2.5 П-подібний фільтр

П-подібний фільтр можна подати послідовним увімкненням С-фільтра і Г-подібного LC-фільтра, як це показано на рисунку 2.5. Коефіцієнт згладжування такого ланцюга фільтрів можна записати у вигляді добутку їх коефіцієнтів згладжування [4]:

. (2.17)

Рисунок 2.5 – Схема П-подібного фільтра

Похибка виразу (2.17) невелика і зменшується при зменшенні активного опору дроселя, а також збільшенні реактивного опору дроселя відносно опору конденсатора. Для отримання мінімальних габаритів, маси та вартості фільтра приймають С1 = С2.

2.6 Загальні положення про фільтри

Якщо коефіцієнт згладжування одного фільтра менший відносно потрібного значення, то використовують фільтри, які складаються з двох і більше ланок [4, 5, 7].

Вираз для коефіцієнта згладжування такого фільтра узагальнює результат (2.17):

, (2.18)

де – коефіцієнти згладжування першої (ємнісної), ..., m-ої ланок. Зазвичай коефіцієнтиГ-подібних ланок приймають однаковими. Для прикладу на рисунку 2.6 наведена схема 3-ланкового фільтра.

Рисунок 2.6 – Схема фільтра з Г-подібними LC ланками

При малій потужності навантаження використовують фільтри, першою ланкою яких є конденсатор, а наступними – Г-подібні LC-фільтри.

В потужних випрямлячах використовують фільтри, які складаються з декількох Г-подібних LC-ланок, тобто фільтр починається з дроселя, а закінчується конденсатором. Приймають .

Необхідну напругу для живлення різних каскадів радіоелектронного пристрою часто отримують від одного загального випрямляча. При цьому, як правило, каскади з малим рівнем сигналу живлять малою напругою з малими пульсаціями, а каскади з великим рівнем сигналу – більш високою напругою і більшими пульсаціями. Наприклад, для живлення вхідних ланок приймача необхідна напруга у декілька вольт при коефіцієнті пульсацій , а вихідні каскади живлять напругою в десятки вольт при коефіцієнті пульсацій у одиниці процентів. Для отримання таких напруг доцільно використовувати багатоланковий фільтр, приклад електричної схеми якого наведено на рисунку 2.7 [7].

Рисунок 2.7 – Схема принципова багатоланкового фільтра

На виході фільтра, схема якого наведена на рисунку 2.7, маємо:

, а. (2.19)

У радіопристроях для усунення небажаних взаємозв’язків між окремими вузлами при живленні їх від одного джерела у склад ланцюгів живлення вузлів уводять розв’язуючі кола. Це можуть бути LC- чи RC-фільтри. Приклад схеми живлення транзисторного підсилювача з використанням RC-фільтра (елементи R_ф , C_ф) наведений на рисунку 2.8 [7].

Опір вибирають виходячи з допустимих втрат напруги (), а ємність конденсатораприймають такою, щоб для самої низької частоти підсилювача, що має періодТ, виконувалась умова .

Рисунок 2.8 – Живлення транзистора через RC-фільтр

Резонансні фільтри використовують тоді, коли необхідно забезпечити високий коефіцієнт згладжування для однієї із частот напруги пульсацій.

Послаблення інших гармонік у таких фільтрах може бути гіршим, ніж при використанні П- та Г-подібних фільтрів.

2.7 Транзисторні фільтри

Фільтри на реактивних елементах, які складаються з дроселів і конденсаторів, повністю задовольняють вимогам щодо фільтрації випрямленої напруги. Проте об'єм і маса дроселя зрівнюється з відповідними параметрами трансформатора випрямляча; магнітопровід дроселя має зазор, що призводить до виникнення поля розсіювання, і він стає джерелом електромагнітних завад [4]. Транзисторні фільтри, які будуть розглянуті у цьому підрозділі, не мають цих недоліків.

Принцип дії транзисторного фільтра базується на використанні особливостей вихідної характеристики транзистора і пояснюється графіками рисунка 2.9.

Якщо робоча точка транзистора знаходиться на середині лінійної ділянки вихідної характеристики (точка А), що забезпечується незмінністю струму бази, то, як видно з рисунка, статичний опір переходу емітер-колектор транзистора постійному струму буде значно меншим від динамічного опору змінному струму. Тобто

.

Порівнюючи це відношення з опорами дроселя постійній та змінній складовим струму бачимо, що опори ідентичні. Тому транзистор можна використати як елемент фільтра.

Між випрямлячем та транзисторним фільтром для приведення рівня пульсацій до величини потрібно увімкнути конденсатор.

Транзисторні фільтри у залежності від способу увімкнення навантаження ділять на фільтри з навантаженням в ланцюзі колектора або емітера.

Рисунок 2.9 – Вихідні характеристики транзистора електронного фільтра

Схема транзисторного фільтра з навантаженням в колі колектора наведена на рисунку 2.10 [4].

Рисунок 2.10 – Схеми транзисторних фільтрів

з навантаженням в колі колектора

Зміщення напруги на базі транзистора схеми рисунка 2.10,а є фіксованим, а схеми рисунка 2.10,б – автоматичним. В схемі з фіксованим зміщенням вихідна напруга більше залежить від змін температури та струму навантаження. При автоматичному зміщенні зміни частково компенсуються.

Конденсатор є ємнісним фільтром, який додатково зменшує пульсації.

Транзисторні фільтри з навантаженням в колі емітера (рисунок 2.11) мають переваги над фільтрами з навантаження в колі колектора, а саме [4]:

– малий вихідний опір;

– менший вплив на вихідну напругу змін температури;

– відсутність резистора в колі емітера, що збільшує ККД фільтра.

Рисунок 2.11 – Схеми транзисторних фільтрів

з навантаженням в колі емітера:

а) з одноланковим RC-фільтром; б) з дволанковим RC-фільтром