Пульсация (электрическая)

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

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

Наряду с этими изменяющимися во времени явлениями в некоторых классах фильтров и других цепях обработки сигналов возникают пульсации в частотной области . В этом случае периодическое изменение представляет собой изменение вносимых потерь сети в зависимости от увеличения частоты . Вариация не может быть строго линейно-периодической. В этом смысле также пульсацию обычно следует рассматривать как побочный эффект, поскольку ее существование является компромиссом между величиной пульсации и другими конструктивными параметрами.

Пульсации — это потеря мощности, и они имеют много нежелательных эффектов в цепи постоянного тока: они нагревают компоненты, вызывают шум и искажения и могут привести к неправильной работе цифровых схем. Пульсации можно уменьшить с помощью электронного фильтра и устранить с помощью регулятора напряжения .

Пульсации напряжения

Неидеальную форму волны постоянного напряжения можно рассматривать как составную часть постоянной составляющей постоянного тока (смещение) с наложенным на нее переменным (переменным) напряжением — пульсирующим напряжением. Компонент пульсаций часто мал по величине по сравнению с компонентом постоянного тока, но в абсолютном выражении пульсации (как в случае систем передачи HVDC ) могут составлять тысячи вольт. Сама пульсация представляет собой сложную (несинусоидальную) форму волны, состоящую из гармоник некоторой основной частоты, которая обычно является исходной частотой сети переменного тока, но в случае импульсных источников питания, основная частота может быть от десятков килогерц до мегагерц. Характеристики и составляющие пульсации зависят от ее источника: бывает однофазное полуполупериодное и двухполупериодное выпрямление, а также трехфазное полуполупериодное и двухполупериодное выпрямление. Выпрямление может быть управляемым (используются кремниевые управляемые выпрямители (SCR)) или неуправляемым (используются диоды). Кроме того, есть активное выпрямление , в котором используются транзисторы.

В зависимости от применения могут быть важны различные свойства пульсаций напряжения: уравнение пульсаций для анализа Фурье для определения составляющих гармоник; пиковое (обычно размах) значение напряжения; среднеквадратичное (RMS) значение напряжения, которое является компонентом передаваемой мощности; коэффициент пульсаций γ , отношение среднеквадратичного значения к выходному постоянному напряжению; коэффициент преобразования (также называемый коэффициентом выпрямления или «эффективностью») η , отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока; и форм-фактор, отношение среднеквадратичного значения выходного напряжения к среднему значению выходного напряжения. Аналогичные коэффициенты для выходного пульсирующего тока также могут быть рассчитаны.

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

Начальным этапом преобразования переменного тока в постоянный является подача переменного тока через выпрямитель . Выходное напряжение пульсаций в этой ситуации очень велико; размах напряжения пульсаций равен пиковому напряжению переменного тока за вычетом прямого напряжения диодов выпрямителя. В случае кремниевого диода SS прямое напряжение равно 0,7  В; для ламповых выпрямителей прямое напряжение обычно составляет от 25 до 67  В (5R4). Выходное напряжение представляет собой синусоиду с инвертированными отрицательными полупериодами. Уравнение:

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

Разложение Фурье функции:

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

При рассмотрении ряда Фурье становится очевидным несколько важных свойств:

• постоянный (наибольший) член должен быть напряжением постоянного тока${\displaystyle {\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}}$
• основная (линейная частота) отсутствует
• разложение состоит только из четных гармоник основной
• амплитуда гармоники пропорциональна где порядок гармоники${\displaystyle {\frac {1}{n^{2}}}}$${\displaystyle n}$
• термин для гармоники второго порядка часто используется для представления всего пульсирующего напряжения для упрощения вычислений.${\displaystyle {\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}\cos(2\omega t)}$

Выходные напряжения:

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

куда

• ${\displaystyle V_{\mathrm {L} }}$- изменяющееся во времени напряжение на нагрузке в течение периода от 0 до T${\displaystyle |\sin(t)|}$
• ${\displaystyle T}$период , может быть взят как радианы${\displaystyle V_{\mathrm {L} }}$${\displaystyle \pi }$

Коэффициент пульсации:

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

Форм-фактор:

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

Пиковый фактор:

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

Коэффициент преобразования:

Коэффициент использования трансформатора:

Фильтрация

В этом разделе отсутствует информация о топологии входного фильтра T (LCL) и последовательного резонансного дросселя (CL). Пожалуйста, разверните раздел, чтобы включить эту информацию. Более подробная информация может существовать на странице обсуждения . ( ноябрь 2017 г. )

Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки и емкостным фильтром

Уменьшение пульсаций является лишь одним из нескольких основных соображений при проектировании фильтров источника питания. ^{[nb 1]} Фильтрация пульсаций напряжения аналогична фильтрации других видов сигналов. Однако при преобразовании мощности переменного тока в постоянный, а также при выработке электроэнергии постоянного тока высокие напряжения и токи или и то, и другое могут выводиться в виде пульсаций. Таким образом, большие дискретные компоненты, такие как электролитические конденсаторы с высоким номинальным током пульсаций, большие дроссели с железным сердечником и силовые резисторы с проволочной обмоткой, лучше всего подходят для уменьшения пульсаций до управляемых пропорций перед передачей тока на компонент ИС , такой как регулятор напряжения, или на Загрузка. Тип требуемой фильтрации зависит от амплитуды различных гармоник пульсаций и требований нагрузки. Например, подвижная катушка(MC) входная цепь фонокорректора может потребовать, чтобы пульсации были уменьшены до уровня не более нескольких сотен нановольт (10-9 ^В ). Напротив, зарядное устройство для аккумуляторов , будучи полностью резистивной схемой, не требует фильтрации пульсаций. Поскольку требуемым выходным сигналом является постоянный ток (по существу, 0  Гц), фильтры пульсаций обычно конфигурируются как фильтры нижних частот , характеризующиеся шунтирующими конденсаторами и последовательными дросселями. Последовательные резисторы могут заменить дроссели для снижения выходного постоянного напряжения, а шунтирующие резисторы могут использоваться для регулирования напряжения.

Фильтрация в блоках питания

В настоящее время большинство источников питания имеют импульсный режим. Требования к фильтрации для таких источников питания гораздо легче удовлетворить благодаря высокой частоте пульсаций. Частота пульсаций в импульсных источниках питания не связана с частотой сети, а кратна частоте цепи прерывателя , которая обычно находится в диапазоне от 50  кГц до 1  МГц. ^{[ нужна ссылка ]}

Конденсатор против дроссельных входных фильтров

Конденсаторный входной фильтр (в котором первым компонентом является шунтирующий конденсатор) и входной фильтр с дросселем (который имеет последовательный дроссель в качестве первого компонента) могут уменьшать пульсации, но оказывать противоположное влияние на напряжение и ток, и выбор между ними зависит по характеристикам нагрузки. Конденсаторные входные фильтры имеют плохую стабилизацию напряжения, поэтому их предпочитают использовать в цепях со стабильными нагрузками и малыми токами (поскольку малые токи здесь уменьшают пульсации). Входные фильтры дросселя предпочтительны для цепей с переменной нагрузкой и большими токами (поскольку дроссель выдает стабильное напряжение, а более высокий ток в этом случае означает меньшую пульсацию).

Количество реактивных компонентов в фильтре называется его порядком . Каждый реактивный компонент снижает мощность сигнала на 6  дБ/октаву выше (или ниже для фильтра верхних частот) угловой частоты фильтра, так что, например, фильтр нижних частот 2-го порядка снижает мощность сигнала на 12  дБ/октаву . выше угловой частоты. Резистивные компоненты (в том числе резисторы и паразитные элементы, такие как DCR дросселей и ESR конденсаторов) также снижают уровень сигнала, но их влияние является линейным и не зависит от частоты.

Обычная схема заключается в том, чтобы позволить выпрямителю работать с большим сглаживающим конденсатором , который действует как резервуар. После пика выходного напряжения конденсатор подает ток на нагрузку и продолжает это делать до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет до значения возрастающего следующего полупериода выпрямленного напряжения. В этот момент выпрямитель снова проводит и подает ток в резервуар, пока снова не будет достигнуто пиковое напряжение.

