Сглаживающие фильтры
В большинстве случаев при питании электронной аппаратуры допускается весьма малая пульсация выпрямленного напряжения. Между тем на выходе основных выпрямительных схем пульсация во много раз превышает допустимую. Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры. Основным требованием, предъявляемым к сглаживающему фильтру, является уменьшение переменных составляющих выпрямленного тока и напряжения в сопротивлении нагрузки.
Фильтры, используемые в устройствах электропитания, подразделяются на два основных вида: фильтры с емкостным входом и фильтры с индуктивным входом. Применяют различные комбинации включения элементов фильтра, имеющие различные названия ( П- образный фильтр,Г- образный фильтр, LC, R-С, С-L-С, С-R-С-фильтры и т.п.).
Для того чтобы на выходе выпрямителя получить напряжение с меньшими пульсациями, достаточно параллельно сопротивлению нагрузки Rн включить конденсатор. С появлением первой полуволны выходного напряжения конденсатор фильтра начнет заряжаться, напряжение на нем будет изменяться в соответствии с выходным напряжением выпрямителя и по окончании половины полупериода достигнет максимального значения. Далее напряжение на вторичной обмотке трансформатора уменьшается, а конденсатор начнет разряжаться через нагрузочное сопротивление, поддерживая положительное напряжение и ток в нагрузке на более высоком уровне, чем было бы при отсутствии фильтра. Прежде чем конденсатор полностью разрядится, появляется вторая положительная полуволна напряжения, которая осуществляет заряд конденсатора до максимального значения. Как только напряжение на вторичной обмотке начнет уменьшаться, конденсатор вновь начнет разряжаться на нагрузку. В дальнейшем циклы заряда и разряда конденсатора чередуются в каждом полупериоде.
Таким образом, через нагрузочное сопротивление ток проходит непрерывно, причем пульсации выпрямленного напряжения и тока значительно уменьшаются. В связи с этим схемы выпрямителей, используемых для питания сравнительно маломощной электронной аппаратуры, как правило, имеют на своем выходе конденсатор, который по существу является первым элементом сглаживающего фильтра.
Величину входной емкости сглаживающего фильтра, обеспечивающего пульсацию выпрямленного тока не более чем на 10% при частоте сети fc=50 Гц для двухполупериодных схем, подсчитывают по формуле С0= 25 I0 / U0, где С0 - входная емкость фильтра, мкФ; I0 - выпрямленный ток, мА; U0- выпрямленное напряжение, В. Для расчета рабочего напряжения на необходимо увеличить среднее значение выходного напряжения выпрямителя в 1,5 раза , а затем полученное значение увеличить на 25%.
Обычно в качестве конденсаторов фильтра используют электролитические конденсаторы, обладающие большой емкостью.
Кроме фильтров, приведенных выше, широкое распространение получили транзисторные сглаживающие фильтры. Они имеют малые габариты и массу, не создают нежелательных магнитных полей, возникающих вокруг дросселя LC-фильтров, имеют меньшие потери выпрямленного напряжения по сравнению с фильтрами типа RC.