Пульсация (электрическая)

Остаточное периодическое изменение напряжения

Пульсация (в частности, пульсация напряжения ) в электронике — это остаточное периодическое изменение постоянного напряжения в источнике питания, которое было получено от источника переменного тока (AC). Эта пульсация возникает из-за неполного подавления переменного сигнала после выпрямления. Пульсация напряжения возникает на выходе выпрямителя или при генерации и коммутации постоянного тока.

Пульсация (в частности, пульсирующий ток или импульсный ток ) может также относиться к импульсному потреблению тока нелинейными устройствами, такими как выпрямители с конденсаторным входом.

Наряду с этими изменяющимися во времени явлениями существует пульсация в частотной области , которая возникает в некоторых классах фильтров и других сетях обработки сигналов . В этом случае периодическое изменение представляет собой изменение вносимых потерь сети при увеличении частоты . Изменение может быть не строго линейно периодическим. В этом смысле пульсация также обычно должна рассматриваться как побочный эффект, ее существование является компромиссом между величиной пульсации и другими параметрами проектирования.

Пульсация — это бесполезная трата энергии, которая имеет много нежелательных эффектов в цепи постоянного тока: она нагревает компоненты, вызывает шум и искажения и может привести к неправильной работе цифровых схем. Пульсация может быть уменьшена электронным фильтром и устранена регулятором напряжения .

Пульсация напряжения

Неидеальную форму волны постоянного напряжения можно рассматривать как составную часть постоянной составляющей постоянного тока (смещение) с наложенным переменным (переменным) напряжением — пульсирующим напряжением. Пульсирующая составляющая часто мала по величине относительно постоянной составляющей, но в абсолютном выражении пульсация (как в случае систем передачи HVDC ) может составлять тысячи вольт. Сама пульсация представляет собой составную (несинусоидальную) форму волны, состоящую из гармоник некоторой основной частоты, которая обычно является исходной частотой линии переменного тока, но в случае импульсных источников питания основная частота может составлять от десятков килогерц до мегагерц. Характеристики и компоненты пульсации зависят от ее источника: существует однофазное полу- и двухполупериодное выпрямление и трехфазное полу- и двухполупериодное выпрямление. Выпрямление может быть управляемым (используются кремниевые управляемые выпрямители (SCR)) или неуправляемым (используются диоды). Кроме того, существует активное выпрямление , использующее транзисторы.

Различные свойства пульсирующего напряжения могут быть важны в зависимости от приложения: уравнение пульсации для анализа Фурье для определения составляющих гармоник; пиковое (обычно от пика до пика) значение напряжения; среднеквадратичное ( RMS) значение напряжения, которое является компонентом передаваемой мощности; коэффициент пульсации γ , отношение RMS значения к выходному напряжению постоянного тока; коэффициент преобразования (также называемый коэффициентом выпрямления или «эффективностью») η , отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока; и форм-фактор, отношение RMS значения выходного напряжения к среднему значению выходного напряжения. Аналогичные соотношения для выходного пульсирующего тока также могут быть вычислены.

Электронный фильтр с высоким импедансом на частоте пульсаций может использоваться для уменьшения пульсаций напряжения и увеличения или уменьшения выходного постоянного тока; такой фильтр часто называют сглаживающим фильтром .

Начальным шагом в преобразовании переменного тока в постоянный является передача переменного тока через выпрямитель . Выходное напряжение пульсации очень велико в этой ситуации; пиковое напряжение пульсации равно пиковому напряжению переменного тока за вычетом прямого напряжения выпрямительных диодов. В случае кремниевого диода SS прямое напряжение составляет 0,7  В; для выпрямителей на вакуумных лампах прямое напряжение обычно находится в диапазоне от 25 до 67  В (5R4). Выходное напряжение представляет собой синусоиду с инвертированными отрицательными полупериодами. Уравнение имеет вид:

${\displaystyle V_{\mathrm {L} }(t)=V_{\mathrm {AC_{p}} }\cdot |\sin(t)|}$

Разложение Фурье функции имеет вид:

${\displaystyle V_{\mathrm {L} }(t)={\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}+{\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\cdot \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {\cos(n\pi )}{1-4n^{2}}}\cdot \cos(2n\omega t)}$

При рассмотрении ряда Фурье становятся очевидными несколько важных свойств:

