Filtros anti-aliasing e estabilizadores de tensão

Os filtros de suavização são projetados para reduzir a ondulação de tensão retificada. A suavização de ondulação é avaliada pelo fator de suavização q.

Os principais elementos dos filtros de suavização são capacitores, indutores e transistores cuja resistência é diferente para correntes contínuas e alternadas.

Dependendo do tipo de elemento filtrante, é feita uma distinção entre filtros capacitivos, indutivos e eletrônicos. De acordo com o número de links de filtragem, os filtros são divididos em link único e link múltiplo.

Um filtro capacitivo é um capacitor com grande capacidade conectado em paralelo com o resistor de carga Rn. Um capacitor tem alta resistência CC e baixa resistência CA. Vamos considerar a operação do filtro no exemplo de um circuito retificador de meia onda (Fig. 1, a).

Figura 1-Retificador monofásico de meia onda com filtro capacitivo: a) circuito b) diagramas de temporização da operação

Quando uma meia onda positiva flui no intervalo de tempo t0 - t1 (Fig. 2.63, b), a corrente de carga (corrente de diodo) e a corrente de carga do capacitor fluem.O capacitor é carregado e no tempo t1 a tensão no capacitor excede a queda de tensão do enrolamento secundário - o diodo fecha e no intervalo de tempo t1 - t2 a corrente na carga é fornecida pela descarga do capacitor. Che. a corrente na carga flui constantemente, o que reduz significativamente a ondulação da tensão retificada.

Quanto maior a capacitância do capacitor Cf, menor a excitação. Isso é determinado pelo tempo de descarga do capacitor — a constante de tempo de descarga τ = СfRн. Em τ> 10, o coeficiente de suavização é determinado pela fórmula q = 2π fc m Cf Rn, onde fc é a frequência da rede, m é o número de meios-períodos da tensão retificada.

Recomenda-se usar um filtro capacitivo com um resistor de carga RH de alta resistência em baixas potências de carga.

Filtro indutivo (choke) está conectado em série com Rn (Fig. 3, a). A indutância tem baixa resistência DC e alta resistência AC. A suavização de ondulação é baseada no fenômeno de auto-indução, que inicialmente impede que a corrente aumente e depois a suporta com sua diminuição (Fig. 2, b).

Figura 2-Retificador monofásico de meia onda com filtro indutivo: a) circuito, b) diagramas de temporização da operação

Os filtros indutivos são utilizados em retificadores de média e alta potência, ou seja, em retificadores que operam com grandes correntes de carga.

O coeficiente de suavização é determinado pela fórmula: q = 2π fs m Lf / Rn

O funcionamento do filtro capacitivo e indutivo baseia-se no fato de que durante o fluxo da corrente consumida pela rede, o capacitor e o indutor armazenam energia, e quando não há corrente da rede, ou diminui, os elementos dão um desligamento da energia armazenada, mantendo a corrente (a tensão) na carga.

Os filtros multijunção usam as propriedades de suavização de capacitores e indutores. Em retificadores de baixa potência, onde a resistência do resistor de carga é de vários kOhm, em vez da bobina Lf, o resistor Rf é incluído, o que reduz significativamente a massa e as dimensões do filtro.

A Figura 3 mostra os tipos de filtros ladder LC e RC.

Figura 3-Filtros de múltiplas junções: a) LC em forma de L, b) LC em forma de U, c) filtro RC

Os estabilizadores são projetados para estabilizar uma tensão (corrente) constante da carga durante flutuações na tensão da rede e mudanças na corrente consumida pela carga.

Os estabilizadores são divididos em estabilizadores de tensão e corrente, bem como paramétricos e de compensação. A estabilidade da tensão de saída é avaliada pelo fator de estabilização Kst.

Estabilizador paramétrico baseado no uso de um elemento com característica não linear - um diodo zener semicondutor.A tensão do diodo zener é quase constante com uma mudança significativa na corrente reversa através do dispositivo.

O circuito estabilizador paramétrico é mostrado na Figura 4. A tensão de entrada UBX é distribuída entre o resistor limitador Rlim e o diodo zener conectado em paralelo VD e o resistor de carga Rn.

Figura 4 — Estabilizador paramétrico

À medida que a tensão de entrada aumenta, a corrente através do diodo zener aumentará, o que significa que a corrente através do resistor limitador aumentará e uma queda de tensão maior ocorrerá através dele, e a tensão de carga permanecerá inalterada.

O estabilizador paramétrico tem um Kst da ordem de 20-50. As desvantagens deste tipo de estabilizadores são baixas correntes de estabilização e baixa eficiência.

Os estabilizadores paramétricos são usados ​​como fontes de tensão auxiliares, bem como quando a corrente de carga é pequena - não mais do que centenas de miliamperes.

Um estabilizador de compensação usa a resistência variável do transistor como um resistor limitador. À medida que a tensão de entrada aumenta, a resistência do transistor também aumenta, correspondentemente, à medida que a tensão diminui, a resistência diminui. Neste caso, a tensão na carga permanece inalterada.

O circuito estabilizador dos transistores é mostrado na Figura 5. O princípio de regulação da tensão de saída URn é baseado em uma mudança na condutividade do transistor de regulação VT1.

Figura 5 — Esquema do regulador de tensão de compensação

Um circuito de comparação de tensão e um amplificador DC são montados no transistor VT2. O circuito de medição R3, R4, R5 está incluído em seu circuito base e a fonte de tensão de referência R1VD está incluída no circuito emissor.

Por exemplo, à medida que a tensão de entrada aumenta, a saída também aumenta, o que levará a um aumento da tensão na base do transistor VT2, enquanto ao mesmo tempo o potencial do emissor VT2 permanecerá o mesmo.Isso levará a um aumento na corrente de base e, portanto, na corrente de coletor do transistor VT2 - o potencial de base do transistor VT1 diminuirá, o transistor fechará e uma queda de tensão maior ocorrerá nele, e a tensão de saída será permanece inalterado.

Hoje, os estabilizadores são produzidos na forma de circuitos integrados. Um esquema típico para ativar um estabilizador integrado é mostrado na Figura 6.

Figura 6 — Esquema típico para ligar um estabilizador de tensão embutido

Designação das saídas do microcircuito estabilizador: «IN» — entrada, «OUT» — saída, «GND» — comum (caso). Se o estabilizador for ajustável, haverá uma saída «ADJ» — ajuste.

A seleção do estabilizador é baseada no valor da tensão de saída, na corrente de carga máxima e na faixa de variação da tensão de entrada.