Blog

Dalgalanma (özellikle dalga voltajı olarak) elektronik kalıntı olan periyodik değişimi DC gerilim , bir elde edilmiş bir güç kaynağı içinde alternatif akım (AC) kaynağı. Bu dalga alternatif supresyonunun nedeniyle dalga biçimi giderildikten sonra. Dalgalanma voltaj doğrultucu ya da üretimi ve DC güç komütasyon çıktı olarak çıkar.

Dalgalanma (özellikle akım dalgalanma ya da akım dalgalanma ) de kapasitör giriş redresörü gibi lineer olmayan araçların darbeli akım tüketimine karşılık gelebilir.

Yanı sıra, bu zamana göre değişen bir olgu olarak, bir olduğu frekans dalgalanma bazı sınıfları ortaya çıkan filtre ve diğer sinyal işleme ağlar. Bu durumda, periyodik değişimin bir varyasyonu ekleme kaybı artan karşı ağın frekansı . Varyasyon kesinlikle doğrusal periyodik olmayabilir. Ayrıca Bu anlamda dalgalanma genellikle varlığı dalgalanma ve diğer tasarım parametreleri miktarı arasında bir uzlaşma olan bir tesadüfi etki dikkate alınması gereken edilir.

Dalgalanma gücü israf, ve bir DC devresinde bir çok istenmeyen etkilere sahiptir: bu bileşenler ısıtır gürültü ve bozulmaya neden olur ve dijital devreler yanlış olarak çalışmasına neden olabilir. Dalgalanma bir azaltılabilir elektronik filtre bir yan ve elimine voltaj regülatörü

Dalgalanma gerilimi

Dalgalanma voltajı pozitif ya da negatif olabilir, sabit bir DC bileşeni (ofset) olan bir kompozit gerilim dalga ayrılmaz bir parçası olan bir alternatif (AC) gerilim, fakat analiz için genellikle bir mutlak değer olarak kabul edilir. Dalga komponenti genellikle DC bileşeni göre küçük olduğu, ancak mutlak terimlerle, (durumunda olduğu gibi dalgalanma HVDC iletim sistemlerinin) volt binlerce olabilir. Dalgalanma kendisi genellikle 50/60 Hz bir AC frekans bazı temel frekans harmonikleri oluşan bir bileşik (sinüzoidal olmayan) dalga biçimi olmakla birlikte, söz konusu anahtar-modlu güç kaynağı , temel frekans için kilohertz onlarca olabilir megahertz. Özellikleri ve dalgalanma bileşenleri kaynağına bağlıdır: tek fazlı yarım ve tam dalga rektifikasyon ve üç fazlı yarım ve tam dalga rektifikasyon vardır. Çözüm silikon kontrollü redresörler (SCR) veya (diyotlar kullanır). Buna ek olarak, var olan denetimsiz kullanır (kontrol edilebilir aktif arıtma transistörleri kullanır.

Dalgalanma gerilimi çeşitli özellikleri, uygulamaya bağlı olarak önemli olabilir: kurucu harmonikler belirlemek için, Fourier analizi için dalgalanma denklemi; pik voltajın (genellikle tepeden tepeye) değeri; ortalama karekök iletilen gücün bir bileşeni olan gerilimin (RMS) değeri; dalga faktör γ DC voltaj çıktısı için RMS değeri oranı; Dönüşüm oranı (ayrıca arıtma oranı veya “verim” olarak adlandırılır) η , AC giriş gücünün DC çıkış gücüne oranı; ve form faktörü, çıkış voltajının ortalama değeri ile çıkış voltajının RMS değeri oranı. Çıkış dalgalanma akımı için benzer oranları da hesaplanabilir.

Dalga frekansında yüksek empedans ile bir elektronik filtre titreşimi gerilimi azaltmak ve artırmak veya DC çıkış azaltmak için kullanılabilir; Bu tür bir filtre çoğu zaman bir adlandırılır yumuşatma filtresi .

