Электронды құрылғыларды қоректендіру көздері

1 Электрондарды құрылғыларды қорекендіру көздері

 

 

1.1 Түзеткіштер

 

Түзеткіштер шығысында тұрақты кернеу алу  керек болатын жағдайдағы ИВЭП-тің  барлық құрылымдық сұлбаларына кіреді. Бір фазалық түзеткіштердің жүктеменің таза активті сипаты мен диод пен  трансформатор шартының идеалды кезіндегі жұмысын қарастырайық.

Бір жарты  периодты түзеткіш. Бір жарты периодты түзеткіштің сұлбасы ең қарапайым  болып табылады. Бұл сұлбада тоқ  вентиль мен жүктеменің кедергісі R_н арқылы трансформатордың екіншілік орамындағы кернеудің тек оң жартыпериодтарына өтеді. Теріс жарты периодтарда бұл тоқты диод жауып тастайды. Жүктемеде тоқ импульсті сипатта (штрихталған) болады, ал оның тұрақты құраушысы I_н период ішінде өтетін тоқтың орташа мәнін көрсетеді және жүктемеде тұрақты кернеу құраушысын туғызады

 

        (1.1),

 

мұндағы U_2m және U₂ - екіншілікті орамның синусойдалды кернеуінің амплитудалық және әсерлік мәндері.

 

1.1 Сурет – Бір жарты периодты түзеткіш

 

Берілген кернеу бойынша түзеткіштің шығысында қатынасына сәйкес трансформатордың екіншілікті орамындағы кернеу мәнін табуға болады, ал содан кейін қажетті трансформация коэффициенті табылады, яғни жобалауға қажетті трансформатордың бірінішілікті және екіншілікті орамындағы айналым сандарының қатынасы

 

                                            W₁ / W₂ =U₁ / U₂                                              (1.2).

 

Теріс жарты  периодта жабық тұрған диодқа кері кернеу беттестірілген

 U_кер = U_2m = p U_н                            (1.3),

 

яғни тұрақты  кернеу U_н қарағанда үш немесе одан артық ретке үлкен болады, сондықтан диодты таңдағанда, оның рұқсат етілген кері кернеуі

 

                                                U_{кері доп} ³  p U_н                                                                     (1.4)

 

шартын қанағаттандырарлықтай, ал оның рұқсат етілген тура тоғы

 

                                                   I_{орт доп} ³ I_н                                                                  (1.5),

 

шартын қанағаттандыру керек.

Шығыс кернеуін құрайтын айнымалының әсерлік мәніне және шығыс кернеуінің нақты мәніне ( ) қатысты есептелген бір жарты периодты түзеткіштің пульсация коэффициенті  өте үлкен, ондағы негізгі гармоника кернеуі қоректегіш желінің жиілігіне тең. Трансформатордың өзекшесінде екінші орамның тұрақты тоқ құраушысының есебінен трансформатордағы бос жүріс тогының көбеюіне алып келетін амалсыз магнитталу пайда болады, сәйкесінше, түзеткіштің ПӘК-нің төмендеуі байқалады. Осы себептерден бір жарты периодты түзету сұлбасы сирек қолданылады, тек жоғары омды жүктеменің сыйымдылықты сүзгімен бірге қолданылатын кезінде.

Екі жарты  периодты түзеткіш. Егер трансформаторды  орта нүктесінен оның екінші орамын алып орындатса, онда, екі жарты периодты түзетуді        1.2 сурет бойынша іске асыруға болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Сурет – Екі жарты периодты түзеткіш

 

Оң жарты  периодта R_н жүктемесіне VD1 диоды арқылы екіншілік орамның жоғарғы жартысынан кернеуі беттестірілген, ал терісіне VD2 диоды арқылы орамның төменгі жартысынан кернеуі беттестірілген, сондықтан ток жүктеме арқылы екі жарты периодқа да өтеді. Бұл сұлбада тұрақты тоқ құраушысы I_н мен U_н кернеуі жүктемеде бір жарты периодтыкіне қарағанда екі есе ұзын

 

                                              

                                               (1.6)

 

және

 

                        

                          (1.7).

