26. Зглажувальні фільтри; призначення, класифікація. Електричні стабілізатори напруги – ферорезонансні та напівпроводникові.
Напряжение на выходе любого выпрямителя всегда пульсирующее и содержит постоянную и переменную составляющую напряжения. Для сглаживания пульсаций применяют сглаживающие фильтры (СФ) - устройства, предназначенные для подавления пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, при котором происходит нормальная работа потребителя. СФ бывают активные и пассивные. Простейшим СФ является конденсатор, включаемый параллельно нагрузке. Также можно включить катушку индуктивности (дроссель), но уже последовательно с нагрузкой. А можно комбинировать.
Емкостной фильтр
Емкостной сглаживающий фильтр представляет собой кондер, включенный параллельно нагрузке. Как же происходит сглаживание этих самых пульсаций? Давайте взглянем на форму выходного напряжения, скажем, однополупериодного выпрямителя, показанную ниже на рисунке.
Рис. 26.1 - Форма выходного напряжения однополупериодного выпрямителя
На рисунке Uср - это среднее значение выпрямленного напряжения. Если проще, то это напряжение, которое покажет обычный вольтметр, по науке называемый вольтметр среднеквадратических значений, или любой авометр (тестер). Как видим, это напряжение меньше амплитудного значения, но самое главное - пульсации.
А теперь включим параллельно нагрузке выпрямителя конденсатор, как показано ниже на рисунке:
Рис. 26.2 - Пример выпрямителя с простейшим сглаживающим фильтром
Подключим щупы осциллографа параллельно нагрузке и увидим следующую картину:
Рис. 26.3 - Форма выходного напряжения выпрямителя со сглаживающим фильтром
На выходе выпрямителя образуется пульсирующее напряжение. Допустим конденсатор разряжен. При подаче напряжения на конденсатор он начинает заряжаться - короткий отрезок пилы на рисунке. Достигнув максимального значения, амплитуда выходного напряжения выпрямителя начинает уменьшаться до нуля. Соответственно, заряженный до максимального значения конденсатор начинает разряжаться через нагрузку - длинный отрезок пилы. При следующем нарастании амплитуды процесс повторяется. Естественно, что размах амплитуды пилы, а это тоже пульсации, напрямую зависит от емкости конденсатора и от величины сопротивления нагрузки, конечно. Чем больше емкость, тем меньше пульсации, чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше пульсации. Без нагрузки пульсаций не будет.
Включив конденсатор в схему выпрямителя мы добились сглаживания пульсаций выходного напряжения, к тому же увеличилось среднее значение выпрямленного напряжения. С двуполупериодным выпрямителем частота пульсаций вдвое больше, то конденсатор разряжается через нагрузку намного медленней. Уровень пульсаций будет намного меньше, а Uср - выше.
Считается, что выходное напряжение выпрямителя содержит постоянную и переменную составляющую. Поскольку емкостное сопротивление конденсатора есть X = 1 / ωC, где ω = 2πf, то нетрудно заметить, что при увеличении емкости сопротивление уменьшается. Аналогично и для частоты. Но для постоянного тока частота равна 0, значит емкостное сопротивление будет стремиться к бесконечности. Таким образом, переменная составляющая проходит через конденсатор и замыкается на общий провод не попадая в нагрузку, тогда как постоянная составляющая полностью выделяется в нагрузке.