Надольский А.Н. Теоретические основы радиотехники (2005) (1151788), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

Напряжение навыходе детектора создается только постоянной составляющей тока, которая вданном случае не будет постоянной в полном смысле этого слова. Она будетизменяться по закону модуляции входного сигнала. Таким образом, выходнойсигнала детектора будет равенuвых (t )  I 0 (t ) R   0 ( ) I m (t ) R .I m (t )  S [U (t )  u вых (t )]  SU (t )1  u вых (t ) U (t ).Учитывая, что входной АМ-сигнал равенuвх (t )  U ( t ) cos  0 t иu вых (t )  U (t ) cos  при условии, что угол отсечки  является постоянной величиной (это будет показано ниже), получаемI m (t )  S [U (t )  u вых (t )]  SU (t )(1  cos  ) ,(8.2)илиuвых (t )   0 ( ) RSU (t )(1  cos  ) .Таким образом, выходное напряжение детектора в этом режиме линейнозависит от амплитуды входного сигнала, если угол отсечки  – постоянная величина.

Отсюда и его название – линейный детектор.Покажем, что величина угла отсечки определяется только параметрами детектора и не зависит от амплитуды входного сигнала.Известно, чтоIsin    cos sin    cos  0 ( )  0 ,.I 0 (t )  I m (t )Im (1  cos  ) (1  cos  )Учитывая (8.2), получаем1I 0 (t )  SU (t )(sin    cos  ) .(8.3)В свою очередь, uвых (t )  I 0 (t ) R  U (t ) cos  . ОтсюдаU (t )I 0 (t ) cos .(8.4)RПриравняв (8.3) и (8.4) и разделив правую и левую часть на cos , получаемR i.(8.5)RSRКрутизна ВАХ диода – это по существу величина, обратная внутреннемусопротивлению Ri открытого диода.

Таким образом, данное уравнение позволяет определить графическую зависимость отношения Ri R от угла отсечки (рис. 8.16).tg   Рис. 8.16. Влияние угла отсечки на выбор сопротивлений Ri и RИз графиков и полученного выражения следует, что угол отсечки  не зависит от амплитуды входного сигнала. Его величина определяется только величиной произведения RS . Чем меньше угол отсечки, тем больше отношениеRi R . Данный результат используется для определения параметров RC фильтра и диода.8.5. Выпрямление колебаний8.5.1. Общие сведения о выпрямителяхРадиотехнические устройства выполняют свои функции при наличии энергии, поступающей от источника электропитания, который формирует постоянные напряжения различных номиналов. В свою очередь источники электропитания получают энергию от сети переменного тока с частотой 50…400 Гц.Поэтому одной из функций устройств в составе источника электропитания является преобразование энергии переменного тока (напряжения) в энергию постоянного тока.

Данный процесс преобразования называется выпрямлением иреализуется устройством, которое получило название выпрямитель.Выпрямление – это частный случай детектирования, при котором на входдетектора поступает немодулированное гармоническое колебание низкой частоты, а на выходе формируется сигнал в виде постоянного напряжения, величина которого в идеале равна амплитуде входного сигнала (его огибающей).

Этозначит, что состав и структура схемы выпрямителя такая же, как и схемы детектора (см. рис. 8.11, 8.12,а).Выпрямитель, как и детектор, осуществляет преобразование спектра входного сигнала, т.е. входной сигнал, представляющий собой гармоническое колебание с частотой    0 , преобразуется в выходной сигнал с частотой   0 .Отличие только в том, что полезной при выпрямлении является одна гармоническая составляющая тока нелинейного элемента с частотой   0 (нулеваягармоника), а при детектировании – все гармонические составляющие в полосечастот модулирующего сигнала.8.5.2.

Схемы выпрямителейВ качестве нелинейного элемента в схеме выпрямителя обычно применяютодин или несколько полупроводниковых диодов, которые осуществляют преобразование спектра входного сигнала. Фильтр низкой частоты выделяет нулевуюсоставляющую спектра тока нелинейного элемента, формируя постоянное напряжение.а. Однополупериодный выпрямительНа рис 8.17 изображена функциональная схема однополупериодного выпрямителя, а также эпюры напряжений и тока в цепи выпрямителя.Фильтром низкой частоты являются параллельно включенные сопротивления нагрузки детектора и емкость, т.е. низкочастотный фильтр.

Высокочастотные составляющие спектра тока диода фильтр не пропускает (емкость их шунтирует). В то же время постоянная составляющая создает постоянное напряжение на сопротивлении нагрузки.Рис. 8.17. Схема выпрямителяФизические явления при выпрямлении подобны явлениям, происходящимпри детектировании. Отличия очевидны из сравнения рис.

