Пульсация (электрическая)

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

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

Помимо этих изменяющихся во времени явлений, в частотной области возникают пульсации в некоторых классах фильтров и других сетях обработки сигналов . В этом случае периодическое изменение представляет собой изменение вносимых потерь сети в зависимости от увеличения частоты . Изменение не может быть строго линейно-периодическим. В этом смысле пульсацию обычно следует рассматривать как побочный эффект, поскольку ее существование представляет собой компромисс между величиной пульсации и другими параметрами конструкции.

Пульсация — это бесполезная трата энергии, которая имеет множество нежелательных эффектов в цепи постоянного тока: она нагревает компоненты, вызывает шум и искажения, а также может привести к неправильной работе цифровых схем. Пульсации можно уменьшить с помощью электронного фильтра и устранить с помощью регулятора напряжения .

Пульсации напряжения

Неидеальную форму сигнала постоянного напряжения можно рассматривать как совокупность постоянной составляющей постоянного тока (смещения) с наложенным переменным (переменным) напряжением — пульсирующим напряжением. Компонента пульсаций часто невелика по величине по сравнению с компонентом постоянного тока, но в абсолютном выражении пульсации (как в случае систем передачи постоянного тока высокого напряжения ) могут составлять тысячи вольт. Пульсация сама по себе представляет собой составной (несинусоидальный) сигнал, состоящий из гармоник некоторой основной частоты, которая обычно является исходной частотой сети переменного тока, но в случае импульсных источников питания основная частота может составлять от десятков килогерц до мегагерц. Характеристики и составляющие 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 с использованием транзисторов.

В зависимости от применения могут иметь значение 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 среднеквадратического значения к выходному напряжению постоянного тока; коэффициент преобразования (также называемый коэффициентом выпрямления или «КПД») η , отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока; и форм-фактор, отношение среднеквадратического 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 можно использовать для уменьшения пульсаций напряжения и увеличения или уменьшения выходного сигнала постоянного тока; такой фильтр часто называют сглаживающим фильтром .

Первым шагом преобразования переменного тока в постоянный является подача переменного тока через выпрямитель . В этой ситуации пульсации выходного напряжения очень велики; размах пульсаций напряжения равен пиковому напряжению переменного тока минус прямое напряжение выпрямительных диодов. В случае кремниевого диода из нержавеющей стали прямое напряжение составляет 0,7   В; для ламповых выпрямителей прямое напряжение обычно находится в диапазоне от 25 до 67   В (5R4). Выходное напряжение представляет собой синусоидальную волну с инвертированными отрицательными полупериодами. Уравнение:

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

Разложение Фурье функции:

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

Несколько важных свойств очевидны при рассмотрении ряда Фурье:

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

Выходные напряжения:

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

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

где

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

Коэффициент пульсации:

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

$\gamma \approx 0.483$

Форм-фактор:

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

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

Пик-фактор:

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

$PF={\sqrt {2}}$

Коэффициент конвертации составляет:

$\eta \approx 0.812\ (81.2\%)$

Коэффициент использования трансформатора составляет:

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

Фильтрация

См. Также: Выпрямитель § Сглаживание выхода выпрямителя.

Полуволновой выпрямитель с центральным отводом и конденсаторным фильтром

Уменьшение пульсаций — лишь один из нескольких принципиальных соображений при проектировании фильтра источника питания. Фильтрация пульсаций напряжения аналогична фильтрации других видов сигналов. Однако при преобразовании мощности переменного/постоянного тока, а также при выработке электроэнергии постоянного тока высокие напряжения и токи (или и то, и другое) могут выводиться в виде пульсаций. Поэтому большие дискретные компоненты, такие как электролитические конденсаторы с высоким номинальным значением пульсаций тока, 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 стабилизатор напряжения, или на нагрузка. Тип необходимой фильтрации зависит от амплитуды различных гармоник пульсаций и требований нагрузки. Например, входная цепь с подвижной катушкой (MC) фонокорректора может потребовать снижения пульсаций до уровня не более нескольких сотен нановольт (10 ⁻⁹ В). Напротив, зарядное устройство аккумулятора , являющееся полностью резистивной схемой, не требует какой-либо фильтрации пульсаций. Поскольку желаемым выходным сигналом является постоянный ток (по существу 0   Гц), пульсирующие фильтры обычно конфигурируются 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 источниках питания

Большинство источников питания в настоящее время являются конструкциями с переключаемым режимом. Требования к фильтрации для таких источников питания гораздо проще удовлетворить благодаря высокой частоте пульсаций сигнала. Частота пульсаций в импульсных источниках питания не связана с частотой сети, а кратна частоте прерывателя , которая обычно находится в диапазоне от 50   кГц до 1   МГц.