• постоянным (наибольшим) членом должно быть постоянное напряжение ${\displaystyle {\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}}$
• основная гармоника (частота линии) отсутствует
• расширение состоит только из четных гармоник основного тона
• амплитуда гармоник пропорциональна где порядок гармоники ${\displaystyle {\frac {1}{n^{2}}}}$ ${\displaystyle n}$
• Термин «гармоника второго порядка» часто используется для обозначения всего пульсирующего напряжения с целью упрощения вычислений. ${\displaystyle {\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}\cos(2\omega t)}$

Выходные напряжения:

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {L} }={}&V_{\mathrm {AC} }={\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\sqrt {2}}}\quad {\text{(ignoring diode drop and losses)}}\\[6pt]V_{\mathrm {DC} }={}&{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\!V_{\mathrm {L} }(t)\,dt={\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}{\Big [}-\cos(t){\Big ]}_{0}^{\pi }={\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\left(-\cos(\pi )--\cos(0)\right)\,={\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\\[6pt]V_{\mathrm {ripple-rms} }={}&{\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\!(V_{\mathrm {L} }(t)\,-K)^{2}dt}}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\!(V_{\mathrm {L} }(t)^{2}\,-2KV_{\mathrm {L} }(t)+K^{2})dt}}\\[6pt]={}&{\sqrt {{\frac {1}{\pi }}\left[{\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}}{2}}t-{\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}}{4}}\sin(2t)+2V_{\mathrm {AC_{p}} }K\cos(t)+K^{2}t\right]_{0}^{\pi }}}={\sqrt {{\frac {1}{\pi }}\left({\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}\pi }{2}}-4KV_{\mathrm {AC_{p}} }+K^{2}\pi \right)}}\\[6pt]&{\text{let }}K=V_{\mathrm {DC} },{\text{ and substitute in terms of }}V_{\mathrm {AC_{p}} },{\text{ so}}\\={}&{\sqrt {{\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}}{2}}-{\frac {8}{\pi ^{2}}}V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}+{\frac {4}{\pi ^{2}}}V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}}}={\sqrt {\left({\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\sqrt {2}}}\right)^{2}-\left({\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\right)^{2}}}\end{aligned}}}$

${\displaystyle V_{\text{ripple-rms}}={\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}{\sqrt {{\frac {\pi ^{2}}{8}}-1}}}$

где

• ${\displaystyle V_{\mathrm {L} }}$это изменяющееся во времени напряжение на нагрузке, для периода от 0 до T ${\displaystyle |\sin(t)|}$
• ${\displaystyle T}$период , можно принять за радианы ${\displaystyle V_{\mathrm {L} }}$ ${\displaystyle \pi }$

Коэффициент пульсации равен:

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {ripple-rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\sqrt {{\frac {\pi ^{2}}{8}}-1}}}$

${\displaystyle \gamma \approx 0.483}$

Форм-фактор:

${\displaystyle FF={\frac {V_{\mathrm {L} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\sqrt {2}}}{\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}}}$

${\displaystyle FF={\frac {\pi }{2{\sqrt {2}}}}\approx 1.11}$

Пик-фактор равен:

${\displaystyle PF={\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\sqrt {2}}}}}$

${\displaystyle PF={\sqrt {2}}}$

Коэффициент преобразования составляет:

${\displaystyle \eta \approx 0.812\ (81.2\%)}$

Коэффициент использования трансформатора составляет:

${\displaystyle TUF\approx 0.812\ ({\text{bridge}});\ 0.692\ ({\text{center-tapped}})}$

Фильтрация

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой и конденсаторным фильтром

Уменьшение пульсации — это лишь одно из нескольких основных соображений при проектировании фильтра источника питания. ^{[nb 1]} Фильтрация пульсирующего напряжения аналогична фильтрации других видов сигналов. Однако при преобразовании переменного тока в постоянный, а также при генерации постоянного тока высокие напряжения и токи или и то, и другое могут выдаваться в виде пульсации. Поэтому большие дискретные компоненты, такие как электролитические конденсаторы с высоким номинальным током пульсации, большие дроссели с железным сердечником и проволочные резисторы мощности, лучше всего подходят для уменьшения пульсации до управляемых пропорций перед передачей тока на компонент ИС , такой как регулятор напряжения, или на нагрузку. Тип требуемой фильтрации зависит от амплитуды различных гармоник пульсации и требований нагрузки. Например, входная цепь с подвижной катушкой (MC) фонокорректора может потребовать снижения пульсации до уровня не более нескольких сотен нановольт (10−9 ^В ). Напротив, зарядное устройство для аккумулятора , будучи полностью резистивной схемой, не требует фильтрации пульсаций. Поскольку желаемым выходом является постоянный ток (по сути 0  Гц), фильтры пульсаций обычно настраиваются как фильтры нижних частот, характеризующиеся шунтирующими конденсаторами и последовательными дросселями. Последовательные резисторы могут заменять дроссели для снижения выходного постоянного напряжения, а шунтирующие резисторы могут использоваться для регулирования напряжения.

