Краткие сведения о сглаживающих фильтрах

Как уже было сказано, напряжение на выходе выпрямителя является постоянным по направлению и пульсирующим. Такое напряжение может быть пригодно для зарядки аккумулятора, однако для питания электронной аппаратуры его использовать категорически нельзя, что и обуславливает применение сглаживающих фильтров в большинстве блоков питания.

На рисунке 2.7 представлены графики формы кривых напряжения на входе и на выходе сглаживающего фильтра при подключении его к двухполупериодному выпрямителю (вверху) и при подключении его к однополупериодному выпрямителю (внизу). На рис 2.7 действительные формы напряжения на выходе сглаживающего фильтра представлены толстыми линиями, изображенные тонкими линиями контуры исходных сигналов приведены для наглядного понимания процессов.

Сглаживающие фильтры строятся в основном с использованием конденсаторов и индуктивных катушек (дросселей). Различают емкостные (рис. 2.8, а), индуктивные (рис. 2.8, б) и индуктивно-емкостные (рис. 2.8, в, г) сглаживающие фильтры.

Рисунок 2.7 – Процессы в сглаживающих фильтрах

Рисунок 2.8 – Схемы сглаживающих фильтров

В случае емкостных фильтров их входное реактивное емкостное сопротивление много меньше входного сопротивления нагрузки фильтра, и такие фильтры создают нагрузку емкостного характера для выпрямителей. В случае индуктивных фильтров их входное реактивное индуктивное сопротивление много больше входного сопротивления нагрузки фильтра, и такие фильтры создают нагрузку индуктивного характера для выпрямителей. В случае индуктивно-емкостных фильтров характер их входного реактивного сопротивления (емкостное или индуктивное сопротивление) не так четко не выражен, хотя и может быть некоторое преобладание того или иного характера сопротивления. Индуктивно-емкостные фильтры сочетают в себе свойства емкостных и индуктивных фильтров. Поэтому такие фильтры могут создавать для выпрямителей нагрузку как емкостного (рис. 2.8, в), так и индуктивного характера (рис. 2.8, г).

Емкостной фильтр функционирует следующим образом. В случае подключения фильтра к однополупериодному выпрямителю конденсатор заряжается вблизи пикового значения соответствующего полупериода переменного напряжения и затем разряжается в нагрузку в течение оставшейся части периода. Аналогичным образом ведет себя конденсатор и при подключении фильтра к двухполупериодному выпрямителю – в моменты спада напряжения на входе он поддерживает напряжение на выходе, плавно разряжаясь через сопротивление нагрузки фильтра.

Функционирование индуктивного фильтра основывается на явлении возникновения ЭДС-самоиндукции в катушке индуктивности. В момент спада напряжения на входе фильтра происходит спад тока в катушке, что вызывает появление в обмотке катушки ЭДС-самоиндукции такого направления, что эта ЭДС поддерживает ток прежнего направления в сопротивлении нагрузки фильтра при спаде напряжения на входе.

С другой стороны, напряжение на выходе выпрямителей является периодическим несинусоидальным. А, как известно, любое периодическое несинусоидальное напряжение можно представить как бесконечную сумму периодических синусоидальных составляющих различной частоты и амплитуды вместе с постоянной составляющей – бесконечную сумму гармоник (то есть разложить в ряд Фурье). Кроме того, реактивное сопротивление конденсатора падает с ростом частоты, а реактивное сопротивление катушки индуктивности возрастает. Исходя из этих предпосылок, можно также рассматривать напряжение на выходе выпрямителя как постоянную составляющую с наложенными синусоидальными помехами (гармониками). Отсюда становится ясно, что включенный параллельно конденсатор шунтирует (замыкает через себя накоротко) переменные составляющие, а включенная последовательно катушка индуктивности ослабляет их амплитуду.

Дата добавления: 2017-01-13