DC dönüşümü AC ilk adım bir geçiş AC akımı göndermek için redresör . Dalgalanma gerilim çıkışı bu durumda çok büyük; tepe-tepe dalga voltajı tepe AC voltajı eksi doğrultucu diyot ön gerilim eşittir. Bir SS silikon diyot durumunda, ileri gerilim 0.7V olduğu; Vakum borusu redresör, ileri gerilim genellikle 25 ve 67V (5R4) arasında değişmektedir. Çıkış gerilimi ters negatif yarım döngülerle bir sinüs dalgası. Denklem şudur:

fonksiyonun Fourier genişlemesi:

Çeşitli alakalı özellikleri Fourier serilerinin teftişi sırasında açık şunlardır:

• sabiti (büyük) terimi DC voltaj olmalıdır
• temel (satır frekansı), mevcut değildir
• Genişletme temel sadece çift harmonik oluşmaktadır
• Harmoniklerin genliği ile orantılı olduğu burada harmonik sırasıdır
• İkinci mertebeden harmonik için terim genellikle hesaplama basitleştirmek için tüm dalgalanma gerilimi temsil etmek için kullanılır

çıkış gerilimleri:

 (Diyot damla ve kayıpları görmezden)

let ve bakımından yerine bu yüzden,

= =

nerede

• Zaman, yük boyunca gerilim değişen bir süre için 0 T
• süresi olan , olarak kabul edilebilir radyan

dalgalanma faktördür:

form faktörü:

tepe faktördür:

Dönüşüm oranı:

trafo kullanım faktörü olduğu:

Süzme

Dalgalanma azaltılması güç kaynağı filtre tasarımında çeşitli temel düşünceler sadece bir tanesidir. Dalgalanma gerilimi filtreleme sinyalleri diğer tür filtre benzer. Bununla birlikte, AC / DC güç dönüşümü aynı zamanda DC güç üretimi, yüksek voltaj ve akımların veya her iki dalgalanma çıkışı olarak alınabilir. Bu nedenle, yüksek dalga-akımı nominal elektrolitik kapasitörler gibi büyük ayrık parçaları, büyük demir çekirdekli bobinleri, tel sarımlı güç dirençleri iyi bir akım geçirmeden önce idare oranlarda dalgalanmasını azaltmak için uygundur IC , bir voltaj regülatörü gibi bir bileşen ya da üzerine yük. Gerekli filtreleme tür dalgalanma çeşitli harmonik ve yükün talep genliği bağlıdır. Örneğin, bir hareketli bobin fono arasında (MC) giriş devresi preamplifikatör bu dalga bir kaç yüz nanovolts (10 fazla düşürülebilir gerektirebilir ^-9 V). Buna karşılık, bir pil şarj cihazı tamamen dirençli devresi olarak, bir dalgalanma filtreleme gerektirmez. İstenen çıkış doğru akım (esas 0Hz) olduğu için, dalga filtreler genellikle yapılandırılan düşük geçişli filtreler şönt kapasitörler ve seri bobinleri ile karakterize edilir. Seri dirençler çıkış DC gerilimi azaltmak için jikle yerini alabilir, ve balast dirençleri voltaj regülasyonu için kullanılabilmektedir.

Güç kaynaklarındaki Filtreleme

Çoğu güç kaynakları artık mod tasarımlar değiştirilir. Bu güç kaynakları için filtreleme şartlar dalga dalga biçiminin yüksek frekanslı bağlı karşılamak için çok daha kolaydır. Anahtar-modlu güç kaynakları dalgalanma frekansı şebeke frekansına bağlı, ancak bunun yerine sıklığı bir katıdır değildir kesici devreye 50 kHz aralığında genellikle, – 1 MHz.

boğma giriş filtreleri vs Kondansatör

Bir kondansatör girişi (birinci bileşen bir şönt kapasitörü olduğu) filtre ve hem de dalgalanma azaltır, ancak gerilim ve akım üzerinde etkilere karşı, ve bunların arasında tercih bağlıdır (ilk bileşen olarak bir dizi jiklesi olan) giriş filtresi bobini yük karakteristiklerine. Kondansatör giriş filtresinin düşük voltaj regülasyonu, bu yüzden sabit yük ve düşük akımlarda (düşük akımlar burada dalgalanma azaltmak için) ile devrelerinde kullanılmak için tercih edilmektedir. Jikle giriş filtresinin değişken yükler ve yüksek akımlar (bir kısma sabit bir voltaj verir ve daha yüksek akım bu durumda daha az dalgalanma anlamına geldiği) ile devreleri için tercih edilir.

