4) Сглаживающие фильтры выпрямителей : емкостной и индуктивный фильтры.

Для повышения качества выпрямленного напряжения (сглаживания) применяются различного рода фильтры высших частот. Принцип их действия основан на использовании реактивных элементов – электрических емкостей и индуктивностей, способных накапливать и отдавать энергию в течение периода питающего напряжения. Для повышения эффективности сглаживания выпрямленного напряжения пассивные элементы (L,C) могут использоваться в сочетании с полупроводниковыми регулирующими элементами. Включение под переменное напряжение последовательно включенных вентиля и индуктивности. В схеме, приведенной при изменении полярности напряжения, приложенного к вентилю с отрицательной на положительную, он открывается, и ток в цепи начинает изменяться по закону i( t) = (E _m/ ω L)( 1 − cos ω t) = I _m − I _m cos ω t. Особенностью рассматриваемой схемы является то, что вентиль фиксирует фазу включения индуктивности под напряжение, соответствующую его переходу через ноль. Как видно из приведенного выражения, ток имеет две составляющие - постоянную (апериодическую) Im и периодическую I _m cos t ω. Амплитуда периодической составляющей равна величине постоянной составляющей, таким образом ток в цепи все время после открывания вентиля не прерывается. Начиная с момента открывания вентиля падение напряжения на нем остается близким к нулю. Подобный режим, известный в электротехнике как «бросок тока намаг-ничивания» при включении слабо нагруженного трансформатора, возможен и в цепи, не содержащей вентиль, если включение источника э.д.с. производить при нулевых начальных условиях. Наличие потерь в цепи приводит в данном случае к затуханию апериодической составляющей. При включении вентиля в цепь апериодическая составляющая тока затухать не будет, так как вентиль препятствует изменению полярности тока. На практике это означает, что переходной процесс включения индуктивности под синусоидальное напряжение в начале каждого положительного полупериода питающего напряжения повторяется при нулевых начальных условиях по току и напряжению. При наличии в цепи активных потерь, в конце каждой отрицательной полуволны напряжения источника будут наблюдаться перерывы тока, связанные с закрытием вентиля. Включение под переменное напряжение последовательно включенных вентиля и емкости. В течение четверти периода после открывания вентиля конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения источника после чего протекание тока в цепи прекращается. В дальнейшем напряжение на конденсаторе постоянно и равно амплитудному значению напряжения трансформатора. Поскольку при запертом вентиле напряжение на нем является суммой напряжения на конденсаторе и напряжения трансформатора, максимальная величина обратного напря-жения на вентиле равна удвоенному амплитудному напряжению источника. Далее рассмотрим работу схемы однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром, который в простейшем случае состоит из одного конденсатора, включенного параллельно активной нагрузке В этом случае напряжение на конденсаторе уже не является постоянным, поскольку значительную часть периода к вентилю прило-жено запирающее напряжение и конденсатор разряжается через сопротивление нагрузки. В нормальном режиме работы выпрямителя величина пульсаций напряжения на нагрузке ∆ U значительно меньше амплитудного значения напряжения. Основным параметром, определяющим работу устройства явля-ется постоянная времени разряда емкости фильтра через сопротивление нагрузки - RC, точнее, отношение постоянной времени к длительности периода переменного напряжения T. В приближении RC» T можно принять, что длительность фазы протекания тока в устано-вившемся режиме мала по сравнению с длительностью периода. Тогда величина амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения ∆ U может быть оценена из простых геометрических соображений ∆ U = U _m T/2 RC. В электронике для оценки качества выпрямления напряжения часто используется относительная величина пульсаций δ U = T/2 RC. Как видно, для уменьшения величины пульсаций при заданной величине сопротивления нагрузки надо либо увеличивать емкость фильтра, либо, если возможно, увеличивать частоту питающего напряжения (уменьшить T).