|
Вне зависимости от того, используется ли мостовая схема выпрямления или схема с отводом от центральной точки во вторичной
обмотке, форма напряжения, которая будет поступать в последующие цепи схемы, будет одинакова. Хотя напряжение после выпрямления
и имеет одну полярность, это напряжение не является постоянным сглаженным. Назначение
сглаживающих элементов (одиночных, либо цепей фильтрации), включаемым на выход выпрямителя, заключается
в том, чтобы снизить пульсации напряжения до такого уровня, который является либо приемлемым для питания усилителя, либо
таковым, чтобы остаток пульсаций мог подавить стабилизатор напряжения.
Самый простой способ сгладить пульсации выходного напряжения, поступающего с выхода блока выпрямления, это подключить
накопительный конденсатор параллельно выходу и питать нагрузку от одного накопительного конденсатора (рис. 6.6).
Рис. 6.6 Источник питания, в котором используется накопительный конденсатор
При условии отсутствия тока в нагрузке (при холостом ходе) конденсатор зарядится до напряжения, равного полному амплитудному
значению переменного напряжения, имеющегося на выходных клеммах вторичной обмотки трансформатора, то есть значения (Vsec
* √2)
Величина заряда на конденсаторе в течение каждого периода изменения напряжения будет пропорциональна выходному напряжению
трансформатора, причем, в момент прохождения напряжения через максимальное значение заряд на конденсаторе достигает своего
максимального значения. Напряжение на выходе трансформатора затем снижается достаточно быстро, а при достижении нулевого
амплитудного значения выпрямительные диоды перестают проводить ток. Ток в нагрузке при этом обеспечивается за счет накопленного
заряда в конденсаторе, который разряжается, при резистивной нагрузке напряжение на нем снижается по экспоненциальному закону
до тех пор, пока напряжение на выходе трансформатора вновь не возрастет до значения, достаточного для заряда конденсатора.
После этого цикл заряда-разряда конденсатора повторяется (рис. 6.7).
Рис. 6.7 Напряжение пульсаций, возникающее на накопительном конденсаторе в течение его цикла заряда-разряда
Хотя теоретически снижение напряжения на конденсаторе во время разряда происходит по экспоненциальному закону, с достаточной
для практических целей точностью можно аппроксимировать экспоненту, по которой происходит уменьшение напряжения, прямой
линией. В случае, когда в качестве нагрузки используется последовательно включенный стабилизатор, кривая снижения напряжения
в действительности является прямой линией. Использование такого упрощения позволяет легко рассчитать величину напряжения
остаточных пульсаций.
Заряд, накапливаемый на конденсаторе, определяется выражением:
Приравнивая правые части уравнений, можно написать:
Из этого выражения определяется величина напряжения на конденсаторе:
Общая величина заряда, выраженная через величину тока I, протекающего за время t, можно выразить следующим
образом:
Данное уравнение показывает изменение напряжения на конденсаторе, которое вызывается током I, протекающим через
конденсатор в течение времени t. Если частота переменного тока в сети питания равна 50 Гц, то время одного полупериода
составит 0,01 с. Если принять еще одно допущение, что ток протекает по конденсатору в течение всего полупериода, то тогда
в приведенной формуле время t = 0,01 с. После подстановки t получится очень полезное выражение для определения
величины двойного амплитудного (то есть пик-пикового) значения напряжения пульсаций:
На первый взгляд может показаться, что это выражение будет малоприменимым, так как при его получении были использованы
два очень существенных приближения, однако, с учетом того, что в качестве накопительных конденсаторов выпрямителя, как правило,
используются электролитические конденсаторы, точность изготовления которых составляет + 20%, то требование высокой точности
при выводе этого выражения (с учетом ошибки, вносимой разбросом параметров конденсатора и других элементов схемы), не представляется
таким уж необходимым.
Используя данное выражение, можно рассчитать напряжение пульсаций на выходе схемы, приведенной на рис. 6.6 в качестве
примера, когда емкость конденсатора составляет 68 пФ, а ток нагрузки равен 120 мА.
Полученное значение напряжения пульсаций составляет примерно 5% от полного значения напряжения питания, что можно оценивать
как вполне неплохой результат для выбранной схемы.
Результаты расчета по вышеприведенной методике можно считать вполне разумными с практической точки зрения, при условии,
что напряжения остаточных пульсаций обычно укладывается в пределы от 5 до 20% от значения общего напряжения (на практике,
как правило, просто не допускаются напряжения пульсаций, превышающие указанные значения).
|
