7.3. Сглаживающие фильтры Слайд № 35

Коэффициент пульсаций напряжения К_пульс, питающего электронную аппаратуру, должен составлять доли процента. Двухполупериодный выпрямитель создает пульсирующее напряжение с К_пульс = 0,67. Поэтому для уменьшения пульсаций до требуемого уровня применяют устройства, называемые сглаживающими фильтрами.

Различают емкостные, индуктивные, комбинированные (Г-образные, П-образные) фильтры.

Емкостный фильтр

На схеме однополупериодного выпрямителя емкостный фильтр выполнен в виде конденсатора С_ф, включенного параллельно нагрузочному резистору R_н. конденсатор С_ф заряжается через диод до амплитудного значения напряжения u₂ в моменты времени, когда напряжение u₂ на вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на конденсаторе. Когда u_с > u₂, диод закрыт, и конденсатор разряжается через нагрузочное сопротивление R_н с постоянной времени τ_разр = R_н∙С_ф.

Как показывает временная диаграмма, при разряде С_ф напряжение u_н не уменьшается до нуля во вторую половину периода, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем без фильтра. Аналогично работает емкостный фильтр в двухполупериодном выпрямителе, с той лишь разницей, что коэффициент пульсаций получается меньшим.

Емкость конденсатора выбирают такой, чтобы выполнялось соотношение . Здесь – период основной, наибольшей гармоники пульсирующего напряжения.

Коэффициент пульсаций выпрямителя с емкостным фильтром может быть снижен до 10^–2. Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором, т.е. при малых токах нагрузки. При этом мощность Р_н не должна быть больше нескольких десятков ватт.

Индуктивный фильтр Слайд № 36

Действие индуктивного фильтра L_ф основано на том, что сопротивление катушки индуктивности постоянному току мало, а сопротивление переменному току может быть сделано большим. Поэтому при включении L_ф последовательно с активным сопротивлением нагрузки R_н падение напряжения на R_н от переменной составляющей тока снижается, т.е. пульсации выпрямленного напряжения уменьшаются.

Г-образный и П-образный фильтры

Для более значительного уменьшения пульсаций применяют комбинированные Г-образные или П-образные фильтры.

В маломощных выпрямителях с целью уменьшения массы, габаритов и стоимости фильтра катушку L_ф часто заменяют резистором R_ф.

Для характеристики эффективности действия сглаживающего фильтра вводится коэффициент сглаживания

,

где и К^' _пульс – коэффициент пульсации на нагрузке при отсутствии и наличии фильтра, соответственно.

Если Г-образный или П-образный сглаживающие фильтры из отдельных звеньев не позволяют уменьшить пульсации до необходимого уровня, то применяют соединенный последовательно многозвенные фильтры. Общий коэффициент сглаживания такого фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания фильтров, из которых он состоит. В настоящее время используются электронные фильтры, в которых вместо индуктивностей включают транзисторы.