ТОЭ-УМК-бак. 11.11 (2к. 2 сес.) / Лаб. работы / Лаб. р.-5-эл.фильтры

Лабораторная работа № 5.

Исследование электрических фильтров.

Время для выполнения работы – 2 часа.

1. Цель работы - изучение сглаживающих фильтров

2. Оборудование и приборы:

- блок № 8 с источником несинусоидального напряжения (двухполупериодным полупроводниковым выпрямителем) и сглаживающими фильтрами;

- мультиметры;

- осциллограф.

3. План работы

1. Изучение назначения и схем электрических фильтров.

2. Исследование сглаживающих фильтров.

3. Составление отчета о работе.

4. Указания и пояснения.

1. Ознакомиться с назначением, видами и схемами электрических фильтров следует по разделу «Общие сведения», при этом необходимо занести в конспект сведения о назначении электрических фильтров, их видах и начертить основные схемы фильтров.

2. Исследовать одну-две схемы сглаживающих фильтров, указанных преподавателем, для чего:

4.1 подключить к двухполупериодному полупроводниковому выпрямителю нагрузочное сопротивление по схеме 1;

Схема 1

4.2 подав на выпрямитель переменное напряжение, измерить постоянную и переменную составляющие тока и напряжения на сопротивлении R2 мультиметрами. При измерении постоянных составляющих мультиметры переводятся на измерение постоянных значений токов и напряжений, а при измерении переменных составляющих – на измерение переменных токов и напряжений. Результаты измерений занести в таблицу 1;

4.3 подключить к сопротивлению R2 осциллограф и зарисовать кривую поданного на сопротивление R2 напряжения;

4.4 собрать схему 2 со сглаживающим фильтром, повторить указанные в пп. 4.2 и 4.3 измерения, фиксируя результаты в таблице 1 и зарисовав кривую напряжения.

Возможные схемы фильтров даны в «Общих сведениях».

Схема 2

Таблица 1

Вариант схемы	I	U	I	U	qв q	qф	S
Без фильтра
С фильтром 1
С фильтром 2

4.5 вычислить коэффициенты пульсаций выпрямителя qв , фильтра qф и сглаживания S и занести их значения в таблицу 1.

qв = 2 U / U

qф= 2 U / U

S = qв/ qф

Общие сведения

В электротехнике рассматривались электрические цепи, на­ходящиеся под воздействием постоянных или синусоидальных напря­жений. Строго говоря, источников с абсолютно постоянной или сину­соидальной э. д. с. не существует. Электролитические, термоэлектри­ческие и электромашинные источники постоянной э. д. с. в силу разных причин создают на своих зажимах медленно изменяющиеся или пульсирующие напряжения. У электромашинных источников переменного напряжения форма кривой э. д. с. всегда несколько отличается синусоидальной.

При анализе электрических цепей пульсации постоянного напряжения и отклонения переменного напряжения от синусоидального считали малыми и не учитывали. Однако в некоторых случаях они влияют на работу электротехнических устройств, и учет их влияния необходим. Кроме того, в устройствах автоматики, вычислительной техники широко используют специальные генераторы и преобразователи, выходное напряжение которых резко отличается от синусоиды, например релаксационные генераторы, выпрямительные устройства и ограничители.

Электрические фильтры — это четырехполюсники, содержащие резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы и предназначенные для выделения на нагрузочном устройстве напряжения заданного диапазона частот. В основе принципа действия фильтров лежит зависимость сопротивления индуктивных катушек и конденсаторов от частоты.

Сглаживающие фильтры. Сглаживающие фильтры используют для выделения на нагрузочном устройстве постоянной составляющей (среднего значения) выпрямленного напряжения. В отсутствие фильт­ров напряжение на выходе выпрямительных устройств значительно отличается от постоянного. Так, например, в случае двухполупериодного выпрямления (рис. 1) амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения соизмерима с его постоянной составляющей

U(0)m=2/3U (0)

Сглаживающий фильтр снижает процентное содер­жание гармонических составляющих выпрямленного напряжения, т. е. улучшает его форму.

со

Рис. 1. График мгновенных значе­ний напря- Рис. 2 Схема выпрямительного уст­ройства

жения на выходе двухполупериодного с ­индуктивным сглаживающим фильтром

выпрямителя и разложение напряжения

в ряд Фурье

Рис. 3 Схема простейшего сглаживающего фильтра

Резонансные фильтры. В резонансных фильтрах используются явления резонансов напряжений и токов в электрических цепях для выделения или исключения в кривой напряжения на приемнике определенной полосы частот. Соответствующие фильт­ры называются полосовыми и заградительными.

На рис. 4 приведена схема простейшего полосового фильтра на основе явления резонанса напряжений

Рис. 4 Схема полосового фильтра с использованием явления резонанса напряжений.

Сопротивление цепи, состоящей из последовательно включенных индуктивности и емкости, при определенной частоте, называемой резонансной, становится равным нулю, т.е. цепь ток этой частоты пропускает, но оказывает сопротивление токам других частот и с увеличением разности между резонансной частотой и имеющимися в несинусоидальном токе частотами это сопротивление возрастает, что позволяет выделить только узкую полосу пропускаемых частот.

При параллельном соединении индуктивности и емкости наблюдается резонанс токов, когда сопротивление цепи при частоте становится бесконечным, т.е. цепь ток такой частоты не пропускает. Фильтры, препятствующие прохождению отдельных частот, называются заградительными.

На рис. 5 приведена схема простейшего заградительного фильтра на основе явления резонанса токов

Рис. 5 Схема заградительного фильтра с использованием явления резонанса токов.

Литература.

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: АКАDEMA, 2003

2. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники. М.: АКАDEMA, 2004

3