Фильтрация в блоках питания

Большинство источников питания в настоящее время являются импульсными. Требования к фильтрации для таких источников питания гораздо легче выполнить из-за высокой частоты формы волны пульсации. Частота пульсации в импульсных источниках питания не связана с частотой сети, а вместо этого кратна частоте схемы прерывателя , которая обычно находится в диапазоне от 50  кГц до 1  МГц. ^{[ необходима цитата ]}

Фильтры входных конденсаторов и дросселей

Фильтр на входе конденсатора (в котором первым компонентом является шунтирующий конденсатор) и фильтр на входе дроссель (в котором в качестве первого компонента используется последовательный дроссель ) могут оба уменьшить пульсацию, но оказывают противоположное воздействие на напряжение и ток, и выбор между ними зависит от характеристик нагрузки. Фильтры на входе конденсатора имеют плохую регулировку напряжения, поэтому предпочтительны для использования в цепях со стабильными нагрузками и малыми токами (потому что малые токи здесь уменьшают пульсацию). Фильтры на входе дроссель предпочтительны для цепей с переменными нагрузками и большими токами (поскольку дроссель выдает стабильное напряжение, а больший ток в этом случае означает меньшую пульсацию).

Число реактивных компонентов в фильтре называется его порядком . Каждый реактивный компонент уменьшает силу сигнала на 6  дБ/октаву выше (или ниже для фильтра верхних частот) угловой частоты фильтра, так что фильтр нижних частот 2-го порядка, например, уменьшает силу сигнала на 12  дБ/октаву выше угловой частоты. Резистивные компоненты (включая резисторы и паразитные элементы, такие как DCR дросселей и ESR конденсаторов) также уменьшают силу сигнала, но их эффект линейный и не меняется с частотой.

Обычно выпрямитель работает как большой сглаживающий конденсатор , который действует как резервуар. После пика выходного напряжения конденсатор подает ток на нагрузку и продолжает это делать до тех пор, пока напряжение конденсатора не упадет до значения следующего полупериода выпрямленного напряжения, который теперь растет. В этот момент выпрямитель снова проводит ток и подает ток в резервуар до тех пор, пока снова не будет достигнуто пиковое напряжение.

В зависимости от сопротивления нагрузки

Если постоянная времени RC велика по сравнению с периодом формы волны переменного тока, то можно сделать достаточно точное приближение, предположив, что напряжение конденсатора падает линейно. Еще одно полезное предположение можно сделать, если пульсация мала по сравнению с напряжением постоянного тока. В этом случае фазовый угол, через который проводит выпрямитель, будет мал, и можно предположить, что конденсатор разряжается от одного пика до следующего с небольшой потерей точности. ^[1]

Напряжение пульсаций от двухполупериодного выпрямителя до и после применения сглаживающего конденсатора

С учетом приведенных выше предположений пиковое напряжение пульсации можно рассчитать следующим образом:

Определения емкости и тока следующие ^[2] ${\displaystyle C}$ ${\displaystyle I}$

${\displaystyle {\begin{aligned}&Q=CV_{\text{pp}}\\&Q=I_{\text{ave}}t_{\text{ave}},\end{aligned}}}$

где - величина заряда. Ток и время берутся от начала разряда конденсатора до минимального напряжения на двухполупериодном выпрямленном сигнале, как показано на рисунке справа. Тогда время будет равно половине периода двухполупериодного входного сигнала. ${\displaystyle Q}$ ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle t_{\text{ave}}}$

${\displaystyle t_{\text{ave}}={\frac {t_{\text{fullwave}}}{2}}={\frac {1}{2f}}}$

Объединение трех приведенных выше уравнений дает: ${\displaystyle V_{\text{pp}}}$

${\displaystyle V_{\text{pp}}={\frac {Q}{C}}={\frac {I_{\text{ave}}t_{\text{ave}}}{C}}}$

Таким образом, для двухполупериодного выпрямителя: ^[3]

${\displaystyle V_{\mathrm {pp} }={\frac {I}{2fC}}}$

где

• ${\displaystyle V_{\mathrm {pp} }}$это пик-пик пульсирующего напряжения
• ${\displaystyle I}$ток в цепи
• ${\displaystyle f}$частота источника (сети) переменного тока
• ${\displaystyle C}$это емкость

