Транзисторные фильтры

Наиболее широкое применение нашли индуктивно-емкостные фильтры. Однако наряду с положительными качествами таких фильтров им присущи и недостатки. В таких фильтрах возникают переходные процессы, усложняющие работу как потреби­теля, так и источника питания, дроссели фильтров имеют боль­шие габаритные размеры и массу, а их индуктивность и, следо­вательно, коэффициенты сглаживания зависят от тока нагрузки.

От ряда перечисленных недостатков свободны транзистор­ные фильтры.

Электронные фильтры находят относительно широкое при­менение и позволяют обеспечить небольшие значения перемен­но"?? составляющей (пульсации) выпрямленного напряжения на нагрузке.

Транзисторы сглаживающих фильтров могут быть включены либо последовательно, либо параллельно сопротивлению на­грузки. При последовательном относительно нагрузки включе­нии транзистора для уменьшения потерь мощности на нем сле­дует уменьшить среднее значение напряжения на транзисторе. При этом, однако, приходится снижать амплитуду пульсации выпрямленного напряжения, поступающую на транзисторный фильтр, что требует увеличения коэффициента сглаживания предварительного фильтра выпрямителя. Применение транзис­торных фильтров на выходе однофазных выпрямителей без предварительного фильтра невозможно.

Простейшая схема транзисторного фильтра изображена на рис. 3.3. На вход транзисторного фильтра от выпрямителя че­рез промежуточный фильтр поступает постоянное, предвари­тельно сглаженное напряжение.

Транзисторный фильтр представляет собой эмиттерный повторитель, на вход которого подается постоянное напряжение с выхода RС-фильтра. Амплитуда переменной составляющей вы­ходного напряжения и_выхт, равна геометрической сумме двух составляющих. Одна из них возникает из-за передачи пульса­ции со входа фильтра через цепь коллектор—эмиттер транзис­тора на нагрузку.

Вторая составляющая поступает на нагрузку с выхода RC- фильтра. Переменные составляющие сдвинуты по фазе на угол, приблизительно равный 90°.

Считая, что угол сдвига переменных составляющих равен 90°, амплитуду пульсации выходного напряжения и_выхт1 можно оп­ределить из следующего выражения:

где U01m1 — амплитуда пульсации на входе фильтра;

(коэффициент усиления транзистора VT1 по напряжению,h21э1-статический коэффициент передачи тока в схеме с об­щим эмиттером, rk1 — сопротивление коллектора в схеме с общим эмиттером, h11э1— входное сопротивление транзистора VT1 в схеме с общим эмиттером в режиме большого сигнала). Постоянная составляющая напряжения на выходе фильтра Vвux равна напряжению на резисторе R2, т. е.

На основании (3.11), (3.13) получаем выражение для коэффициента сглаживания фильтра:

Выходное сопротивление транзисторного фильтра г₍ по по­стоянному току равно выходному сопротивлению эмиттерного повторителя, и его значение в значительной степени зависит от сопротивлений резисторов фильтра Rl, R2:

Для уменьшения выходного сопротивления необходимо по возможности уменьшать сопротивления резисторов R1 и R2, что приведет к уменьшению коэффициента сглаживания фильтра и вызовет необходимость увеличивать емкость конденсатора.

Для увеличения коэффициента сглаживания транзисторного фильтра однозвенный RС-фильтр заменяют двухзвенным (рис. 3.4). Амплитуду переменной составляющей выходного на­пряжения и коэффициент сглаживания можно приближенно оп­ределить по (3.11), (3.14), пренебрегая вторым членом в под­коренном выражении:

постоянную составляющую выходного напряжения и выход­ное сопротивление определяют из (3.13), (3.15), где R1 =

Значения сопротивлений резисторов RС-фильтра Rl, R2 выбираются из условия получения минимального напряжения коллектор—эмиттер транзистора VT1 и обеспечения минимального выходного сопротивления фильтра r_t. При токах нагрузки, до­стигающих десятых долей ампера, сопротивление резистора R1 оказывается малым, что требует установки конденсаторов боль­шой емкости.

Для увеличения сопротивления резистора R1 и уменьшения емкости конденсаторов фильтра применяют составной транзис­тор. Схема фильтра с составным транзистором представлена на рис. 3.5, применение которого дает возможность согласовать низкоомную нагрузку с высокоомным RС-фильтром. Через резистор фильтра R1 будет протекать ток резистора R2 и ток базы транзистора VT12, равный .

Tак как ток базы транзистора VT12 мал, то сопротивление R_t будет достаточно большим и емкость конденсатора С можно значительно уменьшить. Резистор R3 в схеме рис. 3.5 необходим для обеспечения нормального режима по току транзистора VT12 при малых токах нагрузки и повышенной окружающей темпе­ратуре.

Параметры фильтра на составном транзисторе можно определить из (3.11), (3.13), (3.14) в случае, если RС-фильтр однозвенный, и из (3.16), если RС-фильтр двухзвенный. При определении параметров в указанные выражения необходимо вместо Ки подставить Кс — коэффициент усиления составного транзистора по напряжению.

Для двойного составного транзистора

гдекоэффициенты усиления транзисторов VT11, VT12, VT13 по напряжению соответственно.

Внутреннее сопротивление фильтра на составном транзис­торе приближенно составляет для:

двойного составного транзистор

гдевходные сопротивления транзисторов VT11, VT12, VT13 в схеме с общим эмиттером; статистические коэффициенты передачи тока в схеме с общим эмиттером транзисторов VT11, VT12, VT13; знак || обозначает параллельное включение резисторов Rl, R2.

Лекция 7

Дата добавления: 2014-01-07