 

Диодтағы  кері кернеуді бағалайық. VD1 диодын өткізгенде С нүктесінің потенциялы, А нүктесінің потенциялынан ерекшеленбейді, сәйкесінше осы периодтағы рұқсат етілмеген VD2 диодына А және В нүктелеріндегі потенциялдар айырмасына тең кері кернеу беттестірілген

 

                                                U_кері= 2U_{2 m}                                                  (1.8)

 

теңдеуден U_{2 m} қойып кері кернеу аламыз

 

       (1.9)

 

яғни бір жарты периодтағыдай, ал әрбір диодтан өтетін ток

 

                                                  I_орт= I_н  / 2                                                  (1.10)

 

тең.

Екі жарты  периодты түзеткіштің пульсация  коэффициенті, шығыс кернеуі айнымалысының  әсерлік мәні мен шығыс кернеуінің нақты мәнінің ( ) қатынасынан алынған, сүзгілеуге оңай келетін түзулеткіш кернеудің неғұрлым тегістелген түрі туралы айтады.

Көпірлік  түзеткіш. Егер түзетудің көпірлік сұлбасын пайдалана отырып, екі жартылай периодты түзеткіштің тағы бір түрін  алуға болады. Ол VD1- VD4 диодтарымен құрастырылған. Оң жарты периодта екіншілік орамның кернеуін VD1және VD3 диодтары ашады, ал А нүктесінен В нүктесіне дейін  VD1- R_Н - VD3 бұғауы бойымен I_1,3 тогы өтеді. Теріс жарты периодта U₂ кернеуі VD2 және VD4 диодтары ашады, және  I_2,4 тогы В нүктесінен А нүктесіне VD2- R_н - VD4 бұғауы бойымен жүктеменің кедергісінен бір бағытта өтеді. Жүктемеде i_н тогы мен u_н кернеуінің түрі сұлбадағыдай, сондықтан I_н тогы мен U_н кернеуінің тұрақты құраушысы теңдеуімен есептеледі. Бұл сұлбаларда сол себептен диод арқылы өтетін

 

                                                      I_орт= I_н / 2                                                          (1.11)

 

тоқтың орташа мәні мен  пульсация коэффициенті сәйкес келеді.

 

1.3 Сурет – Көпірлік түзеткіш

 

1.2 пен 1.3 суреттеріндегі сұлбалардың айырмашылығы екіншілікті орамда ағатын, диодтардағы кері кернеу мен токтардың әсерлік мәніне қатысты.

Кері кернеуді табайық, мысалы VD2 диодындағы. Диодтың  ашық кезіндегі С нүктесінің потенциялы трансформатор орамының А нүктесіндегі оң потенциялға жақын ал оның теріс потенциялы ( В нүктесі) VD2 диодының басқа шығысына беттестірілген. Осылайша диодтағы кері кернеу екіншілікті орамның кернеу амплитудасына тең

 

                                            U_кері = U_{2 m}                                                      (1.12),

 

яғни орта нүктелі түзеткіштің сұлбасындағыдан екі есе кіші.

Трансформатордың  екіншілікті орамында ағатын токтың әсерлік мәні екі

 

                                                       I₂ = 1.11× I_н                                                                                     (1.13)

 

 жарты  периодты сұлбадағыдан үлкен. 

Көпірлік  түзеткіш трансформаторсыз да қолдана  беріледі. Бұл жағдайда тұрақты ток  желісінің кернеуі тіке көпірдің диагоналіне беріледі. Өндіріс диодтары көпірлік сұлбамен қосылған түзеткіш блоктар өндіреді (мысалы, КЦ402).

