По сравнению с известными схемами непрерывного выпрямления описываемый выпрямитель обеспечивает малый уровень помех от несущей частоты и малое запаздывание рабочего сигнала в схеме выпрямления. Это достигается за счет импульсного фазированного выпрямления, при котором заряд и разряд конденсатора фильтра Происходят через малое сопротивление ключа, а в промел утках между замыканиями ключа конденсатор почти не разряжается.
На фиг. 1 изображена схема импульсного фазированного двухполупериодного выпрямления модулированных напряжений; на фиг. 2 - диаграмма работы описываемого выпрямителя; на фиг. 3 - вариант выполнения схемы коммутации выпрямителя на электронных лампах.
Схема выпрямления (фиг. 1) работает следующим образом. Когда напряжение f7g источника 1 приближается к положительной амплитуде несущей волны (фиг. 2), вибратор 2 замыкает контакт 3 на время замыкания /з- Емкость 4 подключается к источнику 1 и, если напряжение на ней отличается от величины амплитуды 1, то произойдет зарядка (или разрядка) конденсатора до амплитуды 1. К моменту размыкания контакта 3 напряжение на емкости практически останется равным амплитуде I, если время /., выбрано правильно по величине и по фазе относительно несущей волны.
Источником модулированного напряжения t/jji , подлежащего фазированному выпрямлению, может быть якорь сельсина вращающегося прансформатора, как это показано на фиг. 1 (обмотка возбуждения не показана), потенциометрический датчик, выход лампового или кристаллического усилителя и пр. Частота несущей волны источника VQ его внутреннее сопротивление Ri.
№ 147662-2Якорь вибратора 2, служащий для модуляции напряжений, питается от того Же источника напряжения частоты VQ, что и датчик. Фаза тока обмотки возбуждения вибратора устанавливается такой, чтобы якорь вибратора 2 замыкал контакты 5 и 5 в отрезке времени .,,., и зб (фиг. 2), когда несущая волна напряжения t/. приближается к своему амплитудному положительному или отрицательному значению. Время замыкания контакторов 3 и 5 устанавливается, но возможности, одинаковым. Ве;1ичнна / выбирается такой, чтобы на протяжении этого времени мгновенные значения несущей волны напряжения f/e.r оставались близкими амплитудному значению каждой данной полуволны. Чем меньшим выбрано время замыкания контактов, тем меньше помех будет в выпрямленном напряжении от обертонов частоты VQ. Чрезмерно малоевремя з также недопустимо, так как может иметь непол 1ую зарядку (или разрядку) конденсаторов 4 и б до амплитуд . положительных и отрицательных полуволн в моменты замыкания контактов 3 и 5. Неполная же зарядка (или разрядка) конденсаторов, если сна достигает значительной вечичины, влечет за собой заметные фазовые и амплитудные искажения гармонических составляющи.х огибающей выпрямляемого сигнала с ростом их частоты.
Если внутреннее сопротивле}1не источника / активное и равно Rt, а величины емкостей 4 и 5 равны С, то, приближенно, оптимальным значением для t., можно считать значение:
..,
где т - постоянная времени контура зарядки (или разрядки) емкостей 4 и б, Б частности - С,
Примерно через полпериода, когда напряжение U„ будет приближаться к отрицательному амплитудному значению 2 (фиг. 2) несущей волны, на время t., замкнется контакт 5 и подключит к источнику/ емкость 6, которая зарядится до напряжения, равного амплитуде 2. Это напряжение сохранится и После размыкания контакта 5. Еще через полпериода вновь замкнется контакт 5 и напряжение на емкости 4 скачком изменится от величины, равной положительной амплитуде /, до величины положительной аплитуды 3 несущей волны Usx
После размыкания контакта 5 это напряжение «запомнится до следующего замыкания контакта 5 и т. д. При изменении фазы несущей волны на обратную на емкость 4 будут подаваться отрицательные амплитуды, а на емкость 6 - .положительные и знак выпрямленного напряжения вых изменится на обратный.
На фиг. 2 показаны кривые пзменснпя во времени: входного модулированного напряжения /«у, напряжения 4 на емкости 4 и напряжения f/6 на емкости 6. Здесь показаны и процессы, происходящие при изменении фазы несущей волны на 180°.
Емкости 4 и 6 «запоминающие емкости; на них сохраняются лримерно амплитудные значения полуволн несущей частоты сигнала О. на отрезки времени между двумя «соседними замыканиями данного контакта (5 и 5).
Почти ступенчатые кривые f/4 и Us (фиг. 2) представляют собой изменение напряжений на емкостях 4 и 6 во времени; переход от одной ступени в каждой из кривых t/4 H.f/e к следующей происходит по экспоненте с постоянной времени С.
На фиг. 2 принято, что переходные процессы зарядки и разрядки емкостей 4 н 6 практически полностью успевают закончиться в отрезки времени (.,з з 4.
Выпрямленное напряжение Ui ,. снимается одновременно с обеих емкостей 4 и 6. Мгновенные значения ± U 5,. (фиг. 2) будут равны мгновенным значениям напряжения (У со знаком нлюс; соответствуюш,ие мгновенные значения напряжения Ue взяты с обратным знаком. Таким образом, величина выпрямленного напряжения будет равна двойному амплитудному значению несупдей волны напряжения 6„. Низшая (основная) гармоника помехи в выпрямленном напряжении (при полной симметрии схемы) будет равна 2 Vo. Отношение среднего значения напряжения /1вы;г к амплитудам гармоник переменной составляющей этого напряжения зависит от скорости ( изменения во времени огибаюшей напряженияt/,j. и от величины Vo- С ростом Ко и с уменьшением Ugj. это отношение стремится к 00. Для частот Vo и скоростей U, обычно встречаюш;ихся в практике, это отношение настолько велико, что во многих случаях позволит обойтись без применения фильтров для подавления в выпрямленном напряжении помехи от несущей частоты 1/0. Снижение этой помехи возможно путем повышения несущей частоты.
Сопротивления 7 и 8 (фиг. 1) должны быть примерно равными. Назначение их - избежать появления произвольных потенциалов на частях схемы, соединенных с контактами 3 и 5 при разомкнутом состоянии последних. Величины этих сопротивлений должны быть достаточно большими, чтобы напряжения конденсаторов 4 6 практически сохранялись в периоды разомкнутого состояния контактов 3 и 5.
На фиг. I показана также одна из возможных схем усиления выпрямленного напряжения bl,,,,,., работающая на тетродах 9-10. Усиленное, выпрямленное напряжение Uzsux снимается с зажимов //. Анодное напряжение прикладывается к зажимам 12.
В схеме на фиг. 1 электромеханический коммутатор - вибратор 2 может быть заменен на электронный коммутатор (ключ) любого типа, необходимо лишь обеспечить наименьшее возможное внутреннее сопротивление электронных вентилей даже при очень малых на них напряжениях. В качестве коммутирующих элементов здесь могут применяться кристаллические триоды или электронные лампы (фиг. 3).
Функцию контакта 3 здесь выполняют два триода: 3 и 5, а контакта 5 - два триода (/ и V. Все 4 триода заперты начальными отрицательными смещениями на их сетках (на фиг. 3 - сеточные батареи). Сопротивления 7 и и емкости 4 ii 6 выполняют те же функции, что н в схеме фиг. 1.
Об.мотки ///, /// и V, V находятся на сердечнике нмпу,1ьсного трансформатора, первичная обмотка которого питается от напряжения несушей частоты. Напряжение на первичной обмотке трансформатора так сдвинуто по фазе, что магнитный поток от этой обмотки проходит через нуль в те моменты, когда полуволны несущей частоты напряжения и д. достигают своего амплитудного значения. Ампервнтки и магнитная цепь трансформатора рассчитываются так, чтобы изменение магнитного потока с + до - (или наоборот) происходило в отрезок времени /,, (. 2). Тогда в обмотках //Д /// и V, V будут возникать импульсы напряжения длительности /,,. Величина этих импульсов должна быть достаточной, чтобы нейтрализовать запираюпдне начальнг:,1е смещения на сетках ламп 3,3, 5 и 5.