Bir filtrede reaktif bileşenlerin sayısı, adı düzeni . Her bir reaktif bileşen 6dB / oktav (bir yüksek geçirgen filtre veya altı), yukarıdaki ile sinyal gücünü azaltır köşe frekansında , örneğin bir 2 derece alçak geçiren filtre, 12dB ile sinyal gücünü / köşe frekansının üstünde oktav azaltır, böylece filtrenin . (Direnç ve bobin ve kondansatörlerin ESR DCR gibi parazitik elementleri dahil olmak üzere) Dirençli bileşenler ayrıca sinyal gücünü azaltır, ancak bunların etkisi olan doğrusal ve frekans ile değişmez.

Genel bir düzenleme, doğrultucu büyük yumuşatma içine çalışmasına izin vermek için olan kondansatör bir hazne olarak işlev görür. Çıkış geriliminin tepe sonra kapasitör (C), bir yük (R) mevcut malzemeleri ve kapasitör gerilimi doğrultulmuş gerilimin hemen artan bir sonraki yarı devresinde değerine düşene kadar bunu yapmaya devam eder. Bu noktada redresör tekrar yürütür ve zirve voltajı tekrar ulaşılana kadar hazneye ye gönderir.

yük direncinin bir fonksiyonu olarak

Eğer sabit bir RC zaman AC dalga dönemine kıyasla büyük olduğu, daha sonra oldukça kesin bir yaklaşım kapasitör gerilimi doğrusal düşer olduğu varsayılarak yapılabilir. Ayrıca başka bir varsayım dalgalanma DC gerilim ile karşılaştırıldığında küçük olup olmadığını yapılabilir. Bu durumda faz açısı geçtiği doğrultucu davranışlarda kondansatör doğruluk az kaybı ile sonraki bir zirve tüm yol boşaltma olduğunu küçük olacaktır ve varsayılabilir.

Yukarıdaki varsayımlar ile tepe-tepe dalga voltajı, aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:

Tanımı kapasitansı ve akım vardır 

,

burada şarj miktarıdır. Akım ve zaman sağa doğru, şekil de gösterildiği gibi, tam dalga doğrultulmuş sinyalin minimum gerilim kadar kondansatör boşaltımı başlangıcından itibaren alınır. Zaman sonra tam dalga girişinin yarı dönemine eşit olacaktır. 

Belirlemek için yukarıdaki üç denklemi birleştirerek verir, 

Bu durumda, bir tam dalga doğrultucu için:

nerede

•  tepe-tepe dalga voltajı
•  devrede akım
•  AC güç kaynağı (hat) frekans
•  kapasitandır

Dalga dalga şekli sonucunda bir yatak vardır olarak dalgalanma gerilimin efektif değerini için, hesaplama daha karmaşıktır. Bir varsayarsak testere dişi dalga yukarıda olanlara benzer bir varsayımdır. Bir testere dişi dalga RMS değeri burada tepe voltajıdır. Ayrıca uyumu ile olduğu , bu sonuç elde edilir:

 nerede 

nerede

•  dalgalanma faktördür
•  yük direnci
• Yakınsanan formül için, kabul X _Cı << R; bir testere dişi dalga doğrultulmuş gerilim mevcut olmayan tek harmonikler içerir, çünkü bu gerçek değerinden daha küçük bir büyüktür.

dizi choke bir fonksiyonu olarak

Dalgalanma azaltmanın bir diğer yaklaşım bir dizi kullanmaktır jikleyi . Bir bobin bir filtreleme etkisi vardır ve bunun sonucunda daha az yüksek sıralı olan daha yumuşak bir dalga biçimini üreten harmonik . İle voltaja karşı Buna karşın, DC çıkış ortalama giriş gerilimine yakın rezervuar kapasitörünün en yüksek giriş voltajı civarındadır. İkinci harmonik Fourier terimi ile başlayarak ve daha yüksek harmonikler göz ardı ederek,

dalgalanma faktörü ile verilir:

burada RL filtrenin empedans bobini ve yük ile oluşturulmuştur

R << X _L

çünkü R << X için ihmal edilebilir olduğu _L

ikame ; daha form içinde, R << X için _L  ; daha yüksek harmonikler değerlendirme dışı bırakılır, çünkü bu .483 biraz daha az olan

nerede

• bir indüktans jiklesinin

Sürekli akım yapmak için bir dizi kısma elemanı için gereklidir yükün dayanıklılığına göre olan bir minimum indüktans bulunmaktadır. Endüktans bu değerin altına düşerse, şimdiki aralıklı olacak ve çıkış DC gerilimi tepe giriş voltajına ortalama giriş geriliminden yükselecek – aslında, indüktör bir kondansatör gibi davranır. Adı verilen bu minimum indüktans, kritik indüktans olan R, yük direnci ve hat frekansı f burada. Bu L değerlerini verir = 60Hz şebeke doğrultma ve L = 50 Hz şebeke rektifikasyon için R / 942 için / 1131 R (genellikle R / 1130 olarak belirtilmiştir). Buna ek olarak, bir indüktör için akımını kesintiye katlanarak çökmeye manyetik akı neden olur; mevcut düşme gibi bir gerilim sıçraması güç kaynağı ya da devrenin diğer bileşenlerine zarar verebilir çok yüksek harmonikler sonuçlar oluşan. Bu olgu olarak adlandırılır geri-uçma voltajı . 

bir dizi bobini kompleks empedansı etkili bir yük empedansına bir parçasıdır, böylece hafif yüklü devreler (bir kapasitör giriş filtresinin tam tersi) dalgalanma artmıştır. Bu nedenle, bir kısma giriş filtresi hemen hemen her zaman dalga indirgeme yük akımının bağımsız olan bir LC filtresi bölümü, bir parçasıdır. dalgalanma faktördür:

nerede

• 

yüksek voltaj / alçak akım devreleri olarak, bir rezistör LC filtresi bölümüne seri jikleyi (RC filtresi bölümü oluşturarak) yerini alabilir. Bu dalgalanma yanı sıra DC çıkış azaltma etkisine sahiptir. dalgalanma faktördür

R ise _L bir RC filtresi bölümü yapar >> R, pratikte yükünden bağımsız

nerede

• 
•  Filtre rezistörün direncinin olduğu

Benzer bir şekilde, çünkü yük ile ilgili olarak LC filtresi bölümlerinin bağımsızlık, bir hazne kapasitesi de yaygın bir sonuçlanan bir kişi tarafından takip edilir alçak geçiren Π filtresi . Bir kondansatör çok daha düşük bir dalgalanma faktörü bir Π filtre sonuçları ya da tek başına giriş filtresi şok. Bundan başka, yük tarafından tolere edilebilir bir düzeye dalgalanma azaltmak için ilave LC ve RC filtresi bölümleri ile takip edilebilir. Ancak, bobinleri kullanımı ekonomik nedenlerle çağdaş tasarımlarda kaldırılmıştır.

Voltaj regülasyonu

İyi dalgalanma reddi gereklidir Daha yaygın bir çözüm yönetilebilir bir şey dalgalanma azaltmak ve daha sonra bir voltaj regülatör devresi boyunca akımı geçirmek için bir rezervuar kondansatör kullanmaktır. dalga dalga biçiminin minimum düzeyde regüle edilen voltajın altına gitmez regülatör devresi, hem de sabit bir çıkış gerilimi sağlamak gibi, bu arada uzun neredeyse tüm dalgalanma süzer. Anahtarlı güç kaynakları genellikle devresinin parçası olarak bir voltaj regülatörü içermektedir.

Voltaj regülasyon filtreleme farklı bir ilkeye dayanmaktadır: bir diyot veya maksimum çıkış voltajını ayarlamak için diyot dizisinin ters zirve voltajı dayanır; aynı zamanda sags sırasında gerilimin yükseltilmesi için transistörler gibi bir ya da daha fazla voltaj amplifikasyon cihazlarım içerebilir. Çünkü bu cihazların doğrusal olmayan özellikleri, bir regülatör çıkış dalgalanma serbesttir. Basit bir voltaj regülatörü olan ters zirve voltajı (PIV), maksimum çıkış gerilimini ayarlayan bir şönt zener diyot ardından voltaj düşmesi bir seri rezistör ile yapılabilir; Gerilim çıkarsa, uzak şimdiki diyot şantları düzenlemeyi korumak için.

