Filters voor voeding...

Filtering , ook bij voedingen essentiëel. Het belang van de condensator zal ook hier duidelijk worden.
Het probleem:
In de voorgaande pagina hebben we gezien dat de voeding tot nog toe wel een gelijkspanning verzorgt maa meer niet. Zowel bij enkel fazig als dubbel liggen de golfvormen langs één enkel kant van de NUL lijn. Maar de ondulatie, daar zitten we maar mee. Als we deze voeding alzo zouden gebruiken dan zouden we wat horen en zien, 95 % onbruikbaar. Rechts ter info nogmaals het resultaat van zo een eenvoudige voeding. A votre droite, l'allure de cette tension.
De oplossing:
We pogen deze rommel weg te vlakken en dit kan men O.A. doen door gebruik te maken van condensatoren. Weet, een impedantie van een condensator is frequentie afhankelijk. Daarom zou het gebruik om zelfde reden van een spoel eveneens van toepassing kunnen zijn. Spoelen zijn eerder groot en onhandig en daarom minder gebruikt heden te dagen. vroeger was dat wel eens anders: Het schema hieronder.
De condensator bevindt zich vlak na de gelijkrichter ter hoogte van de belasting R.	Het resultaat bij goed gekozen waarde van de condensator...
Het resultaat ziet U hiernaast. Bij de aanvang wordt de condensator opgeladen volgens de golfvorm. Bij dalende spanning komt er een moment dat de spanning op de condesator groter is dan de golfvorm. Denk er ook aan dat steeds spanning aan de belasting wordt geleverd. (rode lijn) Hierdoor daalt die rode lijn. Bij volgende alternatie die wel gelijk wordt gericht zal de condensator pas bijgeladen worden van zodra de golfvorm groter dan de resterende condensator spanning wordt. U merkt het, de condensator moet voldoende groot zijn opdat de spanning hierover niet te snel zal dalen. de spanning over de condensator zal eveneens minder snel dalen als de belasting (weerstand) groot is. Wat we hier vaststellen is het effect van de tijdconstante gevormd door R en C (t = R.C=)
	Links ziet U het resultaat van wat er van de indulatie nog over blijft doven op de gelijkspanning en dit lijkt er nu al wat beter op. Het belang van de tijdconstante is zeer de moeite om goed dit mechanisme door te hebben.
Weet U: Daar waar bij niet gefilterde voedingen de stroom doorheen diodes de golfvorm volgt is dit nu niet meer het geval. Indien U ziet dat op schema hoger de diodes niet kunnen geleiden als de aangelegde golfvorm BENEDEN de rode lijn gelegen is dan hebt U de werking goed door. Stroom zal pas doorheen de diodes vloeien als de anode positiever wordt dan de kathode van die diode (anders uitgedrukt: ter vereenvoudiging, de golfvorm moet minstens de spanning over de condensator bereiken). Dit heeft bijzondere gevolgen. De stroom vloeit velle malen minder lang dan zonder condensator. ALLE energie gevraagd door de belasting moet gedurende deze kleine tijdspanne door de diodes gevloeid zijn. U begrijpt dat hierdoor de groote van de stroom vele malen deze van een niet gefilterde voeding overtreft. (vb: een diode voor 1 A moet instaat zijn om zelfs in piek 10 en meer A te verdragen. Niet niks hoor ik U zeggen...
Belangrijk: Stel dat de transfo onder belasting 12 V AC levert dan zal zelfs bij verwaarlozing van de tegenspanning van beide diodes 1,4 V (2 X 0,7V) er een spanning (DC) van 16,92 V gemeten worden. ! Opmerkzaam als U bent weet u dat op de ondulatie na de gelijk spanning gelijk is aan de piek waarde van het sinusvormig AC. (12 V effectief X 1,41 = 16,92 V) Bekijk goed het mechanisme indien nodig
Het is mogelijk om de ondulatiespanning te berekenen (we rekenen nogal wat af) . We moeten wel de stroom van de condensator weten.	I Vond =  _______                 f . C
	Met I = laadstroom in A f = Frequentie van de ondulatie (100 Hz bij toepassen van een dubbel alternatie gelijkrichter) C = Capaciteit in F (farad)
Des te groter C , des kleiner V ondulatie.
Hoe de waarde van de afvlak condensator bepalen ?
De condensator zal van verschillende parameters afhankelijk zijn. Ja, welk niveau van ondulatie kan men tolereren? Hoe groot is de belastingstroom en ook wel het type van diode in gebruik. De algemene formule: met I = Stroom doorheen de belasting         t = periode (tijd) van de ondulatie   Vond = Waarde van de ondulatie spanning in piek tot piek.	I t C =  ______   Vond C in Farad
Een kleinvoorbeeld kan veel uitleg besparen.	De gewenste vereisten : I = 2 A Bron spanning (ondulatie) = 2% van de uitgangsspanning Geleverde spanning : 13,8 V Dubbele alternatie voeding.
Vooreerst, de piek waarde van de brom. We stelde vooraf dat 2% van 13.8V als brom wat ons oplevert 0,276 V of onder sinus vorm 2,76 x 2,82 = 0,78 V (2 x 1,41) De periode van de brom als 100 Hz (dubbelfazig) 1/f of 0,01 s Deze gegevens ingevoerd in de formule hierboven  C =  2x0,01/0,78 = 0,0256 F of omgerekend 25.000 µF !!!!
Dit bekomen we met een gewone voeding. De condensator is wel groot maar 2 % is een kleine brom. Om deze grote condensator te omzeilen maken we gebruik van stabilisatie in serie (zie later).
Een paar voorzorgmaatregelen :
Bij het aanzetten van de voeding is de condensator NIET geladen. Hierdoor zal op dat moment een bijna kortsluitstroom vloeien. De diodes moeten dit verwerken. Het is dan aangeraden om een "soft" restart systeem te voorzien teeinde deze stroom enigzins te beperken. Men zou kunnen denken aan het plaatsen van een weerstand in serie met de diodes die na dat opstarten kortgesloten wordt. Een andere mogelijkheid, een kleinere spannings aftakking op de transfo bij het aanzetten kan eveneens helpen. Wat hier verteld is vooral waar voor de hogere spannings voedingen (U begrijpt wel waarom hoop ik)
Ander soorten filters :
Een weerstand vlak na de diodes geplaatst zou in combinatie van de condensator eveneens de bromspanning kunnen verminderen. (gebruik van de spanningsdeler voor de ondulatie). Dit kan voor kleinere stromen zoals U wel zal begrijpen (spanningsval over de weerstand van de voedings uitgang af te trekken). Indien de secundaire spanning van de transfo voor onze toepassing wat te hoog is zou men op die manier wat spanning kunnen kwijtspelen, wat de diodes op dat moment wat zou ontlasten (begrijpt U dat). Zoals gesteld een weerstand indien goed gekozen kan helpen de brom te vberminderen. OK maar een spoel heeft een betere werking daar de inductantie groter kan gehouden worden zonder de de zuivere weerstand daarom groter wordt. Het volstaat de spoel zo groot te kiezen opdat de deling van de bromspanning naar Uw goestig is. De draad van de spoel moet wel in functie van de stroom voldoende groot zijn (kleine weerstand). Natuurlijk kan de omvang van die spoel U parten spelen (ook de kost). Vroeger werd deze techniek veel toegepast maar heden kunnen we op zijn miste evengoed de brom bewerken bij middel van stabilisatoren.
Spannings vermenigvuldigers :
Ook dit kan. Bij zenders met buizen is een hoge spanning vereist. Dit is dan een veel toegepast systeem om zonder zeer speciale transfo toch aan die spanning te komen.
Hierboven ziet U een schema van een spanningsverdubbelaar. We gaan de werking hier verklaren. We bekijken de schekaling op het moment van de NEGATIEVE alternantie. De diode D1 zal geleiden en de condensator volgens de getekende polariteit opladen. De condensator laadt op naar 1,41 X V effctief. Diode D2 en C2 parallel hieraan kunnen niet opladen. De diode D2 is gesperd.	De volgende alternantie nu. U merkt dat D1 nu geserd is. D2 daar en tegen zal kunnen geleiden en zal C2 gaan opladen. Gezien vanuit het standpunt C2 staan de lading van C1 en deze alternatie in SERIE. Dat betekend dat C2, naar ongeveer het dubbele van de spanning zal opladen. Probeert U zich de kring voor te stellen : de transfo met polarisatie "+" bovenaan, de condensator met lading in serie. Op C2 zal U 2,8 X sec spanning (effectief) moeten meten. (2,8 zijnde 1,4 x 2). In werkelijkheid zal dit minder zijn omdat de inwendige weerstanden : primaire, secundaire wikkeling , diode en tegenspanning ook hun rol spelen. Bedenk even wat volgt: twee schakelingen, de ene gebouwd met een transfo met gewicht (groot dus) en de tweede met een piep klein transfo met fijne draden. U (als verstandig mens ) zal het toch normaal vinden dat de zware voeding wel degelijk een grotere spanning aan de uitgangs klemmen zal voeren...
Eveneens een gevolg van die inwendige elementen: bij het aansluiten van een belasting zal als de inwendige elementen hun rol gaan spelen. De uitgangsspanning is niet direct een voorbeeld van stabiliteit als gevolg van wisselende belastingen. Nogmaals ALLE samenstellende elementen links van de belasting spelen hun rol. Indien U hier niet aan denk kan het voorkomen dat Uw spanningsvedubbelaar niet als verwacht werkt en het resultaat veer onder de gewenste uitgang zal liggen. Tevens zal C2 relatief snel gaan ontladen tijdens de cyclus die zorgt voor de bijkomende spanning van C1 (eenfazig als het ware). Dit gegeven leidt ons naar volgend voorstel:
Dubbelfze spannings vermenigvulding :
Eigenlijk is de werking niet moeilijker te begrijpen dan voorgaand schema. We bekijken wat er gebeurt als we een faze en dan de andere faze aan de kring hierboven aanleggen.. We beginnen met de positieve alternantie op de secundaire wikkeling. U ziet direct dat D2 spert en D1 zal geleiden. DI maakt dat C1 zal opladen naar de nu gekende waarde.	De volgende alternantie (negatief) zal als we de kring goed volgen via C2 en D2 stroom voeren. D1 zal niet geleiden. C2 gaat eveneens opladen zoals D1 bij voorgaande alternatie deed. Bealngrijk is dat U ziet dat C1 en C2 in serie staan. De spanningen voegen zich samen. Als we nu de onderkant van C2 nemen als referentie (nul) dan is bovenaan C1 de spanning dubbel maal twee maal de factor 1,41. Is dit nu geen verdubbelaar of niet... Dit opzet zal wat stabieler zijn dan voorgaand daar de twee alternanties beter worden benut.
Wees eerlijk, toch niet moeilijk als men zijn aandacht er bij houdt. Praktische wenk: des te meer stroom men wenst des te groter de condensatoren moeten zijn. het is altijd het zelfde. Het geval van zeer hoge spanning. Stroom vermenigvuldigd met spanning geeft vermogen zoals u wel weet. Eindversterkers met buis technologie vragen om hoge spanning en voor een bepaald vermogen minder stroom. Nu die hoge spanning, om die af te vlakken moeten we over condesatoren beschikken die tegen die spanningen bestand zijn. Het is normaal dat bv een zender 1000 W we een voeding nodig hebben van 2500 V DC. De condensator moet dus best een 5000 V kunnen verdragen. Dit is al minder evident. Door serie schakkelen van gelijke condensatoren verdelen we de spanning over beide. Stel, we gebruiken er vier dan wordt de spanning over één condensator maar een vierde. Natuurlijk moeten we de condensator viermaal groter nemen om de zelfde waarde te bekomen. Toch blijft er nog een probleem. Tidens de eerste oplading (van nul volt af) doen we er goed aan door er voor te zorgen dat die spanning goed over de vier condensatoren verdeeld wordt (egaliseren van de laadspannig). Het zou wel eens kunnen geberen dat anders één of meer condensator voor vuurwerk zorg. In eerste instantie is de lading gelijk aan nul V. Bij aansluiten zal er een enorme stroom door de condensator vloeien daar deze als een bijna kortsluiting mogen zien (hoge spanning, hoge stroom). Door weerstanden zoals hieronder kunnen we hier wat aan doen. Opgelet hoge spanning hoge stroom, dus weerstanden niet te klein want .... die warmen ook op en kunnen doorbranden.
U ziet het heel wat aspecten van de theorie electronica komen bij de voeding aan bod. Vandaar het belang van dit onderwerp.
Naar wat modernere tecniek. Meer en meer wordt er overgegann naar de techniek van spanningsstabilisatie. Dit is wat we hierna zullen zien.