

допустимые пред&т1ы изменения питающих напряжений, % .......... ±2-5 ±0,5-2 ±0,001-0,5

Большинство источников электропитания не обеспечивает заданной стабильности напряжения и тока в нагрузке. Как правило, наибольшая величина нестабильности отмечается за длительный

промежуток времени, но наряду с этим имеется и кратковременная нестабильность. Чтобы обеспечить заданную стабильность питающих напряжений и токов между источником электропитания и нагрузкой включаются стабилизаторы или автоматические регуляторы напряжения и тока.

При стабилизации напряжения поддерживается постоянство напряжения на нагрузке в течение заданного длительного времени. Этот процесс существенно отличается от сглаживания пульсаций, когда осуществляется уменьшение переменной составляющей напряжения, результатом действия которой происходит периодическая кратковременная нестабильность питающего напряжения. Стабилизация напряжения характерна и тем, что значительно уменьшаются или устраняются также и непериодические изменения питающего напряжения. Одновременно любой стабилизатор напряжения в какой-то мере сглаживает и периодические изменения питающих напряжений, т. е. вместе со стабилизацией выполняются функции сглаживания пульсаций.

В простейшем случае, при неизменном сопротивлении нагрузки i?H> изменение выходного напряжения стабилизатора обусловлено изменением напряжения на его входе. В таком случае действие стабилизатора напряжения сводится к тому, чтобы t поддерживать в заданных пределах напряжение на выходе стабилизатора (на нагрузке) при заданных пределах изменения напряжения на входе стабилизатора. Например, пусть задано получить на выходе стабилизатора и^ых. 240 в ± К при напряжении на входе стабилизатора U = 400 в±Му где К и М - величины допустимых отклонений напряжений от номинальных значений в процентах. Часто встречаются случаи, когда допуски в сторону увеличения напряжения не равны допускам в сторону уменьшения напряжения.

Параметры стабилизатора должны автоматически так меняться, чтобы компенсировать влияние изменяющегося напряжения на его входе. В более сложных случаях, когда нестабильность выходного напряжения зависит не только от изменения входного напря-

7 в. Ю. Рогпкский

19а



жения, но и определяется измени. дурного режима

работы стабилизатора и источника тока, изменением влажности, давления, окружающей температуры и рядом других факторов, тогда в стабилизаторе должны быть предусмотрены соответствующие элементы, автоматически реагирующие на эти изменения. В первом приближении стабилизаторы решают только первую задачу, связанную с изменением входного напряжения. В более сложных стабилизаторах решаются все остальные задачи, в том числе обеспечение постоянства выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки.

Стабилизатор напряжения постоянного тока можно характеризовать следующими основными параметрами:

частным коэффициентом стабилизации по напряжению

к

(7-1)

сопротивлениями входа постоянному и переменному току

Авх. стат - г J Авх. дин - д /

сопротивлениями выхода постоянному и переменному току

П ВЫХ . Г) А^вых.

Авых. стат- г Авыхдии- дг

вых вых

коэффициентом сглаживания пульсации напряжения q = -

вых

где (/их и (/вых - входное и выходное напряжение стабилизатора; А(/,;;, и А(/вых - изменения входного и выходного напряжения.

Стабилизаторы переменного тока описываются дополнительными характеристиками, в том числе зависимостью выходного напряжения от частоты питающего напряжения, искажением формы кривой выходного напряжения и некоторыми другими параметрами, оговариваемыми техническими условиями особо.

Стабилизатор тока отличается от стабилизатора напряжения тем, что при его помощи обеспечивается постоянство тока в нагрузке независимо от изменений входного напряжения и изменения тока в цепи стабилизатора. В частном случае, когда сопротивление нагрузки не изменяется по величине, то при постоянном выходном напряжении и ток нагрузки не изменится. В этом случае нет различия между стабилизаторами тока и напряжения.

Стабилизатор тока можно характеризовать частным коэффициентом стабилизации по току:

к

вх . вых

ст i г / >

(7-2)

вх вых

где /вх и /вых - токи на входе и выходе стабилизатора; A/ и Д/вы.ч - изменения токов на входе и выходе стабилизатора.

Основные типы стабилизаторов напряжения и тока характеризуются по методу стабилизации и подразделяются на стабилизаторы



1 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 32
Яндекс.Метрика