Для среднеквадратичного значения пульсирующего напряжения расчет более сложен, поскольку форма пульсирующего сигнала влияет на результат. Предположение о пилообразной форме волны аналогично предположениям выше. Среднеквадратичное значение пилообразной волны равно , где — пиковое напряжение. С дальнейшим приближением, то есть , это дает результат: ^[4] ${\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {p} }}{\sqrt {3}}}}$ ${\displaystyle V_{\mathrm {p} }}$ ${\displaystyle V_{\mathrm {p} }}$ ${\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {pp} }}{2}}}$

${\displaystyle V_{\mathrm {rms} }={\frac {V_{\mathrm {pp} }}{2{\sqrt {3}}}}={\frac {I}{4{\sqrt {3}}fC}}={\frac {V_{\mathrm {DC} }}{4{\sqrt {3}}fCR}}}$где ${\displaystyle V_{\mathrm {DC} }=IR}$

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {1}{4{\sqrt {3}}fCR}}}$ ${\displaystyle \approx 0.453{\frac {X_{\mathrm {C} }}{R}}}$

где

• ${\displaystyle \gamma }$это фактор пульсации
• ${\displaystyle R}$сопротивление нагрузки
• Для приближенной формулы предполагается, что X _C ≪ R ; это немного больше фактического значения, поскольку пилообразная волна содержит нечетные гармоники, которые отсутствуют в выпрямленном напряжении.

В зависимости от последовательного дросселя

Другой подход к снижению пульсации заключается в использовании последовательного дросселя . Дроссель выполняет фильтрующее действие ^{[ необходимо разъяснение ] и, следовательно, создает более плавную форму волны с меньшим количеством} гармоник высокого порядка . Напротив, выход постоянного тока близок к среднему входному напряжению, в отличие от напряжения с накопительным конденсатором , которое близко к пиковому входному напряжению. Начиная с члена Фурье для второй гармоники и игнорируя гармоники высокого порядка,

${\displaystyle V_{\mathrm {2f} }(t)={\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}\cos(2\omega t)}$

Коэффициент пульсации определяется по формуле: ^[5]

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {rms} }={}&{\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\left({\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}\cos(2\omega t)\right)^{2}dt}}\cdot Z_{\mathrm {RL} }\\&{\text{where }}Z_{\mathrm {RL} }{\text{ is the impedance of the RL filter formed by the choke and load}}\\[8pt]={}&{\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}{\sqrt {{\frac {1}{\pi }}\left[{\frac {t}{2}}+{\frac {\sin 2\omega t}{4\omega }}\right]_{0}^{\pi }}}\cdot {\frac {R}{\sqrt {R^{2}+X_{\mathrm {L} }^{2}}}}={\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}{\sqrt {\frac {1}{2}}}\cdot {\frac {R}{\sqrt {R^{2}+X_{\mathrm {L} }^{2}}}}={\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3{\sqrt {2}}\pi }}\cdot {\frac {R}{X_{\mathrm {L} }}}.\end{aligned}}}$

Для $R\ll X_{L},$

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {DC} }={}&{\sqrt {\left({\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\right)^{2}-V_{\mathrm {rms} }^{2}}}={\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\quad {\text{because }}V_{\mathrm {rms} }^{2}=K{\frac {R^{2}}{X_{\mathrm {L} }^{2}}}{\text{ is negligible for }}R\ll X_{L}.\\[8pt]\gamma ={}&{\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}=\left.{\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3{\sqrt {2}}\pi }}\cdot {\frac {R}{2\omega L}}\right/{\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}={\frac {R}{3{\sqrt {2}}\omega L}}.\\[8pt]&{\text{Substituting }}X_{\mathrm {L} }=2\omega L,{\text{where }}L{\text{ is the inductance of the choke}};{\text{ in the more familiar form,}}\\\approx {}&0.471{\frac {R}{X_{\mathrm {L} }}},{\text{ for }}R\ll X_{L}.\end{aligned}}}$

Это немного меньше 0,483, поскольку гармоники более высокого порядка были исключены из рассмотрения. (См. Индуктивность .)

