7.4. Згладжувальні фільтри

У будь-якій схемі випрямлення на виході випрямлена напруга крім постійної складової містить змінну складову так звану – пульсацією напруги.

Змінна складова випрямленої напруги в загальному випадку являє собою сукупність ряду гармонік з різними амплітудами, зрушених по відношенню до першої на різні кути. При цьому перша гармоніка має амплітуду у багато разів перевершує амплітуди вищих гармонік.

Для значного зменшення змінної складової випрямленої напруги використовують згладжувальні фільтри. Вони складаються з дроселя і конденсатора або з резистора і конденсатора, також використовуються фільтри на транзит-торах, дія яких заснована на тому, що опір транзистора між емітером і колектором для змінної складової випрямленого струму у багато разів більше, ніж для постійної.

Параметром якості фільтра є коефіцієнт згладження, який дорівнює відношенню коефіцієнта пульсацій на вході до коефіцієнта пульсацій на виході.

З попереднього розділу можна взяти коефіцієнти пуль-сацій випрямлених напруг і для наочності звести їх у табл. 7.1.

Таблиця 7.1

Коефіцієнт пульсацій

Вид випрямляча	Коефіцієнт пульсацій
однонапівперіодний однофазний випрямляч	1,57
двонапівперіодний однофазний випрямляч	0,67
трифазний випрямляч з нейтральним виводом	0,25
Трифазний мостовий випрямляч	0,057

З такими коефіцієнтами пульсацій випрямлену напругу в переважній більшості випадків використовувати не можна, оскільки при цьому робота електронних блоків і пристроїв різко погіршується або взагалі стає неможливою.

Залежно від призначення того або іншого електронного

блоку та його місця в електронному пристрої або системі (на вході, виході тощо) коефіцієнт пульсації напруги живлення не повинен перевищувати певних значень:

• основних каскадів автоматичних систем він не повинен перевищувати 10^-2 -10^-3;

• вихідних підсилювальних каскадів – 10^-4 - 10^-5;

• автогенераторів – 10^-5 -10^-6;

• вхідних каскадів електронно-вимірювальних пристроїв – 10-6 -10^-7.

7.4.1. Ємнісні фільтри

Ємнісний фільтр – це конденсатор, що вмикається паралельно навантаженню. За умови, що опір конденсатора для складової пуль­суючого струму з найнижчою частотою значно менший опору наван­таження, забезпечується шунтування навантаження за змінним струмом.

На рис.7.14. зображена схема фільтру.

Рис.7.14. Схема ємнісного фільтра

Основними елементом згладжувального фільтра є конден-сатор. Для постійного струму опір конденсатора дорівнює нескінченності, а для змінної складової незначний.

Основним параметром, що характеризує ефективність дії згладжувального фільтра є коефіцієнт згладжування, який дорівнює відношенню коефіцієнтів пульсацій на вході і виході фільтра. Принцип дії ємнісного фільтра зручно розглядати за

допомогою часових діаграм, зображених на рис. 7.15.

Рис. 7.15. Часові діаграми роботи ємнісного фільтра

В інтервал часу t₁-t₂ через відкритий діод VD заряджається конденсатор до амплітудного значення напруги U_2m, оскільки в цей період напруга U₂ > U. У цей час струм i_a = i_с + i_н. В інтервалі часу t₂ -t₃, коли напруга U₂ стає меншою напруги на конденсаторі U_с – конденсатор розряджається на резистор R_н, заповнюючи розрядним струмом паузу в навантажувальному струмі i_н, (пауза є в однонапівперіодному випрямлячі під час відсутності фільтра).

У цей інтервал часу напруга на резисторі R_н знижується

до деякого значення, що відповідає часу t₃, при якому напруга

U₂ у додатний напівперіод стає рівною напрузі на конденсаторі U_с. Після цього діод знову відкривається, конденсатор С_ф починає заряджатися і процеси заряду та розряду конденсатора повторюються.

Значення коефіцієнта пульсацій випрямленої напруги залежить від ємності конденсатора С_ф або опору навантажувального резистора R_н При цьому чим менше розрядяться конденсатор, тим менші будуть пульсації у випрямленому струмі і_н. Розряд конденсатора С_ф визначається постійною часу розряду, який повинен бути більший періоду частоти пульсацій неменше чім у 10 разів. Коефіцієнт пульсації напруги визначається за формулою:

, (7.26)

де ;f_осн. – частота основної гармоніки.

Ємнісний фільтр доцільно застосовувати при потужності Р_н не більше декількох десятків ватів.