Бір фазалы түзеткіштер  әдетте аз қуатты (100 Вт дейін) электрқоректі  құралдарда қолданылады,  орташа (100 –1 000 Вт) және жоғары (1 000 Вт көп) қуатты электрқоректі құрылғылар үш фазалы түзеткіштер қолданады.

Бейтарап шығысты  үш фазалы түзеткіш құрамына үш орамдары  жұлдыз тәрізді және әрқайсысы трансформатордың әрбір фазасына жүктемемен кезектесіп қосылған үш диод кіреді.

Түзеткіштің шығысындағы  кернеу u_н (t) уақыттың кез келген мезетінде екіншілікті орам фазасының ЭҚК-нің мезеттік мәніне тең, ондағы вентиль ашық болғандықтан түзетілген кернеу u_н (t) екіншілікті орам фазаларының ЭҚК-не тәуелді иілгіштігін көрсетеді. Жүктемедегі ток мәне түзетілген кернеудің жүктеменің кедергісіне қатынасына тең болғандықтан, басқа масштабта u_н (t) қисығы i_н (t) тоқ қисығын бейнелейді.

Осылайша  белсенді кедергіге жүктелген идеалды  түзеткіште, екіншілікті ораманың әрбір  фазасы периодтың үштен бірінде  бір рет орындалады, мұндағы, фазада жұмыс ісеп тұрған ток жүктеменің кез келген уақыттағы тоқ мәніне тең. Сондықтан  екіншілікті орамның а фазасындағы ток төбесінен синусоида кесіндісімен шектелген T/3 негізіндегі тікбұрыш тәрізді, тоқтың максималды мәні

 

                                               I_дm = 1.21 I_н                                                   (1.14)

 

Шығыс кернеуінің пульсациясы бір фазалы түзеткіштікіне қарағанда айтарлықтай аз ( ). Жабық жағдайы интервалындағы әрбір диодқа сәйкесінше ашық тұрған диодтан трансформатордың екіншілікті орамынан сызықты кернеу беттерсіріледі ондағы кері кернеудің максималды мәні 2,09 есе түзетілген кернеудің тұрақты құраушысынан артық болады Сұлбаның кемшілігі, бір фазалы түзеткіштікіндей трансформатордың өзекшесін амалсыз магниттеу қажет.

Үш  фазалы көпірлік түзеткіш, қарастырылған  бейтарап шығысты үш фазалы түзеткішпен салыстырғанда қолданылатын диодтар саны екі есе артықтығына қарамастан барлық көрсеткіштері, одан асып түседі. Сұлбаның оң диодтар тобын – катодты, ал сол жақ диодтар тобын – анодты деп атау қалыптасқан. Көпірлік түзеткіште бір уақытта тоқты екі диод өткізеді: біреуі катодтық топтан трансформатордың нөлдік нүктесіне қатысты неғұрлым жоғары анодтық потенциялы бар, екіншісі  – анодтық топтан неғұрлым катодтың төмен потенциялды. Сұлбада диодтарды нөмірлеу олардың іске қосылуна байланысты жүргізілген.

Түзетілген  кернеу құраушы айнымалысының алты реттік пульсациясы бар, әрбір диод периодтың үштен бірін жұмыс істегеніне тәуелсіз (мысалы, VD1 диоды басында VD6 диодымен бірігіп жұмыс жасайды да, сосын –VD2 бірігеді). Біріншілікті желінің 50 Гц жиілігі кезінде түзеткіштің шығысындағы пульсация жиілігі 300 Гц құрайды. Бұл көп жағдайда шығыс сүзгіні қолданбау немесе оған соғұрлым аз талаптар қоюды қамтамасыз етеді. Пульсация коэффициентін санау мәнін береді. Диодтарға жабық күйде беттестірілетін кері кернеу, бейтарап шығысты диодтардың сұлбасының түріне жақын келеді, алайда көлемі бойынша екі есе кіші (U_{кері m} = 1,045 U_н).  Үш фазалы көпірлік түзеткіште трансформатордың өзекшесін амалсыз магниттеу қажет емес, өйткені әрбір екіншілікті орамда ток периодына екі реттен кері бағытта ағып өтеді.