Существует минимальная индуктивность (которая зависит от сопротивления нагрузки), необходимая для того, чтобы последовательный дроссель непрерывно проводил ток. Если индуктивность падает ниже этого значения, ток будет прерывистым, а выходное постоянное напряжение будет расти от среднего входного напряжения до пикового входного напряжения; по сути, индуктор будет вести себя как конденсатор. Эта минимальная индуктивность, называемая критической индуктивностью, равна , где R — сопротивление нагрузки, а f — частота сети. Это дает значения L = R/1131 (часто обозначаемые как R/1130) для выпрямления сети 60 Гц и L = R/942 для выпрямления сети 50 Гц. Кроме того, прерывание тока в индукторе приведет к экспоненциальному коллапсу его магнитного потока; по мере падения тока возникает скачок напряжения, состоящий из очень высоких гармоник, который может повредить другие компоненты источника питания или цепи. Это явление называется напряжением обратного хода. ${\displaystyle L={\frac {R}{2\pi (3f)}}}$  

Комплексное сопротивление последовательного дросселя фактически является частью сопротивления нагрузки, поэтому слабо нагруженные схемы имеют повышенную пульсацию (прямо противоположность входному фильтру конденсатора). По этой причине входной фильтр дросселя почти всегда является частью секции LC-фильтра, чье снижение пульсации не зависит от тока нагрузки. Коэффициент пульсации равен:

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {\sqrt {2}}{3}}\cdot {\frac {1}{4\omega ^{2}CL}}\approx 0.471{\frac {X_{\mathrm {C} }}{X_{\mathrm {L} }}}}$

где

• ${\displaystyle \omega =2\pi f}$

В цепях высокого напряжения/слабого тока резистор может заменить последовательный дроссель в секции LC-фильтра (создавая секцию RC-фильтра). Это приводит к снижению выходного постоянного тока, а также пульсации. Коэффициент пульсации равен

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {\left(1+{\frac {R}{R_{\mathrm {L} }}}\right)}{3{\sqrt {2}}\omega CR}}={\frac {1}{3{\sqrt {2}}\omega CR}}\approx 0.471{\frac {X_{\mathrm {C} }}{R}}}$если R _L >> R , что делает секцию RC-фильтра практически независимой от нагрузки

где

• ${\displaystyle \omega =2\pi f}$
• ${\displaystyle R}$сопротивление резистора фильтра

Аналогично, из-за независимости секций LC-фильтра от нагрузки, за накопительным конденсатором обычно следует конденсатор, в результате чего получается Π-фильтр нижних частот . ^[6] Π-фильтр обеспечивает гораздо более низкий коэффициент пульсации, чем только конденсатор или дроссельный входной фильтр. За ним могут следовать дополнительные секции LC- или RC-фильтра для дальнейшего снижения пульсации до уровня, приемлемого для нагрузки. Однако использование дросселей в современных конструкциях не рекомендуется по экономическим причинам.

Регулировка напряжения

Более распространенным решением, когда требуется хорошее подавление пульсаций, является использование накопительного конденсатора для снижения пульсаций до чего-то управляемого, а затем пропускание тока через схему регулятора напряжения. Схема регулятора, а также обеспечение стабильного выходного напряжения, будет попутно отфильтровывать почти все пульсации, пока минимальный уровень формы волны пульсаций не опустится ниже регулируемого напряжения. ^[7] Импульсные источники питания обычно включают в себя регулятор напряжения как часть схемы.

Регулировка напряжения основана на ином принципе, чем фильтрация: она полагается на пиковое обратное напряжение диода или ряда диодов для установки максимального выходного напряжения; она также может использовать одно или несколько устройств усиления напряжения, таких как транзисторы, для повышения напряжения во время просадок. Из-за нелинейных характеристик этих устройств выход регулятора свободен от пульсаций. Простой регулятор напряжения может быть изготовлен с последовательным резистором для снижения напряжения, за которым следует шунтирующий стабилитрон, пиковое обратное напряжение (PIV) которого устанавливает максимальное выходное напряжение; если напряжение повышается, диод шунтирует ток для поддержания регулирования.

Эффекты ряби

Пульсация нежелательна во многих электронных приложениях по ряду причин:

• пульсация представляет собой бесполезную трату энергии, которая не может быть использована цепью, требующей постоянного тока
• пульсация приведет к нагреву компонентов цепи постоянного тока из-за прохождения тока через паразитные элементы, такие как ESR конденсаторов.
• в блоках питания пульсирующее напряжение требует, чтобы пиковое напряжение компонентов было выше; пульсирующий ток требует, чтобы паразитные элементы компонентов были ниже, а рассеиваемая мощность была выше (компоненты будут больше, а качество должно быть выше)
• Трансформаторы, подающие пульсирующий ток на емкостные входные цепи, должны иметь номинальные значения ВА, превышающие номинальные значения их нагрузки (Вт).
• Частота пульсаций и ее гармоники находятся в звуковом диапазоне и поэтому будут слышны на таком оборудовании, как радиоприемники, оборудование для воспроизведения записей и профессиональное студийное оборудование.
• Частота пульсации находится в пределах телевизионной видеополосы. Аналоговые телевизионные приемники будут демонстрировать картину движущихся волнистых линий, если пульсация слишком велика. ^[8]
• Наличие пульсации может снизить разрешение электронных контрольно-измерительных приборов. На осциллографе это проявится как видимый рисунок на экране.
• В цифровых схемах он снижает порог, как и любая форма шума на шине питания, при котором логические схемы выдают неверные выходные данные и данные искажаются.

Пульсирующий ток

Пульсирующий ток — это периодическая несинусоидальная волна, получаемая от источника переменного тока, характеризующаяся узкополосными импульсами высокой амплитуды. Импульсы совпадают с пиковой или близкой к пиковой амплитуде сопутствующей синусоидальной формы напряжения.

Пульсирующий ток приводит к увеличению рассеивания в паразитных резистивных частях цепей, таких как ESR конденсаторов, DCR трансформаторов и индукторов, внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей. Рассеивание пропорционально квадрату тока, умноженному на сопротивление (I ² R). Среднеквадратичное значение пульсирующего тока может во много раз превышать среднеквадратичное значение тока нагрузки.

Пульсация в частотной области

Пульсация на прототипе фильтра Чебышева пятого порядка

Пульсация в контексте частотной области относится к периодическому изменению вносимых потерь с частотой фильтра или некоторой другой двухпортовой сети . Не все фильтры демонстрируют пульсацию, некоторые имеют монотонно увеличивающиеся вносимые потери с частотой, такие как фильтр Баттерворта . Обычные классы фильтров, которые демонстрируют пульсацию, - это фильтр Чебышева , обратный фильтр Чебышева и эллиптический фильтр . ^[9] Пульсация обычно не является строго линейно периодической, как можно видеть из примера графика. Другими примерами сетей, демонстрирующих пульсацию, являются сети согласования импеданса , которые были разработаны с использованием полиномов Чебышева . Пульсация этих сетей, в отличие от обычных фильтров, никогда не достигнет 0 дБ при минимальных потерях, если они спроектированы для оптимальной передачи через полосу пропускания в целом. ^[10]

Величина пульсации может быть обменена на другие параметры в конструкции фильтра. Например, скорость спада от полосы пропускания к полосе задерживания может быть увеличена за счет увеличения пульсации без увеличения порядка фильтра (то есть количество компонентов остается прежним). С другой стороны, пульсацию можно уменьшить, увеличив порядок фильтра, в то же время сохраняя ту же скорость спада. ^[10]

Смотрите также

• Выпрямитель — нелинейное устройство, являющееся основным источником пульсации.
• Динамо , прибор для выработки постоянного тока, выходной сигнал которого содержит большую пульсирующую составляющую
• Звон (сигнал) , естественный аналог области времени отклика пульсации в частотной области

Примечания

1. Требования к выходу источника питания обычно указывают минимальное напряжение постоянного тока, диапазон выходного напряжения или процент регулирования напряжения, коэффициент пульсации. Фильтр также должен учитывать сопротивление нагрузки, напряжение источника и регулирование напряжения, а также коэффициент мощности (например, для трансформатора), изменение напряжения в линии и любую необходимую фильтрацию шума источника или гармонических искажений.

Ссылки

1. Райдер, стр. 107–115.
2. "Фильтр входного конденсатора: Часть 3". www.yourelectrichome.com . Получено 25.09.2018 .
3. Миллман – Халкиас, стр. 112–114.
4. Райдер, стр. 113
5. Райдер, стр. 115–117.
6. Райдер, стр. 117–123.
7. Райдер, стр. 353–355.
8. Уортон, У. и Хоуорт, Д., Принципы приема телевизионных программ , стр. 70, Pitman Publishing, 1971 г.
9. Маттеи и др., стр. 85–95
10. Маттаи и др., стр. 120–135.

• Райдер, Дж. Д., Основы электроники и ее применение , Pitman Publishing, 1970.
• Миллман-Халкиас, Интегрированная электроника , McGraw-Hill Kogakusha, 1972.
• Маттеи, Янг, Джонс, Микроволновые фильтры, сети согласования импеданса и структуры связи, McGraw-Hill, 1964.