8.13,а и рис. 8.17,б.Выходное напряжение выпрямителя является пульсирующим (см.рис.8.17,б). Величина пульсаций определяется качеством фильтрации, т.е. зависит от постоянной времени фильтра  ц  RC . При большом значении постоян-ной времени емкость фильтра разряжается медленно, при этом меньше изменяется выходное напряжение за время периода входного напряжения. Очевидно,что постоянная времени цепи должна быть значительно больше периода входного напряжения, т.е. ц  T0  2 0 .Выпрямитель обычно работает с использованием линейного участка ВАХдиода, что позволяет применить кусочно-линейную аппроксимацию этой характеристики для анализа работы выпрямителя методом угла отсечки. Полагая, чтона вход выпрямителя поступает напряжение u (t )  E cos t , и применяя рассуждения, приведенные при рассмотрении линейного детектирования, получаемзависимость угла отсечки от параметров диода и фильтра:tg   .RSВеличина угла отсечки при выпрямлении, так же как при детектировании,зависит только от параметров схемы выпрямителя и не зависит от амплитудывходного напряжения.Для получения на выходе напряжения, близкого к амплитуде, угол отсечкидолжен быть меньше 20 о .

При этом значение произведения RS находится впределах 100. Учитывая, что S  1 Ri , где Ri – внутреннее сопротивление диода, параметры фильтра R и C определяются из соотношений:R  100 RiиС  T0 R  2 R 0 .Качество выпрямленного напряжения определяется величиной пульсаций.С позиций спектрального анализа основной причиной пульсаций является неидеальная фильтрация составляющих спектра тока нелинейного элемента.

Поэтому величину пульсаций можно оценить коэффициентом пульсацийU 12  U 22  ...  U k2,U0где U 0 , U1 , U 2 ,...,U k – амплитуды гармонических составляющих спектра пульсирующего напряжения.Из физических соображений можно сделать вывод, что основной вклад вобразование пульсаций принадлежит первой гармонике.

Поэтому в рассматриваемом случаеUI Z ( 0 ) 1 1,U0I 0Rгде I 0 и I1 – амплитуды нулевой и первой гармоник тока нелинейного элемента выпрямителя;Z ( 0 ) – значение АЧХ фильтра на частоте первой гармоники.Учитывая, чтоsin    cos   sin  cos I 0   0 ( ) I m I m и I1  1 ( ) I m Im , (1  cos  ) (1  cos  )  sin  cos  Z ( 0 ).sin    cos  RНетрудно показать, что справедливо неравенство Z ( 0 )Z ( 0 )  2.2 RRДля уменьшения пульсаций необходимо стремиться к увеличению сопротивления нагрузки выпрямителя (что не всегда зависит от разработчика выпрямителя) и уменьшению значения коэффициента передачи фильтра на частотепервой гармоники. Для этого достаточно увеличить величину емкости фильтра.получаемб.

Двухполупериодный выпрямительЛучшие параметры с точки зрения пульсаций имеет двухполупериодныйвыпрямитель. Он представляет собой соединение двух однополупериодных выпрямителей, питающих общую нагрузку. На рис. 8.18,а приведена схема с двумя диодами, в которой вторичная обмотка трансформатора имеет отвод отсредней точки.

Когда напряжение в верхнем конце обмотки трансформатораположительно относительно средней точки, ток i1 (t ) идет через диод VD1 в направлении, указанном стрелкой. При этом напряжение на нижнем конце обмотки отрицательно, и ток через диод VD2 не проходит. Через полупериод полярность напряжения на концах обмотки меняется на обратную. Диод VD1 запирается, а диод VD2 открывается, и ток i2 (t ) проходит через диод VD2 . В обоихслучаях через нагрузочное сопротивление токи проходят в одном направлениии создают суммарный пульсирующий ток iд (t)  i1 (t )  i2 (t ) .Рабочие процессы в выпрямителе показаны на рис.

8.18,б.Рис. 8.18. Схема двухполупериодного выпрямителяНеобходимость применения трансформатора с выведенной средней точкойвторичной обмотки и неэффективное его использование (ток заряда емкостифильтра протекает в одном направлении) являются существенными недостатками данной схемы.в. Мостовая схема двухполупериодного выпрямителяЭти недостатки отсутствуют в мостовой схеме двухполупериодного выпрямителя. В этом выпрямителе (рис 8.19) вторичная обмотка не имеет среднейточки и используется полностью в течение положительного и отрицательногополупериода напряжения. В положительный полупериод открыты диоды VD1 иVD3 (диоды VD2 и VD4 закрыты), в отрицательный полупериод открыты диоды VD2 и VD4 (диоды VD1 и VD3 закрыты). Через открытые диоды происходит заряд конденсатора фильтра.Рис.

8.19. Схема мостового двухполупериодного выпрямителяМостовая схема выпрямителя имеет два важных преимущества. Во-первых,обратное напряжение на диодах в 2 раза меньше, чем у других выпрямителей.Во-вторых, можно применить более простой трансформатор (без средней точки), который может и отсутствовать. В силу того что ток заряда конденсаторапроходит через два диода, у этого выпрямителя потери несколько больше.Применяются также схемы выпрямителей с определенными специфическими свойствами, например, с удвоением или умножением выходного напряжения.

Характеристики

Список файлов книги