2.4.4. Режекторный lc-фильтр
В заграждающих (режекторных) фильтрах (рис. 2.4.6. а) также используются резонансы напряжений и токов, но в отличие от ПФ параллельный колебательный контур включен в продольное плечо, а последовательный – в поперечное.
Рис. 2.4.6. Схема режекторного LC-фильтра (а) и его АЧХ (б).
Резонансная частота контура определяется выражением
.
При резонансе сопротивление продольного плеча оказывается максимальным, а поперечного – минимальным, что соответствует наибольшему затуханию (рис. 2.4.6. б). Для электрических колебаний с частотами, отличающимися от резонансной, сопротивление продольного плеча уменьшается, а поперечного – увеличивается, в результате чего происходит увеличение коэффициента передачи фильтра.
2.4.5. RC-фильтр нижних частот
На частотах до нескольких десятков килогерц применяются RC-фильтры, состоящие из резисторов и конденсаторов. В качестве фильтра нижних частот (ФНЧ) используется одно или несколько включённых последовательно RC-звеньев, ёмкость включается в поперечное звено (рис. 2.4.7. а).
Рис. 2.4.7. Схема пассивного RC-фильтра нижних частот (а) и его АЧХ (б).
С увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента передачи (рис. 2.4.7. б).
2.4.6. RC-фильтр верхних частот
В RC-фильтре верхних частот (ФВЧ) конденсатор включён в продольное плечо (рис. 2. 4.8. а). Поэтому на низких частотах его сопротивление значительно больше сопротивление резистора параллельного плеча и коэффициент передачи мал. С увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается, что приводит к увеличению коэффициента передачи (рис. 2.4.8. б).
Рис. 2. 4.8. Схема пассивного RC-фильтра верхних частот (а) и его АЧХ (б).
Рассмотренные ФНЧ и ФВЧ, состоящие из нескольких однотипных звеньев RC, называются цепочечными RC-фильтрами.
В качестве полосового RC-фильтра на низких частотах применяется Г-образный RC-фильтр (рис. 2.4.9. а).
Рис. 2.4.9. Схема пассивного полосового RC-фильтра (а) и его АЧХ (б).
На некоторой частоте fр, называемой квазирезонансной, коэффициент передачи такого фильтра имеет наибольшее значение, равное 1/3 , и уменьшается при отклонении частоты входного напряжения от fр (рис. 2.4.9. б).
Роль заграждающих фильтров (ЗФ) на низких частотах выполняют Т-образные (рис. 2.4.10.) и двойной Т-образный (рис. 2.4.11. а) фильтры. У этих фильтров на квазирезонансной частоте fр коэффициент передачи имеет минимальное значение и увеличивается при отклонении частоты входного напряжения от fр (рис. 2.4.11. б).
Рис. 2.4.10. Схемы заграждающих Т-образных RC-фильтров (q – коэффициент, равный целому положительному числу).
Рис. 2.4.11. Схема заграждающего двойного Т-образного RC-фильтра (а) и его АЧХ (б).
2.5. Выпрямители источников электропитания. Виды выпрямителей и их характеристики
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности приложенного напряжения. Выпрямитель можно рассматривать как один из типов инверторов напряжения. Обобщенная структурная схема выпрямителя приведена на рис. 2.5.1.
Рис. 2.5.1. Обобщенная структурная схема выпрямителя
В состав выпрямителя могут входить: силовой трансформатор СТ, вентильный блок ВБ, фильтрующее устройство ФУ и стабилизатор напряжения СН. Трансформатор СТ выполняет следующие функции: преобразует значение напряжения сети, обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузки от силовой сети, преобразует количество фаз силовой сети. В импульсных источниках питания трансформатор обычно отсутствует, так как его функции выполняет высокочастотный инвертор.
Вентильный блок ВБ является основным звеном выпрямителя, обеспечивая однонаправленное протекание тока в нагрузке. В качестве вентилей могут использоваться электровакуумные, газоразрядные или полупроводниковые приборы, обладающие односторонней электропроводностью, например, диоды, тиристоры, транзисторы и др. Идеальные вентильные элементы должны пропускать ток только в одном (прямом) направлении и совсем не пропускать его в другом (обратном) направлении. Реальные вентильные элементы отличаются от идеальных, прежде всего тем, что они пропускают некоторый ток в обратном направлении и имеют падение напряжения при протекании прямого тока. Это сказывается на снижении КПД вентильного блока и снижении эффективности выпрямителя в целом.
Фильтрующее устройство ФУ используется для ослабления пульсаций выходного напряжения. В качестве фильтрующего устройства обычно используются фильтры нижних частот (ФНЧ), выполненные на пассивных R, L, С элементах или, иногда, с применением активных элементов- транзисторов, операционных усилителей и пр. Качество ФУ оценивают по его способности увеличивать коэффициент фильтрации q, равный отношению коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра.
Стабилизатор напряжения СН предназначен для уменьшения влияния внешних воздействии: изменения напряжения питающей сети, температуры окружающей среды, изменения нагрузки и др.,- на выходное напряжение выпрямителя. Стабилизатор напряжения можно установить не только на выходе выпрямителя, но и на его входе. Если к стабильности выходного напряжения не предъявляется особых требований, то стабилизатор может быть или совсем исключен или его функции переданы другим узлам. Например, в импульсных источниках питания функции стабилизатора может выполнять регулируемый инвертор (РИ) или регулируемый вентильный блок.
Кроме основных узлов, в состав выпрямителя могут входить различные вспомогательные элементы и узлы, предназначенные для повышения его надежности: узлы контроля и автоматики, узлы защиты и др., например, узлы автоматического переключения напряжения питающей сети 110-220 В.