Общие сведения. Сглаживающие фильтры

Сглаживающие фильтры

На выходе выпрямителя напряжение помимо постоянной составляющей содержится переменная, называемая пульсацией напряжения. Она столь значительна, что непосредственно пи­тание нагрузки от выпрямителя возможно относительно редко (при заряде аккумуляторных батарей, питании цепей сигнали­зации, электродвигателей и т. п.) там, где потребитель энергии нечувствителен к переменной составляющей в кривой выпрям­ленного напряжения. При питании аппаратуры связи и радио­электронной аппаратуры пульсация напряжения резко ухудша­ет, а чаще вообще нарушает работу питаемых устройств, внося дополнительные искажения в преобразуемые сигналы.

Для уменьшения переменной составляющей в кривой выпрям­ленного напряжения, т. е. для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой устанавливается специальное устройство, называемое сглаживающим фильтром.

Переменная составляющая выпрямленного напряжения в общем случае представляет собой совокупность ряда гармоник с различными амплитудами, сдвинутыми по отношению к пер­вой на разные углы. При этом амплитуда первой гармоники имеет максимальную величину и значительно превосходит амплитуды более высоких гармоник.

Различные виды аппаратуры предъявляют разные требо­вания к значению и характеру пульсации выпрямленного на­пряжения.

Для большинства радиоэлектронной аппаратуры качество питающего напряжения характеризуется максимально допусти­мой амплитудой переменной составляющей. В этом случае фильтры следует рассчитывать на максимальное подавление основной гармоники, имея в виду, что гармоники более высоких частот будут сглаживаться фильтрами значительно более эф­фективно.

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания q, представляющий собой отноше­ние коэффициента пульсации на входе фильтра (к„_вх) к коэф­фициенту пульсации на выходе фильтра (к_ПВЫХ) (на нагруз­ке) Коэффициент пульсации на входе фильтра определяется схемой выпрямления и равен где U_Q

_ml и U₀ —амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Коэффициент пульсации на выходе фильтра

Коэффициент пульсации на входе фильтра задается тре­бованиями потребителя энергии к питающему напряжению, а коэффициент пульсации на выходе выпрямителя известен пос­ле выбора схемы выпрямления и определения ее параметров." Отношение этих величин определяет необходимый коэффици­ент сглаживания фильтра.

Кроме обеспечения необходимого коэффициента сглажива­ния к фильтрам предъявляется еще ряд требований: мини­мально возможное падение постоянной составляющей напряже­ния на элементах фильтра; минимальные габаритные размеры, масса и стоимость; отсутствие заметных искажений, вносимых в работу нагрузки; отсутствие недопустимых перенапряжение и бросков тока при переходных процессах; высокая надежность. Существующие схемы сглаживающих фильтров можно раз­делить на следующие группы: фильтры из одной емкости или одной индуктивности; фильтры из двух элементов (Г-образные) индуктивно-емко­стные (LC) и активно-емкостные (RC); фильтры П-образные (CLC, CRC) и многозвенные (LC, RC); резонансные фильтры; фильтры с компенсацией переменной составляющей на вы­ходе; электронные фильтры на транзисторах и операционных усилителях. Сглаживающие фильтры из одной индуктивности практиче­ского применения не находят, емкостные фильтры применяются в выпрямительных устройствах малых мощностей, их расчет был приведен при расчете выпрямителя, работающего на емко­стную реакцию. Резонансные фильтры сложны в настройке и эффективны лишь при неизменной нагрузке.

Наряду с ослаблением переменной составляющей напря­жения сглаживающий фильтр несколько уменьшает постоянную составляющую. Чем меньше степень уменьшения постоянной составляющей при неизменном ослаблении переменной состав­ляющей, тем качественнее фильтр. В выпрямительных устрой­ствах малой мощности ослабление постоянной составляющей сглаживающим фильтром может достигать 5... 15%, а для выпрямителей большой мощности оно не превышает нескольких процентов. Поэтому в практических расчетах можно не учиты­вать ослабление постоянной составляющей напряжения сгла­живающим фильтром и коэффициент сглаживания определять отношением амплитуд первых гармоник переменных составля­ющих напряжения на входе и выходе фильтра, т. е.q=

Дата добавления: 2014-01-07