Общие сведения о сглаживаемых фильтрах: классификация, параметры.

В большинстве случаев переменная состав­ляющая выпрямленного напряжения (пульсация), действующая на выходе выпрямителя, недопустимо велика для потребителей. Сгла­живающий фильтр, который включается между выходом выпрямителя и нагрузкой предназначен для уменьшения пульсации.

Переменная составляющая выпрямленного напряжения в об­щем случае представляет собой совокупность ряда гармоник с различными амплитудами, сдвинутых по отношению к первой на разные углы. При этом амплитуда первой гармоники максималь­на и во много раз превосходит амплитуды высших гармоник.

В зависимости от назначения аппаратуры связи предъявляют различные требования к величине и характеру пульсации выпрям­ленного напряжения.

Все сглаживающие фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания q, который можно представить как отношение пульсации на входе фильтра U₀₁~ к амплитуде первой гармоники пульсации на выходе первого звена U₁₁~ или на выходе второго звена U₂₁~ фильтра. q= U₀₁~/ U₁₁~ или q= U₀₁~/ U₂₁~.

Существуют следующие схемы сглаживающих фильтров: из одной емкости или одной индуктивности; из двух элементов (Г-образные), индуктивно-емкостные (LС) и активно-емкостные (RС): сложные П-образные фильтры (СRС и СLС) и многозвенные (LС, RС); резонансные фильтры; фильтры с компенсацией пере­менной составляющей на выходе фильтра; электронные фильтры на транзисторах и электронных лампах.

Рис. 1. Основные схемы сглаживающих фильтров.

26. Принцип построения сглаживающих фильтров, структурные схемы. Сглаживающие RC, LR,LC фильтры.

Индуктивный фильтрсостоит из дросселя, включенного после­довательно с нагрузкой (рис. 1). Сглаживающее действие та­кого фильтра основано на возникновении в дросселе ЭДС само­индукции, препятствующей изменению выпрямленного тока.

Рис. 1. Индуктивный сглаживающий фильтр.

Дроссель выбирается так, что индуктивное сопротивление его обмотки ( )было много больше сопротивле­ния нагрузки R_н. При выполнении этого условия большая часть переменной составляющей выпрямленного напряжения падает на обмотке дросселя. На сопротивлении нагрузки грузки выделяется в основном постоянная составляющая выпрямленного напряжения и переменная составляющая, величина которой много меньше переменной составляющей напряжения, падающей на обмотке дросселя.

Наиболее распространенные схемы индуктивно-емкостных фильтров приведены на рис. 2

Рис. 2. Схемы индуктивно-емкостных фильтров:а)Г-образного; б)П-образного; в)многозвенного.

Действие конденсатора как элемента фильтра сводится к тому, что шунтируя сопротивление нагрузки (эквивалентное сопротивление питаемого устройства), он пропускает через себя наибольшую долю переменной составляющей выпрямленного тока. Поэтому необходимым условием, обеспечивающим сглаживающее действие фильтра, является соотношение

где m – число фаз выпрямителя; ( – частота сети). Действие дросселя сводится к тому, что на нем теряется наибольшая доля пере­менной составляющей напряжения. Поэтому необходимо, чтобы

Если значение R_н не задано, то его можно рассчитать по закону Ома, зная величины U₀ и I₀ на нагрузке (R_н = U₀ / I₀).

Дроссель с компенсационной обмоткой рекомендуется применять во втором звене двухзвенного фильтра. Основным недостатком таких дросселей является влияние величины н характера нагрузки на сглаживающее действие фильтра.

Рис. 3.Включение дросселя с компенсационной обмоткой.

В маломощных выпрямителях при небольших выпрямленных токах (10-15 мА) вместо дросселей фильтра часто используют резисторы. Схемы резистивно-емкостных Г-образных и П-образных фильтров показаны на рис. 5.

Рис. 4. Схемы резистивно-емкостных фильтров

а – Г-образного; б – П-образного; в – многозвенного

Недостаток фильтров типа RC состоит в том, что на ак­тивном сопротивлении резисто­ров происходят потери как пе­ременной, так и постоянной со­ставляющих выпрямленного на­пряжения, что при больших то­ках нагрузки может привести к резкому уменьшению напряже­ния на выходе фильтра и к сни­жению КПД выпрямителя в це­лом. Поэтому резистивно-емкостные сглаживающие фильтры применяются лишь в слаботоч­ных цепях электропитания элек­тронной аппаратуры.