Индуктивные фильтры

Индуктивные фильтры состоят из дросселя L_ф, который включают последовательно с нагрузкой R_н (рисунок 70). Так как ток в цепи с дросселем во время переходного процесса при положительной полуволне U₂ зависит от постоянной времени τ = L_ф / R_н, то длительность импульса увеличивается с ростом τ, что видно на временных диаграммах (рисунок 71).

Коэффициент пульсаций определяется по формуле

р = 2πf_осн · L_ф / R_н,

т. е. фильтр будет работать тем эффективнее, чем больше L_ф или меньше R_н:

ωL_ф >> R_н.

Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощности, т. е. с нагрузочными устройствами, имеющими большие токи. Емкостные и индуктивные фильтры относятся к однозвенным фильтрам.

Рисунок 70 – Схема включения

индуктивного фильтра

Рисунок 71 – Временные диаграммы выпрямителя с индуктивным фильтром

Р

R_ф

ассмотрим теперь многозвенные фильтры. Это LC- или RC-фильтры, которые обеспечивают еще большее уменьшение коэффициента пульсаций p и включаются Г-образно или П-образно (рисунки 72, 73).

L_ф

С_ф

R_н

R_н

С_ф

а

б

Рисунок 72 – Г-образные фильтры:

а – LC-фильтр; б – RC-фильтр

Снижение пульсаций LC-фильтром объясняется совместными действиями индуктивной катушки и конденсатора, когда наблюдается максимальное снижение переменных составляющих выпрямленного тока.

Коэффициент сглаживания LC-фильтра

q = ω²_осн · L_фC_ф – 1.

L_ф

R_ф

R_н

С_ф1

С_ф2

С_ф1

С_ф2

а

б

Рисунок 73 – П-образные фильтры:

а – LC-фильтр; б – RC-фильтр

В маломощных усилителях, где R_н составляет единицы килоом, вместо катушки включают резистор R_ф, что уменьшает массу, габариты и стоимость фильтра, однако коэффициент сглаживания, определяемый как q = (0,5…0,9) ω_осн· R_фС_ф, будет меньше, чем у LC-фильтра.

П-образные LC-фильтры состоят из емкостного фильтра и Г-образного

LC-фильтра, а RC-фильтры состоят из емкостного фильтра и Г-образного RC-фильтра (см. рисунок 73).

В П-образных фильтрах коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов составных звеньев: q_n = q_cq_г.

П-образные фильтры имеют больший коэффициент сглаживания

(q ≥ 100…1000) , чем Г-образные, но и большие габариты.

Электронные фильтры

Электронные фильтры (ЭФ) – это фильтры, в которых вместо индуктивных катушек включают транзисторы, что позволяет избавиться от переходных процессов и уменьшить габариты и массу выпрямителей. Применение транзисторов в фильтрах основано на различии сопротивлений для постоянной и переменной составляющих коллекторного тока.

И

U_К

I_К

∆I_К

∆U_К

I_К

Р.т

з выходной характеристики транзистора (рисунок 74) мы видим, что сопротивление R_К-Э постоянному току (это статическое сопротивление R_ст = ) на 2 – 3 порядка меньше сопротивления переменному току (это динамическое сопротивление R_дин = ∆U_К / ∆I_К).

Э

Рисунок 74 – R_ст и R_дин

электронного фильтра

лектронные фильтры снижают пульсации в 3 – 5 раз. Различают два способа включениия транзисторов в ЭФ:

– последовательно нагрузочным устройством (рисунок 75);

– параллельно нагрузочным устройством (рисунок 76).

При последовательном подключении в базовую цепь транзистора включена RC-цепь, которая обеспечивает фиксированное положение рабочей точки на пологом участке выходной характеристики. При этом сопротивление R_Э обеспечивает термостабилизацию режима работы транзистора.

Этот фильтр применяют при низких значениях выпрямленных напряжений. Делитель R_Б1 / R_Б2 устанавливает рабочую точку. Цепь R_Э , C_Э – термостабилизирующее звено.

R_Э

VT

R_ф

С_Б

R_Б1

С

R_н

R_н

R_Э

С_Э

R_Б2

R_Б

Рисунок 75 – Последовательное включение транзистора в ЭФ

Рисунок 76 – Параллельное включение транзистора в ЭФ