В зависимости от сопротивления нагрузки

Если постоянная времени RC велика по сравнению с периодом сигнала переменного тока, то можно сделать достаточно точное приближение, предположив, что напряжение на конденсаторе падает линейно. Можно сделать еще одно полезное предположение, если пульсации малы по сравнению с напряжением постоянного тока. В этом случае фазовый угол , через который проходит выпрямитель, будет небольшим, и можно предположить, что конденсатор полностью разряжается от одного пика до другого с небольшой потерей точности. ^[1]

С учетом приведенных выше предположений размах напряжения пульсаций можно рассчитать как:

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

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

где сумма начисления. Ток и время берутся от начала разрядки конденсатора до минимального напряжения на двухполупериодном выпрямленном сигнале, как показано на рисунке справа. Тогда время будет равно половине периода полной входной волны.${\displaystyle Q}$${\displaystyle t}$${\displaystyle t_{\text{ave}}}$

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

Объединяя три приведенных выше уравнения для определения , получаем,${\displaystyle V_{\text{pp}}}$

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

Таким образом, для двухполупериодного выпрямителя: ^[3]

куда

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

Для среднеквадратичного значения пульсирующего напряжения расчет более сложен, так как на результат влияет форма пульсирующего сигнала. Предположение о пилообразной форме сигнала аналогично приведенным выше предположениям. Среднеквадратичное значение пилообразной волны равно пиковому напряжению. В дальнейшем приближении 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}}}$

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

куда

• ${\displaystyle \gamma }$коэффициент пульсации
• ${\displaystyle R}$это сопротивление нагрузки
• Для аппроксимированной формулы предполагается, что X _C ≪ R ; это немного больше фактического значения, потому что пилообразная волна содержит нечетные гармоники, которых нет в выпрямленном напряжении.

Как функция последовательного дросселя

Другой подход к уменьшению пульсаций состоит в использовании последовательного дросселя . Дроссель оказывает фильтрующее действие ^{[ требуется разъяснение ]} и, следовательно, создает более плавную форму волны с меньшим количеством высших гармоник . 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 более высокого порядка,

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

коэффициент пульсации определяется по формуле: ^[5]

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

За$R\ll X_{L},$

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

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

Существует минимальная индуктивность (которая зависит от сопротивления нагрузки), необходимая для того, чтобы последовательный дроссель непрерывно проводил ток. Если индуктивность упадет ниже этого значения, ток будет прерывистым, а выходное постоянное напряжение возрастет 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 указывается как R/1130) для сетевого выпрямления 60 Гц и L = R/942 для 50 Гц .${\displaystyle L={\frac {R}{2\pi (3f)}}}$  Выпрямление сети Гц. Кроме того, прерывание тока в катушке индуктивности вызовет экспоненциальное падение ее магнитного потока; при падении тока возникает всплеск напряжения, состоящий из очень высоких гармоник, который может повредить другие компоненты источника питания или цепи. Это явление называется напряжением обратного хода .

Комплексный импеданс последовательного дросселя фактически является частью импеданса нагрузки, поэтому слабо нагруженные цепи имеют повышенные пульсации (в отличие от емкостного входного фильтра). По этой причине входной фильтр дросселя почти всегда является частью секции LC-фильтра, уменьшение пульсаций которого не зависит от тока нагрузки. Коэффициент пульсации:

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

куда

• ${\displaystyle \omega =2\pi f}$

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

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

куда

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

Точно так же из-за независимости секций LC-фильтра от нагрузки за накопительным конденсатором также обычно следует конденсатор, что приводит к Π-фильтру нижних частот . ^[6] Π-фильтр дает гораздо меньший коэффициент пульсаций, чем входной фильтр с конденсатором или дросселем. За ним могут следовать дополнительные секции LC- или RC-фильтра для дальнейшего снижения пульсаций 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 уменьшения пульсаций до приемлемого уровня, а затем пропускание тока через схему регулятора напряжения. Схема регулятора не только обеспечивает стабильное выходное напряжение, но и отфильтровывает почти все пульсации до тех пор, пока минимальный уровень пульсаций не опускается ниже регулируемого напряжения. ^[7] Импульсные источники питания обычно включают стабилизатор напряжения как часть схемы.

