Источники электрических шумов ИИП

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Процесс переключения представляет собой несколько большее, чем простое замыкание и размыкание выключателя. До сих пор в этой главе рассматривались, главным образом, средства защиты от шума, а не при­чины, порождающие его. Поскольку шум создается в процессе переклю­чения, пришло время изучить, как он образуется. Несмотря на то, что строгий анализ требует привлечения математических методов, наше рас­смотрение будет использовать их в минимальной степени с тем, чтобы получить качественный результат, а не формальные математические вы­ражения.

Сначала рассмотрим схему, в которой постоянное напряжение к ак­тивной нагрузке можно подключить и отключить простым однополюс­ным выключателем, как показано на рис. 9.6. Предположим, что этот выключатель способен работать с любой скоростью, а мы можем не от­влекаться на такие вторичные эффекты как искрение, дребезг контактов или их конечное сопротивление. Другими словами, перед нами «идеаль­ный» выключатель. В разомкнутом состоянии он оказывает бесконечное сопротивление току; при замыкании, его сопротивление равно нулю. Для того чтобы упростить ситуацию предположим, что переход из одного со­стояния в другое происходит очень и очень быстро по сравнению со вре­менем пребывания во включенном и выключенном положениях даже при высокой частоте переключений.

Если бы Вы наблюдали форму напряжения на резисторе, то увидели бы хорошее, чисто прямоугольное колебание. Но насколько «чиста» эта последовательность импульсов? Количество импульсов в секунду точно соответствует числу замыканий в секунду, выполняемых выключателем. Если процесс переключения очень жестко контролируется, то можно формировать последовательность импульсов одинаковой длительности. Поскольку экран осциллографа показывает частоту повторения и не по­казывает никаких переходных процессов или других частот, может ли он продемонстрировать что-либо кроме «чистого» процесса переключения?

Ответить можно и да, и нет. Да, поскольку результат переключения чист в той мере, в какой весь процесс лишен переходных процессов, выбросов, дребезга контактов, искрения, искажения формы сигнала и т.д. А нет потому что не может быть чистого с точки зрения математики или электроники несинусоидального колебания; согласно основополага­ющей теореме Фурье все колебания, кроме синусоидального, содержат гармоники основной частоты. Все эти гармоники являются чисто сину­соидальными колебаниями (или, что тоже самое — косинусоидальными). Любое периодическое колебание может быть представлено в виде суммы синусоидальных колебаний, где каждая гармоническая составляющая имеет свою амплитуду и фазу. И наоборот, можно синтезировать перио­дическое колебание любой формы, объединяя соответствующим обра­зом синусоидальные колебания, имеющие кратные частоты. Прямоу-

гольные сигналы в источниках питания содержат много гармоник; это утверждение справедливо и для колебаний, полученных с помощью ти­ристоров и симисторов.

clip_image002

Рис. 9.6. Идеальная форма напряжения, формируемая выключателем, фактически богата гармониками. Только чисто синусоидальное или косинусоидальное колебание можно считать чистым с точки зрения электроники. Наличие многих шумов в электронных схемах часто является следствием несинусоидальности колебаний.

Рис. 9.7 позволяет глубже понять результат периодического замыка­ния и размыкания цепи. Этот рисунок показывает наличие гармоничес­ких составляющих, являющихся функцией частоты следования импуль­сов и их длительности. Видно, что расстояние между гармониками определяется частотой повторения импульсов; фактически частоты гар­моник обратно пропорциональны периоду следования импульса. Гармо­ники в тех группах, где они изображены отрицательными, просто сдви­нуты по фазе на 180** по отношению к гармоникам, содержащимся в первой группе. Но все они имеют положительную энергию, которая мо­жет излучаться и оказывать влияние на чувствительные системы.

clip_image004

Рис. 9.7. Частотный спектр простого колебания прямоугольной формы. Это универсальная кривая, которой можно воспользоваться при любой частоте повторения импульсов / и любой длительности прямоугольного импульса D. Чем уже импульсы, тем больше число гармоник и тем ближе они расположены одна от другой. Отри­цательные амплитуды отражают соответствующую фазу гармоник, они столь же «реальны» как и гармоники с положительными амплитудами.

Заметим, что амплитуды гармоник в следующих друг за другом груп­пах уменьшаются по мере увеличения их частоты, но они никогда не становятся равными нулю, кроме периодически повторяющихся точек прохождения амплитуды через нуль, равных 1/Д 2/Д Ъ/D и т.д. Практи­чески почти нулевые амплитуды высокочастотных гармоник можно по­лучить в результате их ослабления фильтром нижних частот, образован­ного паразитной емкостью схемы и резистором. Тем не менее, даже такой простой переключатель может создать помехи на очень высоких частотах, особенно, когда он работает с высокими уровнями энергии или напряжения. Следует отметить, что некоторые осложнения возни­кают в тех случаях, когда нагрузка не является чисто омической; дей­ствительно, противоэдс, связанная с прерыванием тока в индуктивности приводит к появлению довольно значительного шума.

В итоге можно сказать, что переключение или прерывание токов и напряжений в цепи всегда приводит к появлению потенциальных источ­ников шума. Однако желание иметь нерассеивающий энергию источник питания стимулировало разработку многочисленных и иногда очень простых методов ослабления шума. В результате ИИП часто имеют уро­вень шума намного ниже, чем сопоставимые диссипативные (линейные) источники питания. Этот результат, скорее всего, связан с тем, что раз­работчики ИИП более квалифицированы как в отношении причин воз­никновения, так и способов подавления электрических помех и, вероятно, потому не попадают в ловушки, которые являются бичом многих аналоговых конструкций.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты