Часть 3. Преобразователь с учетом паразитных емкостей и индуктивностей

3.1 Схема преобразователя.

Внесем изменения в изначальную схему с учетом паразитных емкости и индуктивности в реальной плате:

Рисунок 24. Схема преобразователя с учетов паразитных эффектов.

В данной схеме учтены межвитковая емкость и емкость выводов катушки индуктивности, эквивалентная последовательная индуктивность конденсатора, емкость между слоями печатной платы, а так же неидеальность источника питания.

Рисунок 25. Особенности использования индуктивности в ПП.

При работе в ВЧ диапазоне сопротивление индуктивностей переходных отверстий возрастает. Тогда эту схему можно упростить:

Рисунок 26. Упрощенная схема индуктивности.

Построим напряжение на входе и выходе этой схемы:

Рисунок 27. Шум на выходе преобразователя.

Отношение уровня сигнала к амплитуде шума для данной схемы:

3.2 Уменьшение влияния паразитных эффектов.

В связи с тем, что катушка L8 будет иметь высокое сопротивление на высоких частотах, то в ВЧ области спектра можно не учитывать ветвь L8-C4. Чтобы подавить высокочастотный шум, нужно добавить в схему еще один конденсатор. Вместе с индуктивностью L1 и сопротивлением R он будет образовывать фильтр нижних частот:

Рисунок 28. Схема с НЧ фильтром.

Рисунок 29. НЧ фильтр.

Найдем АЧХ этого фильтра:

Рисунок 30. АЧХ НЧ фильтра.

Частота среза:

Рисунок 31. ФЧХ НЧ фильтра.

На рабочей частоте набег фазы будет равным:

Тем не менее, набег фазы не играет серьезной роли, так как выходное напряжение определяется как среднее за период.

Теперь снова проверим сигнал на выходе:

Рисунок 32. Напряжение на выходе преобразователя с НЧ фильтром.

Заключение.

Влияние паразитных эффектов на работу преобразователя постоянного напряжения достаточно велико. Существенным оказывается не только влияние индуктивностей и емкостей печатной платы, но и влияние неидеальности компонентов устройства. В связи с этим, предпочтительнее использовать компоненты для поверхностного монтажа, вследствие их пониженных емкости выводов, индуктивности, связанной с токами Фуко, и т.д.

Чтобы избежать паразитных эффектов, связанных c разводкой печатной платы, необходимо по возможности избегать перекрытия полигонов на разных слоях печатной платы, а так же избегать лишних переходных отверстий. Если, тем не менее, необходимо использовать переходные отверстия, целесообразно ставить на месте одного несколько таких отверстий. Это делается c целью уменьшения их совокупной индуктивности.

Тем не менее, полностью избавится от паразитных эффектов нельзя. Поэтому целесообразно использовать фильтры нижних частот для подавления шума на входе, как правило имеющего высокую частоту. Так же по возможности выявлять паразитные контуры и использовать методы (схемотехнические решения) для уменьшения влияния этих контуров (реакция контуров на входной сигнал без шума).

Список литературы:

1. Попов В.П. Основы теории цепей. Учебник для вузов спец. "Радиотехника". – М.: Высшая школа, 2000.

2. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. Учебник для вузов. Специальная литература – СПб.: Лань, 2009.

3. Баскаков С.И. Лекции по теории цепей: Учебное пособие. Изд. 5-е – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»,2009.-280 с.

4. Бирюков В.Н., Попов В.П., Семенцов В.И. Сборник задач по теории цепей. Учебное пособие для студентов вузов спец. "Радиотехника". – М.: Высшая школа, 1985.

5. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7.-М.: Горячая линия – Телеком, 2003.-368 с.