 

 

 

 

 

1.2 Тегістегіш сүзгілер

 

Ереже бойынша, электронды құрылғылардың қоректенeі  бұғауларында кернеудің аз пульсациясы рұқсат етіледі, ал түзеткіш сұлбалардың шығысында пульсациялар бірнеше есе көп. Оларды азайту мақсатында қажетті тегістеу коэффициенті бар тегістегіш сүзгіштер қолданылады

 

q = К_{П кір}/К_{П шығ}     (1.15),

 

мұндағы К_{П кір}  мен  К_{П шығ} - сүзгіге дейінгі және одан кейінгі пульсация коэффициенттері. Сүзгі барынша айнымалы құраушыларды кішірейту керек және түзетілген кернеудің тұрақты құраушысын барынша аз жоғалтулармен өткізу керек.

Осыны қарапайым  RC-сүзгісінің мысалында (1.6 сурет) қарастырайық, құрамына балласты резистор R_ф мен R_н жүктемесі мен түзеткіштің шығысы арасына қосылған C_ф конденсатор кіреді.

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Сурет – Тегістелетін RC-сүзгі

 

Сүзгіштің кірісінде  пульсация таза гармоникалық сипатта  болады деп есептей отырып, сүзгіштің шығысындағы пульсацияны анықтау үшін бұғаудың беріліс функциясының модуліне арналған теңдеуді қолданамыз

 

            (1.16),

 

мұндағы К₀ - кернеудің тұрақты құраушысына арналған бұғаудың беріліс коэффициенті

 

       (1.17)

 

t - бұғаудағы уақыт тұрақтысы

 

                                      (1.18)

 

Егер wt >> 1 деп алатын болсақ, онда (1.4) келесіні аламыз

 

       (1.19)

 

(1.17) өрнегінен көріп тұрғандай кіріс сигналының жиілігі үлкейген сайын буынның беріліс коэффициенті төмендейді, сәйкесінше, буынның жүктемеге беретін жоғары жиілікті құраушыларының амплитудалары, кішірейетін болады. Сол уақыттың ішінде, егер де R_н >> R_ф, шарты орындалса онда К₀ » 1 және түзулетілген кернеудің тұрақты құраушысы жүктемеге өзгертілмеген түрде беріледі.

Сигналдың айнымалы құраушысы үшін беріліс коэффициенті оның тұрақты құраушысына қарағанда  айтарлықтай аз болатын буын тегістегіш сүзгі деп аталады. Көрініп тұрғандай, тегістегіш сүзгі төмен жиілікті сүзгілердің жеке түрі. Олардың айырмашылығы тегістегіш сүзгі күштілік бұғауда қолданатындықтан, оған К₀ » 1 шартының орындалуы міндетті.

(1.14) сәйкес қарастырылып отырған сүзгінің тегістегіш коэффициенті

 

                                                  q » w_пt                                                     (1.20),

 

мұндағы w_п - пульсация жиілігі.

Келтірілген әдісті кез келген қиындықты сүзгінің тегістеу коэффициентін табу үшін қолдануға  болады. Алайда , есте сақтайтын жайт оны қолдану үшін сүзгінің қосылуы түзеткіштің диодтарының өткізгіштік заңына бөгет болмауы керек. Берілген шарт, ереже бойынша, қарастырылып отырған әдіс буын күрделі сүзгінің шығыс бөлігі болған жағдайда орынды.

Қарастырылған сүзгінің кемшілігі R_ф резисторының бар болуы, есесінен айтарлықтай қуат жоғалтулары болады және соған байланысты түзеткіштің жалпы ПӘК-і кішірейеді, сондықтан әдетте C_ф конденсаторыны түзеткіштің шығысына тіелей қосады. Осы жағдайда сұлбадағы үрдістердің қалай өзгеретіндігін қарастырайық.