2.4 Сглаживающие фильтры

Сглаживающие фильтры служат для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Они бывают двух видов: фильтры на реактивных элементах и электронные фильтры.

Принцип действия любого фильтра на реактивных элементах (рисунок 1.6) основан на зависимости реактивных сопротивлений от круговой частоты : ^X _L  L – для катушки с индуктивностью L;

X_C  1/( C ) – для конденсатора с емкостью C . Катушку индуктивности включают последовательно, а конденсатор – параллельно с нагрузкой. При этом переменная составляющая напряжения падает, главным образом, на катушке индуктивности, а переменная составляющая тока – замыкается через конденсатор. Как правило, для увеличения индуктивности используют катушки с сердечником (дроссели). Дроссели характеризуются не только индуктивностью, но и омическим сопротивлением катушки ^R_ÄÐ. Параметры элементов фильтров выбирают из соотношений: X _L  R_Í ; ^R_ÄÐ  ^R_Í ; X_C  R_Í .

При расчете реактивных сопротивлений под круговой частотой  понимают круговую частоту первой (основной) гармоники сигнала на входе фильтра.

Рисунок 1.6 – Схемы фильтров на реактивных элементах: а) емкостный; б) индуктивный; в) Г-образный RC; г) Г-образный LC; д) Побразный

Работу емкостного фильтра (рисунок 1.6 а), который исследуется экспериментально в лабораторной работе, поясним с помощью временной диаграммы (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 – Напряжение на нагрузке в случае применения емкостного фильтра

На временном интервале ^t₁...^t₂ конденсатор C заряжается через небольшое сопротивление открытого диода (рисунок 1.2) до амплитудного значения напряжения ^U₂m . На временном интервале ^t₂...^t₃ напряжение ^u₂ меньше напряжения на конденсаторе ^u_Í , поэтому диод VD выпрямителя заперт, а конденсатор C начинает разряжаться через нагрузочный резистор ^R_Í . Постоянная времени  разряда конденсатора, как известно из курса ТОЭ, зависит от емкости C конденсатора фильтра и сопротивления ^R_Í нагрузки:  ^R_Í C .

Эффективность работы фильтра оценивают с помощью коэффициента сглаживания ^K_Ñ : K_Ñ  K_Ïâõ / K_Ïâûõ , где ^K_Ï^âõ – коэффициент пульсации на входе фильтра,

^K_Ï^âûõ– коэффициент пульсации на выходе фильтра.

3 Практическая часть

3.1 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из источника переменного напряжения, в состав которого входит понижающий трансформатор с предохранителем, а также стенд (рисунок 1.8), на котором смонтированы все необходимые элементы.

В выпрямителях применен отечественный полупроводниковый диод КД105Б, параметры которого приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Параметры выпрямительного диода КД105Б

Iпр, ср, max, мА	Iпрг, А (при tпрг= 20 мс)	Iобр, ср, мкА	Uобр, В	Uпр,ср, В (при Iпр, ср = 300 мА)	fmax, кГц	Tmax,  С
300	15	100	400	1	1	85

Параметры, приведенные в таблице 1.1, имеют следующие наименование и смысл.

I_{пр, ср} – средний прямой ток диода. Среднее за период значение тока диода.

I_прг – ток перегрузки выпрямительного диода. Значение прямого тока выпрямительного диода, длительное протекание которого вызвало бы превышение максимально допустимой температуры перехода, но который так ограничен во времени (t_прг), что эта температура не превышается.

I_{обр, ср} – средний обратный ток диода.

U_обр – постоянное обратное напряжение.

U_пр,_ср – среднее прямое напряжение. Среднее значение прямого напряжения диода при заданном среднем прямом токе.

f_max – максимально допустимая частота.

T_max – максимально допустимая температура окружающей среды.

Рисунок 1.8 – Расположение элементов на стенде