2.2. Методика розрахунку згладжувальних фільтрів

Згладжувальними фільтрами випрямлячів називаються прилади, призначені для зменшення змінної складової випрямленої напруги (пульсації) до значення, при якому забезпечується нор­мальна робота електронної апаратури, що живиться.

Основним параметром згладжувальних фільтрів є коефіцієнт згладжування, який являє собою відношення коефіцієнта пульсацій на вході фільтра K_{п вх} до коефіцієнта пульсації на його виході:

. (2.6)

Коефіцієнт пульсацій K_n вих становить 0,001 – 0,002 % для попередніх каскадів електронних підсилювачів низької частоти, задавальних генераторів високої частоти, імпульсних, логічних схем; 0,1 – 0,5 % для однотактного вихідного каскаду підси­лювача низької частоти; 0,5 – 2 % для двотактного каскаду підсилювача низької частоти, стабілізаторів напруги, аноди електронно-променевих трубок і т.д.

Найбільш розповсюджені схеми згладжувальних фільтрів розподіляють на три групи: індуктивно-ємнісні (типу LC); резисторно-ємнісні (типу RС) і транзисторні.

Розглянемо методику розрахунку індуктивно-ємнісного фільтра [1, с. 36-39]. Найбільш розповсюджені схеми індуктивно-ємнісних фільтрів наведені на рис. 2.8. Робота конденсатора як елемента фільтра зводиться до того, що, шунтуючи опір навантаження (еквівалентний опір приладу, що живиться), він пропускає через себе найбільшу частину змінної складової випрямленого струму. Тому необхідною умовою, яка забезпечує згладжувальну дію фільтра, є відношення

,

де m – число фаз випрямляча;  =2f_м (f_м – частота мережі).

Рис. 2.8. Схеми індуктивно-ємнісних фільтрів:

а – Г-подібного; б – П-подібного; в – багатоланцюгового

Робота дроселя зводиться до того, що на ньому втрачається найбільша частина змінної складової напруги. Тому необхідно, щоб

mL >> R_н.

Якщо значення R_н не задано, то його можна розрахувати за законом Ома, знаючи значення U₀ і I₀ на навантаженні (R_н=U₀/I₀).

Розрахунок фільтрів типу LC зводиться до визначення параметрів індуктивних і ємнісних елементів, які забезпечують потрібне значення коефіцієнта згладжування.

Розрахунок проводимо в такій послідовності.

1. За формулою (2.6) знаходимо коефіцієнт згладжування q. При великому значенні коефіцієнта згладжування (q>25) рекомендується використовувати дволанкові або багатоланцюгові фільтри, причому коефіцієнт згладжування кожної ланки q_л можна знайти за формулою

.

2.Визначаємо добуток L₁C₁ для кожної ланки Г-подібного фільтра за формулою

,

де L₁ виражається в генрі (Гн); С₁ – у мікрофарадах (мкФ); f_c – у герцах(Гц).

Для найбільш розповсюджених двопівперіодних схем (m=2) при частоті f_м = 50 Гц формула для розрахунку має вигляд

L₁C₁ = 2,5(q_л + 1). (2.7)

2. Після визначення з виразу (2.7) добутку L₁C₁ необхідно знайти значення величин L₁ і C₁ (кожне окремо). Якщо першим елементом фільтра є ємність C (рис. 2.8, б), яка визначається в процесі розрахунку випрямляча за формулою (2.5), то значення ємності конденсатора фільтра С₁ для уніфікації елементів необхідно вибрати з таким самим значенням. Зазвичай як конденсатори фільтрів використовують електролітичні та оксид-напівпровідникові конденсатори. При виборі конден­саторів треба керуватися шкалою номінальних значень ємностей конденсаторів. Номінальні ємності конденсаторів з допустимими відхиленнями ±5 %, ±10 %, ±20 % вибираються з рядів, приведених у табл. 2.5, а параметри електричних конденсаторів – у табл. 2.6 .

Таблиця 2.5

Ряди номінальних ємностей конденсаторів і опорів резисторів

Ін-декс ряда	Номінальне значення (одиниці, десятки, сотні ом, кілоом, мегом, пікофарад, мікрофарад)						Допусти-ме відхилен-ня від но-мінальних значень, %
Е6 Е12 Е24	1,0 1,0 1,2 1,0 1,1 1,2 1,3	1,5 1,5 1,8 1,5 1,6 1,8 2,0	2,2 2,2 2,7 2,2 2,4 2,7 3,0	3,3 3,3 3,9 3,3 3,6 3,9 4,3	4,7 4,7 5,6 4,7 5,1 5,6 6,2	6,8 6,8 8,2 6,8 7,5 8,2 9,1	±20 ±10 ±5 ±5 ±5 ±5 ±5

Таблиця 2.6