8.7 Εξομάλυνση και φίλτρα
Η διαδικασία με την οποία απαλείφουμε μερικώς η ολικώς την παραπάνω ac συνιστώσα από την ανορθωμένη κυματομορφή και συνεπώς ομαλοποιούμε η εξομαλύνουμε την κυματομορφη ώστε να πλησιάζει όσο γίνεται περισσότερο προς μια σταθερή dc έξοδο, ονομάζεται εξομάλυνση. Στο Σχ.8.9 απεικονίζεται μια πλήρως ανορθωμένη κυματομορφή τάσης μαζί με μια αντίστοιχη μερικώς εξομαλυμένη (παχιά γραμμή) και μια τελείως εξομαλυμένη dc τάση (διακεκομένη γραμμή).
Στη γενική περίπτωση η εξομάλυνση δε θα είναι πλήρης, με αποτέλεσμα η τελική τάση ν0 να εμφανίζει περιοδική διακύμανση, όπως δείχνει το σχήμα. Το εύρος Vnc = AV αυτής της διακύμανσης ονομάζεται κυμάτωση και αποτελεί σημαντικό χαρακτηριστικό μιας τροφοδοτικής διάταξης. Συχνά η κυμάτωση εκφράζεται και σε ποσοστιαία μορφή, δηλ. από το συντελεστή:
8.7.1 Εξομάλυνση με Πυκνωτή
Για να εξομαλύνουμε τις ανορθωμένες κυματομορφές και να τις μετατρέψουμε σε σταθερή dc τάση εξόδου, χρησιμοποιούμε ένα πυκνωτή C μεγάλης χωρητικότητας, συνδεδεμένο παράλληλα προς το φόρτο μετά τον ανορθωτή. Η τιμή του πυκνωτή αυτού, για τη συχνότητα του δικτύου (50 Hz), κυμαίνεται από 100 έως 30000 μF και εξαρτάται από το ρεύμα φόρτου και από το βαθμό εξομάλυνσης που επιθυμούμε.
Το Σχ.8.10 δείχνει τα κυκλώματα της απλής και της διπλής ανόρθωσης εφοδιασμένα με τον πυκνωτή εξομάλυνσης, το δε Σχ.8.11 εικονίζει τις κυματομορφές εξόδου των κυκλωμάτων αυτών. Οι εξομαλυμένες κυματομορφές είναι αυτές που αντιστοιχούν στις τάσεις φόρτισης και εκφόρτισης του σχήματος. Η τάση εξόδου με εξομάλυνση είναι η συνεχής γραμμή, ενώ η ανορθωμένη έξοδος είναι η διακεκομένη γραμμή η μέση dc τιμή αποδίδεται από την διακεκομμένη (κομματιασμένη) γραμμή.
Η λειτουργία της εξομάλυνσης πραγματοποιείται με τον εξής τρόπο: Κατά το τελευταίο μέρος του πρώτου μισού κάθε παλμού ανορθωμένης τάσης εξοδου ο πυκνωτής φορτίζεται και η τάση του αυξάνεται μέχρι την τάση κορυφής Vp. Κατά το υπόλοιπο μέρος του κυκλου της ανορθωμένης εξόδου, ο πυκνωτής εκφορτίζεται μέσω του φόρτου RL. Συνεπώς, τον περισσότερο χρόνο κάθε κυκλου απλώς παρέχει το φορτίο κορυφής
στον πυκνωτή κάθε φορά που κλείνει ο κύκλος φόρτισης-εκφόρτισης. Αν το ρεύμα διαμέσου του φόρτου ήταν μηδέν, ο πυκνωτής θα διατηρείτο σταθερά φορτισμένος στην τάση κορυφής V του σήματος εισόδου.
Η ύπαρξη του ρεύματος φόρτου έχει σαν αποτέλεσμα να εκφορτίζεται έστω και ελάχιστα ο πυκνωτής κατά r = AV για κάθε κύκλο του σήματος εισόδου. Αυτό οδηγεί στη δημιουργία μιας περιοδικά ανώμαλης dc κυματομορφής της τάσης εξόδου που εμφανίζεται προσεγγιστικά σαν τριγωνική κυματομορφή.
Αποδεικνύεται, ότι για την περίπτωση της απλής ανόρθωσης, Σχ.8.10, η κυμάτωση r δίνεται από τις σχέσεις:
όπου, Vac και Vdc η ac και dc συνιστώσα αντίστοιχα της τάσης εξόδου, ενώ το I παριστάνει τη μέση dc τιμή του ρεύματος φόρτου ίση με:
το T είναι η περίοδος και f η συχνότητα της ac τάσης εισόδου. Η μέση dc τιμή της τάσης εξόδου είναι:
Για τον απλό ανορθωτή η κυμάτωση δίνεται από τις σχέσεις
Για την πλήρη ανόρθωση η περίοδος της τριγωνικής εξόδου της κυμάτωσης είναι T=1/2f. Επομένως, η κυμάτωση στην πλήρη ανόρθωση δίνεται από τη σχέση:
και η τάση εξόδου του από τη σχέση
Όπως φαίνεται στο Σχ.8.11, η κυμάτωση στη διπλή ανόρθωση είναι διπλάσιας συχνότητας ως προς την απλή ανόρθωση. Αυτός είναι ένας ακόμα λόγος που προτιμάμε τη διπλή ανόρθωση.
Παράδειγμα 8-1
Ένα τροφοδοτικό χρησιμοποιεί πλήρη ανόρθωση που δίνει dc ρεύμα 150 mA και dc τάση 20 V με κυμάτωση όχι μεγαλύτερη από 1%. Υπολογίστε την αντίσταση φόρτου και τον πυκνωτή εξομάλυνσης.