Регулирование напряжения основано на другом принципе, чем фильтрация: оно основано на пиковом обратном напряжении диода или ряда диодов для установки максимального выходного напряжения; он также может использовать одно или несколько устройств усиления напряжения, таких как транзисторы, для повышения напряжения во время провалов. Из-за нелинейных характеристик этих устройств на выходе регулятора отсутствуют пульсации. Простой регулятор напряжения может быть выполнен с последовательным резистором для падения напряжения, за которым следует шунтирующий стабилитрон, пиковое обратное напряжение которого (PIV) устанавливает максимальное выходное напряжение; если напряжение возрастает, диод шунтирует ток для поддержания стабилизации.

Эффекты пульсации

Пульсация нежелательна во многих электронных приложениях по ряду причин:

• пульсация представляет собой потерянную мощность, которая не может быть использована схемой, требующей постоянного тока.
• пульсации вызовут нагрев компонентов цепи постоянного тока из-за прохождения тока через паразитные элементы, такие как ESR конденсаторов.
• в источниках питания пульсации напряжения требуют более высокого пикового напряжения компонентов; пульсирующий ток требует меньше паразитных элементов компонентов и большей рассеиваемой способности (компоненты будут крупнее, а качество должно быть выше)
• трансформаторы, которые подают пульсирующий ток в емкостные входные цепи, должны иметь номинальные ВА, превышающие их номинальные нагрузки (ватты).
• 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 пульсаций находится в пределах полосы пропускания телевизионного видео. Аналоговые телевизионные приемники будут демонстрировать рисунок движущихся волнистых линий, если присутствует слишком много пульсаций. ^[8]
• Наличие пульсаций может снизить разрешающую способность электронных контрольно-измерительных приборов. На осциллографе это проявится как видимая картина на экране.
• В цифровых схемах он снижает порог, как и любая форма шума шины питания, при котором логические схемы дают неверные выходные данные и данные повреждаются.

Пульсирующий ток

Пульсирующий ток представляет собой периодический несинусоидальный сигнал, полученный от источника питания переменного тока, характеризующийся узкополосными импульсами высокой амплитуды. Импульсы совпадают с пиковой или почти пиковой амплитудой сопровождающего синусоидального сигнала напряжения.

Пульсирующий ток приводит к повышенному рассеянию в паразитных резистивных частях цепей, таких как ESR конденсаторов, DCR трансформаторов и катушек индуктивности, 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.

Пульсации в частотной области

Пульсация в контексте частотной области относится к периодическому изменению вносимых потерь в зависимости от частоты фильтра или какой-либо другой двухпортовой сети . Не все фильтры демонстрируют пульсации, некоторые имеют монотонно увеличивающиеся вносимые потери с частотой, например фильтр Баттерворта . Общие классы фильтров, демонстрирующих пульсацию, — это фильтр Чебышева , обратный фильтр Чебышева и эллиптический фильтр . ^[9] Рябь обычно не является строго линейно-периодической, как видно из примера графика. Другими примерами сетей с пульсациями являются сети согласования импеданса , которые были разработаны с использованиемМногочлены Чебышева . Неравномерность этих сетей, в отличие от обычных фильтров, никогда не достигнет 0 дБ при минимальных потерях, если они рассчитаны на оптимальную передачу по всей полосе пропускания в целом. ^[10]

Величину пульсаций можно заменить другими параметрами конструкции фильтра. Например, скорость спада от полосы пропускания к полосе задерживания можно увеличить за счет увеличения пульсаций без увеличения порядка фильтра (то есть количество составляющих останется прежним). С другой стороны, пульсацию можно уменьшить, увеличив порядок фильтра, в то же время сохранив ту же скорость спада. ^[10]

Смотрите также

• Выпрямитель , нелинейное устройство, которое является основным источником пульсаций.
• Dynamo , прибор для выработки электроэнергии постоянного тока, выход которого содержит большую пульсирующую составляющую.
• Звонок (сигнал) , аналог пульсации в частотной области во временной области с естественным откликом.

Заметки

использованная литература

• Райдер, Дж. Д., Электронные основы и приложения , издательство 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.