3. Сглаживающие фильтры

Коэффициент пульсаций напряжения К_пульс, питающего электронную аппаратуру, должен составлять доли процента. Различают емкостные, индуктивные, комбинированные (Г-образные, П-образ­ные) фильтры.

Емкостной фильтр выполняется в виде конденсатора с емкостью С_ф, включенного параллельно нагрузочному резистору R_н. Конденсатор заряжается через открытый диод до амплитудного значения напряжения u₂ в моменты времени, когда напряжение u₂ на вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на конденсаторе. Когда напряжение u_с > u₂, диод закрыт, конденсатор разряжается через нагрузочное сопротивление R_н с постоянной времени _разр = R_нС_ф.

Как показывает временнáя диаграмма на рис.64, б, при разряде С_ф напряжение u_н не уменьшается до нуля во вторую половину периода, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем без фильтра. Аналогично работает емкостный фильтр в двухполупериодном выпрямителе, с той лишь разницей, что коэффициент пульсаций получается меньшим.

Емкость конденсатора С_ф выбирают такой, чтобы выполнялось соотношение _разр = R_нС_ф > 5Т. Здесь Т = 1 / f_осн – период основной, наибольшей гармоники пульсирующего напряжения.

Коэффициент пульсаций выпрямителя с емкостным фильтром может быть снижен до 10^-2. Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором, т.е. при малых токах нагрузки. При этом мощность Р_н не должна быть больше нескольких десятков ватт.

Действие индуктивного фильтра L_ф основано на том, что сопротивление катушки индуктивности постоянному току мало, а сопротивление переменному току X_L = L может быть сделано большим. Поэтому при включении L_ф последовательно с активным сопротивлением нагрузки R_н падение напряжения на R_н от переменной составляющей тока снижается, т.е. пульсации выпрямленного напряжения уменьшаются.

Для более значительного уменьшения пульсаций применяют комбинированные Г-образные или П-образные фильтры.

4. Электронные усилители

Электронным усилителем называют устройство, предназначенное для усиления напряжения, тока и мощности электрических сигналов. Наиболее важным является усиление мощности, так как усиление напряжения (без усиления мощности) можно получить просто с помощью трансформатора. Мощность сигналов в электронных усилителях усиливается за счет энергии источников питания.

Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером предназначен для усиления гармонических сигналов (сигналов синусоидальной формы) в диапазоне низких частот и включается по схеме (рис.65, а), где VT – транзистор p-n-p, усилительный элемент; Е_к –источник питания схемы; R₁, R₂ – резисторы делителя напряжения, обеспечивающего подачу напряжения питания базы для установки нужного режима работы усилительного элемента (транзистора); R_к – резистор коллекторной нагрузки; R_н – сопротивление внешней нагрузки; R_э, С_э – элементы схемы, обеспечивающие температурную стабилизацию режима работы транзистора; С₁ и С₂ – конденсаторы, служащие для разделения постоянных и переменных токов в схеме. Эмиттер является общим для входной и выходной цепей.

Основные характеристики усилителя: нагрузочная характеристика К_u = f(R_н) (рис.65, б) – зависимость коэффициента усиления от сопротивления нагрузки, амплитудо-частотная характеристика K_u = (f) (рис.65, в) – зависимость коэффициента усиления от частоты сигнала.

Уменьшение коэффициента усиления на нижних частотах обусловлено увеличением реактивного сопротивления разделительных конденсаторов Х_с = 1 / С, включенных последовательно в цепях прохождения сигналов. В результате бóльшая часть напряжения падает на этих конденсаторах и выходное напряжение уменьшается. Уменьшение коэффициента усиления на верхних частотах объясняется уменьшением реактивного сопротивления паразитной емкости, шунтирующей (включенной параллельно) нагрузочное сопротивление на выходе усилителя. Эта паразитная емкость обусловлена емкостью монтажных проводов, измерительных приборов или усилительных элементов последующих каскадов усилителя.

По частотной характеристике можно определить ширину полосы частот пропускания усилителя, т.е. полосу частот, в пределах которой коэффициент усиления уменьшается не более чем в  раз.

Амплитудная характеристика усилителя (рис.65, г) представляет собой зависимость выходного напряжения от входного U_вых = f(U_вх).

По амплитудной характеристике можно судить о максимально допустимых напряжениях, которые следует подавать на вход усилителя.