4. Индуктивно-емкостные фильтры

Рассмотренные выше простейшие фильтры не могут обеспечить получение больших коэффициентов сглаживания, поэтому на практике в качестве сглаживающих фильтров используются сочетания индуктивности и емкости, которые при относительной простоте позволяют получить более высокие коэффициенты сглаживания. Наиболее простая схема индуктивно-емкостного Г-образного LC-фильтра показана на рис. 4, а. Входным элементом этого фильтра является дроссель, и при соблюдении условия X_L >>R_Н>>X_c дроссель и конденсатор в данном (совместном) включении используются лучше, чем каждый из них и отдельности. При этом общее сопротивление цепи для переменной составляющей выпрямленного напряжения значительно уменьшается и поэтому увеличивается переменная составляющая выпрямленного тока, протекающего через дроссель, а значит, возрастает и падение напряжения на нем. Это приводит к уменьшению переменной составляющей напряжения на нагрузке (по сравнению с ее значением при раздельном включении конденсатора и дросселя).

Рис. 4. Схема индуктивно-емкостного фильтра (а), эквивалентная

схема его (б), графики для определения произведения LC(в)

Так как обычно при расчете коэффициент сглаживания q задан и искомыми величинами являются L и С, то можно воспользоваться формулой

LC = (q + l)/(mω_C)².

Выражая индуктивность дросселя в генри, а емкость конденсатора в микрофарадах, получаем следующие расчетные формулы:

при f_C = 50 Гц

LC= 10(q+ 1/m²);

при f_C = 400 Гц

LC = 0,16(q+ 1/m²).

По этим выражениям при известном q, задаваясь, например, емкостью фильтра С, можно найти индуктивность L.

В фильтре, состоящем из дросселя и конденсатора, возможны резонансные явления, и для их исключения необходимо, чтобы собственная частота фильтра была ниже частоты пульсаций, т.е. желательно выполнить условие ω₀≤0,5mω_C. Так как собственная частота фильтра ω₀ = 1/√LC, условие отсутствия резонанса можно записать в следующем виде:

LC ≥ 4/m²ω²_С.

Подставляя LC из ранее полученной формулы для LC, получаем

q ≥ 3.

Таким образом, условием отсутствия резонанса в данном фильтре являются такие значения L и С, которые обеспечивают коэффициент сглаживания не менее трех.

5. Многозвенные фильтры

При необходимости получения больших коэффициентов сглаживания (более 20) многозвенные фильтры оказываются более экономичными, чем однозвенные. Они состоят из нескольких последовательно соединенных однозвенных, и входным элементом таких фильтров может быть либо дроссель, либо конденсатор (Рис.5).

Коэффициент сглаживания всего фильтра

Рис. 5. Схемы многозвенных фильтров:

а - двухзвенный LC-фильтр; б - двухзвенный С₁, L, C₂ (П-образный) фильтр

где К_П - коэффициент пульсации на выходе выбранной, схемы выпрямления; К_П.Н- коэффициент пульсации на нагрузке (см, приложение 9).

Коэффициент сглаживания первого звена фильтра

^{Коэффициент сглаживания второго звена фильтра}

Здесь K_П1 — коэффициент пульсации на выходе первого звена и на входе второго звена данного фильтра.

Произведение коэффициентов сглаживания первого и второго звеньев совместно равно произведению коэффициентов звеньев

⁽

Таким образом, коэффициент сглаживания двухзвенного фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания его звеньев. Аналогично для любого многозвенного фильтра общий коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов сглаживания всех звеньев, т. е.

В многозвенных фильтрах удобно использовать одинаковые по параметрам звенья, т. е.

^{и в этом случае}

_{где п — число звеньев.}