3.1. Сглаживающие фильтры.

Сглаживающий фильтр предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке. Он должен пропускать постоянную составляющую выпрямленного напряжения и ослаблять его гармонические составляющие.

Наиболее простым является емкостной сглаживающий фильтр.

Включается параллельно сопротивлению нагрузки. Схема выпрямителя с фильтром и временные диаграммы, поясняющие работу схемы представлены на рисунке 6.

Рис. 6. Выпрямитель с фильтром.

Начиная с момента времени мгновенное значение входного напряжения больше нуля. Это приводит к открыванию диодов VD2 и VD3. Через эти диоды протекает ток, равный сумме тока нагрузки и тока заряда конденсатора:

.

До момента t₂ мгновенные значения напряжений выходного u_c = u_н и входного u будут равны. После момента t₂ напряжение u становится меньше u_c. Это вызовет запирание ранее открытых диодов VD2 и VD3 и отключение нагрузки от входного напряжения. Далее до момента t₃ напряжение на нагрузке будет поддерживаться исключительно за счет заряда, накопленного в конденсаторе С до момента t₂. Разряд конденсатора происходит по экспоненциальному закону:

.

В момент t₃ входное напряжение становится равным напряжению на конденсаторе и диоды VD1 и VD4 открываются. Начиная с момента времени t₃ конденсатор заряжается от источника входного напряжения. Далее описанные выше процессы заряда и разряда конденсатора периодически повторяются.

Включение конденсатора параллельно к сопротивлению нагрузки приводит к снижению пульсаций выходного напряжения выпрямителя. Величину емкости конденсатора С_ф на практике выбирают так, чтобы при заданном сопротивлении нагрузки выполнялось соотношение:

.

При этом условии напряжение на конденсаторе в фазе разряда спадает относительно медленно.

В установившемся режиме степень пульсации напряжения на выходе выпрямителя можно оценить коэффициентом пульсации:

,

где U_вых.max – максимальное напряжение на выходе;

U_вых.min – минимальное напряжение на выходе;

U_н. – среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке.

4. Стабилитрон.

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, p-n-переход которого работает в режиме лавинного пробоя. Такой режим возникает при смещении p-n-перехода в обратном направлении. В режиме лавинного пробоя в широком диапазоне изменения тока через диод падение напряжения практически остается неизменным.

На рис. 7 показаны условные обозначения графические изображения стабилитронов и приведена вольт-амперная характеристика.

Рис. 7.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона – это параметр, характеризующий наклон его вольт-амперной характеристики в области пробоя.

Схема параметрического стабилизатора приведена на рис. 8.

Рис. 8.

Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают балластное сопротивление R_б.

Важным параметром стабилизатора напряжения является коэффициент стабилизации К_U.

,

где ; .

Для оценки коэффициента стабилизации сделаем предположение, что и R_н. = const.

Тогда можно записать соотношения:

;

,

где R_д. – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Тогда коэффициент стабилизации можно рассчитать по формуле:

.

Типовая величина коэффициента стабилизации составляет 10 – 30.