2.2. Анализ активного фильтра с потребителем в цепи коллектора.
В основу построения схем ослабляющих
фильтров последовательного типа ФК и
ФЭ положено свойство транзистора,
состоящее в том, что статическое
сопротивление его коллекторного перехода
при работе в активной области значительно
(в несколько тысяч раз) меньше
дифференциального сопротивления.
Коллекторный переход транзистора,
используемый как последовательный
элемент Г-образного звена фильтра,
обеспечивает большие коэффициенты
фильтрации “
”
и сглаживания “ К ”.
В фильтре типа ФК потребитель включен
в цепь коллектора и поэтому на потребитель
оказывает влияние не только входное
напряжение пульсаций, но также и зависимая
э.д.с., действующая в цепи коллектора и
вычисляемая по формуле
(
-
коэффициент усиления по току). Эффект
сглаживания здесь существенно
ослабляется. Для подавления усилительного
действия в фильтре типа ФК в цепь
база-эмиттер включается дополнительный
RC-фильтр, значительно
уменьшающий переменную составляющую
тока эмиттера
.
В фильтре типа ФЭ потребитель включен в цепь эмиттера и транзистор работает по схеме эмиттерного повторителя, в которой коэффициент усиления напряжения близок к единице. Поэтому здесь нет дополнительного RC-фильтра.
Г-образное фильтрующее звено ФК состоит
из коллекторного перехода и конденсатора
в цепи базы. Схема ФК представлена на
риc.2, здесь
-
резистор смещения в цепи базы (задает
рабочую точку)
-
конденсатор в цепи базы транзистора
(нейтрализует усилительное действие
транзистора);
-
выходной конденсатор фильтра.
Рис.2 Схема фильтра ФК с фиксированным базовым смещением.
Для пояснения работы фильтра рассмотрим
выходную характеристику транзистора
представленную на рис.3. Рабочая точка
“0” на характеристике выбрана
так, что при заданной амплитуде напряжения
пульсаций
транзистор не будет работать в области
насыщения. Точка “1”-это
крайняя точка рабочей области транзистора.
Чем ближе выбрана точка 0 к точке
1, тем меньше сопротивление
коллекторного перехода постоянному
току
,
при этом дифференциальное сопротивление
коллекторного перехода (для переменного
тока)
почти не изменяется.
Сопротивления r
и r
Определяются по формулам:
=
/
=tg
;
=(d
/d
)
=tg
,
или графически с помощью характеристики (рис.3).
Рис.3 Выходная характеристика p-n-p транзистора.
Из рис.3 видно, что
>>
,
т.к.
>>
.
Емкость
в схеме (рис.2) выбирается такой, чтобы
<<
.
Цепочка составленная коллекторным
сопротивлением транзистора
и конденсатором
представляет собой Г-образный фильтр,
у которого
>>
,
что обеспечивает высокий коэффициент
фильтрации
.
2.3. Основные характеристики фильтров.
Р
азличают
коэффициенты пульсаций на входе и на
выходе фильтра
=
/
*100%
; (1)
=
/
*100%
, (2)
где
-
амплитуда первой гармоники напряжения;
-
постоянная составляющая напряжения.
Значение
определяется выпрямителем, а значение
задается
из условий работы потребителя, поэтому
задача фильтра - уменьшить
до
.
Мерой качества фильтра является
коэффициент сглаживания
K= / . (3)
Ослабление фильтром переменной составляющей напряжения характеризуется коэффициентом фильтрации
=
/
. (4)
Важным параметром фильтра является его к.п.д.
=
/
, (5)
где и - постоянные составляющие токов соответственно на выходе и на входе фильтра.