Входные фильтры конденсатора и дросселя

Входной конденсаторный фильтр (в котором первый компонент представляет собой шунтирующий конденсатор) и дроссельный входной фильтр ( которого имеет последовательный дроссель первый компонент ) могут уменьшить пульсации, но оказывают противоположное воздействие на напряжение и ток, и выбор между ними зависит от по характеристикам нагрузки. Конденсаторные входные фильтры плохо регулируют напряжение, поэтому их предпочитают использовать в цепях со стабильными нагрузками и низкими токами (поскольку низкие токи уменьшают пульсации). Входные фильтры с дросселем предпочтительны для цепей с переменными нагрузками и большими токами (поскольку дроссель выдает на выходе стабильное напряжение, а более высокий ток в этом случае означает меньшие пульсации).

Количество реактивных компонентов в фильтре называется его порядком . Каждый реактивный компонент снижает уровень 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 уровень сигнала на 12   дБ/октаву. выше угловой частоты. Резистивные компоненты (включая резисторы и паразитные элементы, такие как DCR дросселей и ESR конденсаторов) также уменьшают мощность сигнала, но их эффект линейный и не меняется в зависимости от частоты.

Обычно выпрямитель работает в качестве большого сглаживающего конденсатора , который действует как резервуар. После пика выходного напряжения конденсатор подает ток на нагрузку и продолжает делать это до тех пор, пока напряжение конденсатора не упадет до значения теперь возрастающего следующего полупериода выпрямленного напряжения. 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 сигнала переменного тока, то достаточно точное приближение можно сделать, предположив, что напряжение конденсатора падает линейно. Можно сделать еще одно полезное предположение, если пульсации малы по сравнению с напряжением постоянного тока. В этом случае фазовый угол, через который проводит ток выпрямитель, будет небольшим, и можно предположить, что конденсатор разряжается на всем пути от одного пика к другому с небольшой потерей точности.

Пульсации напряжения двухполупериодного выпрямителя до и после применения сглаживающего конденсатора

С учетом вышеизложенных допущений размах пульсаций напряжения можно рассчитать как:

Определение емкости $C$и текущий $I$являются

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

где $Q$это сумма начисления. Течение и время $t$берется от начала разряда конденсатора до минимального напряжения двухполупериодного выпрямленного сигнала, как показано на рисунке справа. Время $t_{\text{ave}}$тогда будет равен половине периода полноволнового входного сигнала.

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

Объединив три приведенных выше уравнения, чтобы определить $V_{\text{pp}}$ дает,

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

Таким образом, для двухполупериодного выпрямителя:

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

где

• $V_{\mathrm {pp} }$ это размах пульсирующего напряжения
• $I$ это ток в цепи
• $f$ - частота источника (линейной) мощности переменного тока.
• $C$ это емкость

Для среднеквадратического значения пульсирующего напряжения расчет более сложен, поскольку форма пульсирующего сигнала влияет на результат. Предположение о пилообразной форме сигнала аналогично приведенному выше. Среднеквадратичное значение пилообразной волны равно ${\frac {V_{\mathrm {p} }}{\sqrt {3}}}$ где $V_{\mathrm {p} }$ это пиковое напряжение. При дальнейшем приближении $V_{\mathrm {p} }$ является ${\frac {V_{\mathrm {pp} }}{2}}$, это дает результат:

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

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

где

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

В зависимости от последовательного дросселя

Другой подход к уменьшению пульсаций – использование последовательного дросселя . Дроссель имеет фильтрующее действие. высокого порядка и, следовательно, создает более плавную форму сигнала с меньшим количеством гармоник . При этом выходное напряжение постоянного тока близко к среднему входному напряжению, в отличие от напряжения накопительного конденсатора , которое близко к пиковому входному напряжению. Начиная с члена Фурье для второй гармоники и игнорируя гармоники более высокого порядка,

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

коэффициент пульсации определяется следующим образом:

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

Для $R\ll X_{L},$

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

Это немного меньше 0,483, поскольку из рассмотрения не учитывались гармоники высших порядков. (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 повысится от среднего входного напряжения до пикового входного напряжения; по сути, дроссель будет вести себя как конденсатор. Эта минимальная индуктивность, называемая критической индуктивностью, равна $L={\frac {R}{2\pi (3f)}}$ 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 падению его 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 обратным напряжением .

Комплексный импеданс последовательного дросселя фактически является частью импеданса нагрузки, поэтому в слабонагруженных цепях пульсации увеличиваются (в отличие от входного конденсаторного фильтра). По этой причине входной фильтр дросселя почти всегда является частью секции LC-фильтра, снижение пульсаций которого не зависит от тока нагрузки. Коэффициент пульсации:

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

где

• $\omega =2\pi f$

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

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

где

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

Аналогичным образом, из-за независимости секций LC-фильтра по отношению к нагрузке, за резервуарным конденсатором также обычно следует конденсатор, в результате чего получается нижних частот Π-фильтр . П-фильтр обеспечивает гораздо меньший коэффициент пульсаций, чем входной фильтр с конденсатором или дросселем. За ним могут следовать дополнительные секции фильтра LC или RC для дальнейшего снижения пульсаций до уровня, допустимого нагрузкой. Однако использование дросселей в современных конструкциях не рекомендуется по экономическим причинам.

Регулирование напряжения

Основная статья: регулятор напряжения

Более распространенное решение, когда требуется хорошее подавление пульсаций, — использовать резервуарный конденсатор, чтобы уменьшить пульсации до приемлемого уровня, а затем пропустить ток через схему стабилизатора напряжения. Схема регулятора не только обеспечивает стабильное выходное напряжение, но и случайно отфильтровывает почти все пульсации, пока минимальный уровень пульсаций не опускается ниже регулируемого напряжения. Импульсные источники питания обычно включают в себя стабилизатор напряжения как часть схемы.

Регулирование напряжения основано на принципе, отличном от фильтрации: оно основано на пиковом обратном напряжении диода или серии 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 выходной сигнал регулятора не имеет пульсаций. Простой стабилизатор напряжения может быть изготовлен с последовательным резистором для снижения напряжения, за которым следует шунтирующий стабилитрон, пиковое обратное напряжение которого (PIV) устанавливает максимальное выходное напряжение; если напряжение возрастает, диод шунтирует ток для поддержания регулирования.

Эффекты пульсации

Ripple нежелателен во многих электронных приложениях по ряду причин:

• Пульсация представляет собой потраченную впустую мощность, которая не может быть использована цепью, 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, чтобы пиковое напряжение компонентов было выше; пульсации тока требуют, чтобы паразитные элементы компонентов были меньше, а рассеивающая способность - выше (компоненты будут больше, а качество должно быть выше)
• Трансформаторы, которые подают пульсирующий ток в емкостные входные цепи, должны иметь номинальную мощность ВА, превышающую их номинальную нагрузку (ватт).
• Частота пульсаций и ее гармоники находятся в пределах звукового диапазона 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 ТВ-ресиверы будут демонстрировать рисунок движущихся волнистых линий, если присутствует слишком большая пульсация.
• Наличие пульсаций может снизить разрешающую способность электронных контрольно-измерительных приборов. На осциллографе это проявится в виде видимого рисунка на экране.
• В цифровых схемах он снижает порог, как и любая форма шума на шине питания, при которой логические схемы выдают неверные выходные данные и данные повреждаются.

Пульсации тока

Пульсации тока — это периодический сигнал несинусоидальной формы, получаемый от источника переменного тока, характеризующийся импульсами с высокой амплитудой и узкой полосой пропускания.Импульсы совпадают с пиковой или близкой к пиковой амплитудой сопутствующего синусоидального сигнала напряжения.

Пульсации тока приводят к увеличению рассеяния в паразитных резистивных частях цепей, таких как ESR конденсаторов, DCR трансформаторов и индукторов, внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей. Рассеяние пропорционально квадрату тока, умноженному на сопротивление (I ² Р). Среднеквадратичное значение пульсирующего тока может во много раз превышать среднеквадратичное значение тока нагрузки.

Пульсации в частотной области

пятого порядка Пульсация на прототипе фильтра Чебышева

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 возрастающие вносимые потери с частотой, например фильтр Баттерворта . Распространенными классами фильтров, демонстрирующих пульсацию, являются фильтр Чебышева , обратный фильтр Чебышева и эллиптический фильтр . Пульсации обычно не являются строго линейно-периодическими, как видно из примера графика. Другими примерами сетей, демонстрирующих пульсации, являются сети согласования импедансов , разработанные с использованием полиномов Чебышева . Пульсации этих сетей, в отличие от обычных фильтров, никогда не достигнут 0 дБ при минимальных потерях, если они спроектированы для оптимальной передачи по всей полосе пропускания в целом.

Величину пульсаций можно обменять на другие параметры конструкции фильтра. Например, скорость спада из полосы пропускания в полосу задерживания может быть увеличена за счет увеличения пульсаций без увеличения порядка фильтра (то есть количество компонентов останется прежним). С другой стороны, пульсации можно уменьшить, увеличив порядок фильтра, сохраняя при этом ту же скорость спада.

См. также

• Выпрямитель — нелинейное устройство, являющееся основным источником пульсаций.
• Динамо , прибор для выработки электроэнергии постоянного тока, выходной сигнал которого содержит большую пульсационную составляющую.
• Звон (сигнал) — естественный аналог пульсации во временной области.

Ссылки

• Райдер, доктор медицинских наук, «Основы и приложения электроники» , Pitman Publishing, 1970.
• Миллман-Халкиас, Интегрированная электроника , McGraw-Hill Kogakusha, 1972.
• Маттеи, Янг, Джонс, Микроволновые фильтры, сети согласования импедансов и структуры связи . МакГроу-Хилл, 1964.