Вторичные обмотки импульсного трансформатора включаются в схему так, чтобы возникшие в них одновременно импульсы напряжения открыли, например, лампы 3 и 3, но оставили запертыми лампы 5 и 5. В зависимости от того, на аноде какой из ламп 3 и 3 окажется положительный потенциал относительно ее катода. Ток зарядки или разрядки емкости 4 протечет в пределах времени /., через одну из этих двух ламп.
- 3-Afo 147662
№ 147662 -4Через полупериода импульсы напряжения, одновременно возникшие вовсех 4 обмотках, откроют на время t., две ламПы 5 и 5, но оставят запертыми лампы 3 и 3 и т. д. В остальном принцип действия схемы фиг. 3 тог же, что и схемы фиг. 1. С внешних точек емкостей 4 и 6 снимается выпрямленное напряжение U, e,,,..
На фиг. 1 и 3 источник / выпрямляемого напряжения может обладать и индуктивностью hi, удлиняющей время практической зарядки, запоминающих емкостей 4 и 6, а при очень больших А, и малых Ri - приводящей к колебательному процессу в цепи зарядки. Поэтому рекомендуется применять источники, по возможности с малыми значениями /г,
При выпрямлении малых модулированных напряжений, а также для уменьшения помех на выходе схемы выпрямления в зоне нуля, целесообразно применять предварительные каскады усиления для напряжения иSX прежде чем подать его на схему выпрямления. При этом внутреннее сопротивление выходного каскада предварительного усилителя должно быть .по возможности малым, обеспечивающим малую постоянную времени зарядных токов емкостей 4 и 6.
В тех случаях, когда несущая частота VQ стабилизирована и требуется дополнительно уменьшить в выпрямленно.м напряжении помеху от несущей частоты или ее обертонов, следует применять резонансные фильтры, настроенные на частоту основной помехи. Это позволит в значительной мере сохранить благоприятную частотную характеристику схемы выпрямления.
В варианте схемы с вибратором (фиг. 1) токи через контакты 5 и 5 и напряжения на них в процессе нормальной работы столь малы, что не вызывают опасений быстрого износа контактов; тем не менее для повышения надежности такой схемы в эксплуатации, целесообразно размещение контактов 5 и 5 в атмосфере инертного газа и герметизация их.
В тех случаях, когда внутреннее сопротивление Ri источника } напряжения иei- очень мало, во избежание обгорания контактов в момент включения схемы в работу, можно последовательно с Ri включать ограничивающее добавочное сопротивление.
Из описанного .принципа действия предлагаемой схемы следует, что подключение к выпрямленному напряжению даже незначительной нагрузки- без специального каскада усиления мощности - недопустимо. В связи с этим применение схемы нецелесообразно.
Если внешние обкладки емкостей 4 н 6 хорошо изолированы от посторонних влияний, то сопротивления 7 и 8 могут вовсе отсутствовать.
Из рассмотренных кривых на фиг. 2 следует, что выпрямляемое напряжение иsjc не обязательно должно иметь несущую волну в форме синусоиды. Если бы это напряжение поступало на вход схемы в виде дискретных прямоугольных импульсов, по высоте, знаку и во времени соответствующих амплитудам полуволн синусоидального модулированного несущего напряжения, то .принцип действия и конечный эффект, получаемый от схемы фиг. 2, не изменились бы. Необходимо лишь, чтобы длительность дискретных импульсов входного, выпрямляемого напряжения была несколько больше времени ,,замыкания контактов 5 и 5. Такой вид напряжения, представляющего собой дискретные импульсы с чередованием их знака, получается в результате двухтактной модуляции (например, помощью вибратора) электрического сигнала - напряжения постоянного тока, изменяющегося по величине и по знаку.
Предмет изобретени
Импульсный фазированный двухполупериодный выпрямитель модулированного напряжения для систем автоматического управления и регулирования, отличающийся тем, что, с целью уменьшения помех и величины запаздывания сигнала, применены емкости, запоминающие амплитудные значения несущей волны выпрямленного напряжения на отрезке времени между следующими друг за другом кратковременными замыканиями контактов контактного вибратора, возбуждаемого с несущей частотой.
t35/
и,,
tCBK
I -Ht 133
Фиг2
у,
Фиг.Э.
