2 Згладжуючі фільтри

2.1 Загальні відомості про фільтри

Як відмічалося у підрозділі 1.1, згладжуючий фільтр призначений для зменшення амплітуди змінної складової випрямленої напруги.

Найбільшу амплітуду має перша гармоніка напруги випрямляча з частотою . Внаслідок цього після фільтрації її амплітуда залишається досить великою. Тому при розрахунках випрямлячів і фільтрів рівень пульсацій оцінюють по амплітуді першої гар­моніки. Вираз для коефіцієнта пульса­цій (1.11) приймає при цьому вигляд:

, (2.1)

де Uo – рівень постійної складової випрямленої напруги.

Допустимі значення пульсації для деяких радіотехнічних пристроїв мають такі значення [4]:

– мікрофонні підсилювачі – 0,00005 %;

– задаючі генератори передавачів – 0,0001 ... 0,001 %;

– підсилювачі високої та низької частоти – 0,01 ... 0,1 %.

Згладжуючі фільтри повинні відповідати наступним вимогам [1, 3, 4]:

– забезпечувати заданий коефіцієнт згладжування пульсацій;

– не порушувати нормальної роботи випрямляча;

– мати мінімальні втрати потужності;

– власна частота фільтра, щоб уникнути резонансних явищ, повинна бути мен­шою частот змінних складових;

– мати малі розміри, масу, вартість, високу надійність.

За будовою фільтри ділять на пасивні (їх виконують на R,L,C – елементах) та активні (транзисторне або лампове виконання);

Струм, який споживають радіотехнічні пристрої, може бути постійним, або може з часом швидко змінюватися. Щоб фільтр не мав великого вихідного опору для змінної складової напруги, він повинен закінчуватися конденсатором. Ємність конденсатора розраховують так, щоб максимальний змінний струм навантаження викликав зміну напруги не більшу, ніж встановлений для пристрою цього класу рівень пульсацій [3].

Разом із послабленням змінної складової у фільтрі зменшується і рівень постійної напруги. Це ослаблення характеризується коефіцієнтом передачі фільтра

, (2.2)

де – постійні складові на вході та виході фільтра.

З врахуванням (2.1) та (2.2) властивості фільтра оцінюють коефіцієнтом згладжування пульсацій [3, 4]:

, (2.3)

де Кп_вх, Кп_вих – коефіцієнти пульсацій на вході та виході фільтра.

Основні схеми пасивних фільтрів, які використовують для згладжування пульсацій, наведено на рисунку 2.1 [4].

Рисунок 2.1 – Схеми пасивних фільтрів згладжування пульсацій

2.2 Ємнісний фільтр

Еквівалентна схема фільтра та графік напруги на конденсаторі і навантаженні наведені на рисунку 2.2, а, б [3, 4].

Рисунок 2.2 – Еквівалентна схема ємнісного фільтра (а),

напруга на конденсаторі і навантаженні (б)

Коли Хс << Rн (Хс =10Rн), напругу на конденсаторі можна подати сумою постійної та змінноїскладових. Напруга пульсаційвизначається максимальним значенням струмуІм і реактивним опором Хс. Після перетворень з врахуванням (1.5) отримаємо:

. (2.3)

Коефіцієнт пульсацій для цієї схеми дорівнює:

. (2.4)

З виразу (2.4) знаходимо ємність фільтра:

. (2.5)

Недоліки ємнісного фільтру [4], які частково відмічалися у підрозділі 1.5:

– коли заряджається конденсатор, то перевантажується випрямляч;

– через відсічку зменшується час протікання струму через вентиль;

– при холостому ході напруга на навантаженні зростає до амплітуди напруги на вторинній обмотці трансформатора;

– коефіцієнт пульсацій залежить від величини навантаження.