Dalgalanma etkileri

Dalgacık çeşitli nedenlerden dolayı pek çok elektronik uygulamalarında arzu edilmeyen:

• dalga doğru akım gerektiren bir devre tarafından kullanılan olamaz boşa gücü temsil eder
• dalga nedeniyle kondansatörlerin ESR gibi parazit elemanları içinden geçen akım doğru akım devre bileşenleri ısıtma neden olur
• güç kaynakları, dalgalanma gerilimi yüksek olması bileşenlerin zirve voltajı gerektirir; dalga akımı daha yüksek olması daha düşük ve dağıtma kapasitesi olması bileşenlerin parazit unsurlarını gerektirir (bileşenler daha büyük olacaktır, ve kalitesi daha yüksek olmak zorunda olacaktır)
• giriş devreleri, kapasitif, dalgalanma akımı kaynağı transformatörler onların yükü (watt) değerlerini aşan VA oyu gerekecek
• dalgalanma frekansı ve harmonik ses bandı içindedir ve bu nedenle bu tür radyo alıcıları, iskambil kayıtları ve profesyonel stüdyo ekipmanları için ekipman gibi ekipman üzerinde sesli olacak.
• dalgalanma frekansı televizyon, video bant genişliği dahilindedir. Analog TV alıcıları çok fazla dalgalanma varsa dalgalı çizgiler hareketli bir desen sergileyecektir.
• dalgalanma varlığı elektronik test ve ölçüm aletleri çözünürlüğünü azaltır. bir osiloskop üzerinde ekranda görünür bir desen olarak tezahür eder.
• mantık devreleri bozuk hatalı çıkış ve veri vermek olan besleme rayı gürültü herhangi bir şekilde, olduğu gibi, dijital devrelerin içinde, bu eşik azaltır.

Dalgacık mevcut yüksek amplitüd dar bant genişliği darbeleri ile karakterize edilen bir AC güç kaynağından türetilen bir periyodik olmayan sinüzoidal dalga formudur. bakliyat tepe ya da eşlik eden bir sinüs gerilim dalga yakın tepe genliği ile çakışmaktadır.

Kondansatörlerin ESR, transformatörler ve indüktörler, bataryaların iç direncinin DCR gibi devrelerin parazitik direnç kısımlarının artan kaybı ile dalgalanma akımı ile sonuçlanır. Dağılımı mevcut kare kez direnç (I orantılıdır ² R). Dalgalanma akımının RMS değeri birçok kez yük akımının RMS olabilir.

Frekans-alan dalgalanma

Frekans alanında bağlamında Dalgacık periyodik farklılaşmaya değinmektedir ekleme kaybı , bir filtre veya başka bir frekansı ile iki bağlantı noktası ağ . Tüm filtreleri sergilerler dalgalanma bazı olan tekdüze olarak örneğin frekans ile ekleme kaybını artan Butterworth filtre . Dalgalanma gösteren filtrenin ortak sınıfları Chebyshev filtre , ters Chebyshev filtre ve eliptik filtre . Örnek arsa görülebilir olarak dalgalanma genellikle sıkı doğrusal periyodik değildir. Dalgalanma gösteren ağların diğer örnekleri şunlardır empedans eşleştirme kullanılarak dizayn edilmiştir ağları Chebyshev polinomları . Karşısında Optimum iletimi için tasarlanmış ise bu ağların dalgalanma, düzenli filtrelerin aksine, asgari zararına 0 dB asla ulaşacak passband bir bütün olarak.

Dalgasının miktarı filtre tasarımında diğer parametreler için takas olabilir. Örneğin, hızı roll-off gelen geçiş-bandı için stopband filtre sırasını artırmadan dalgalanma artan pahasına arttırılabilir (yani, bileşenlerin sayısı aynı kaldı). Öte yandan, dalgalanma, aynı zamanda roll-off aynı hızını korurken filtre sırasını arttırılmasıyla azaltılabilir.