Сглаживающие фильтры

Пример расчета выпрямителя

Рассчитать выпрямитель, схема которого приведена на рис.10, по следующим данным: U₀ = 250В, I₀ = 80 мА.

В качестве вентилей принимаем германиевые диоды типа КД102Б с максимально допустимым обратным напряжением U_{обр макс} = 300В. Для данной схемы U_обр = 1,5 U₀= 1,5*250 = 375В > 300В.

В каждое плечо включаем по два последовательно соединенных диода, зашунтировав каждый сопротивлением 100 кОм.

По графикам (рис.11) находим: В = 0,9; D = 2,3. По табл.3 определяем: U₂ = 0,9*250 = 225В; I₂ = 0,7* 2,3*80 = 130мА; U_обр = 1,4* 225 = 315В; I_ср = 0,5*2,3*80 = 92мА < I_доп = 100мА.

Сглаживающие фильтры применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Способность фильтра уменьшать пульсации принято оценивать коэффициентом сглаживания

где р_вх и р_вых — коэффициенты пульсации на входе и выходе фильтра.

Коэффициент сглаживания многозвенного фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания всех звеньев.

Коэффициент пульсаций на входе фильтра зависит от режима работы выпрямителя и определяется после расчета выпрямителя по формуле

где Н — коэффициент, определяемый по кривым 1 для однополупериодных схем и 2 — для других схем (рис.11,б);

r — внутреннее сопротивление выпрямителя, Ом;

С — емкость, включенная на выходе выпрямителя, мкф.

Допустимая величина коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяется характером нагрузки (табл.4).

Таблица 4

Характер нагрузки	Коэффициент пульсаций
Первые каскады микрофонных усилителей	0,00001—0,00002
Предварительные каскады УНЧ	0,0001 —0,001
Каскады усиления высокой частоты приемника	0,0001 —0,001
Оконечный каскад УНЧ (однотактная схема)	0,001 —0,005
Оконечный каскад УНЧ (двухтактная схема)	0,005 —0,02
Аноды электронно-лучевых трубок	0,005 —0,03

Г-образный индуктивно-емкостный (LC) фильтр (рис. 12,a) широко применяется в устройствах электрического питания средней и большой мощности вследствие того, что падение напряжения постоянного тока на фильтре можно сделать сравнительно малым. КПД таких фильтров получается достаточно высоким.

Недостатки LC-фильтров:

1) сравнительно большие размеры и вес;

2) дроссель фильтра является источником помех, создаваемых магнитным полем рассеяния;

3) фильтр не устраняет медленных изменений питающих напряжений;

4) дроссель фильтра иногда является причиной сложных переходных процессов в цепи питания, приводящих к искажениям в работе питаемых устройств (усилителя, передатчика, импульсных устройств и т.п.).

Произведение LC в зависимости от необходимого коэффициента сглаживания k_с определяют по выражению

где f—частота выпрямляемого тока, Гц; m — число фаз выпрямления.

Рис. 12 Схемы сглаживающих фильтров: а — LC-фильтр; б — RС-фильтр

Для однополупериодной схемы m = 1, для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления m = 2. Для двухполупериодной или мостовой схем при частоте выпрямляемого тока 50 Гц

LС = 2,5(k_с + 1).

Величины L и С должны быть выбраны так, чтобы выполнялось условие

где — круговая частота выпрямляемого тока ( = 2 ).

Если произведение LC получается больше 200—250, то фильтр следует делать двухзвенным.

Г-образный реостатно-емкостный (RC) фильтр (рис. 12,б) целесообразно применять при малых выпрямленных токах (менее 15—20 мА) и небольших коэффициентах сглаживания. Такой фильтр дешев, имеет малые размеры и вес. Недостатком RС-фильтра является малый к.п.д. вследствие большого падения выпрямленного напряжения на сопротивлении фильтра.

Произведение RC определяется по формуле

Величина сопротивления R выбирается из условия допустимого падения выпрямленного напряжения на фильтре.

Фильтр с транзистором (рис. 13) обладает малыми габаритами и при этом эффективно сглаживает как низкочастотные, так и высокочастотные пульсации.

Рис. 13. Схема фильтра с транзистором

Транзистор включен последовательно с нагрузкой. Цепочка R₁C₁ обеспечивает постоянство тока эмиттера при кратковременных изменениях тока нагрузки и должна иметь большую постоянную времени R₁C₁. Сопротивлением R₂ устанавливается режим транзистора по постоянному току.

Транзистор выбирается так, чтобы ток нагрузки фильтра был не менее чем в 2 раза меньше максимального допустимого тока коллектора. Наибольшее напряжение между коллектором и эмиттером, которое может возникнуть в момент включения выпрямителя, не должно превышать максимально допустимого напряжения на коллекторе для данного типа транзистора. Мощность рассеяния на коллекторе не должна превышать допустимой. При значительных мощностях рассеяния транзисторы должны быть снабжены теплоотводами (радиаторами).

Примечание. При наладке фильтра следует подобрать величину сопротивления R₂ так, чтобы напряжение между коллектором и эмиттером находилось в пределах 16—20 В.

Величина сопротивления R₁ выбирается в пределах 80—100 Ом, сопротивления R₂ — порядка десятков килоом. Емкость конденсатора выбирают по выражению

где m — число фаз выпрямления; f — частота выпрямляемого тока.

Конденсатор С₁ следует выбирать на рабочее напряжение, равное 1,5 I₀R₁, где I₀ — выпрямленный ток. Транзистор VT1 работает в линейном режиме.

Таблица 5

Условные обозначения электрических параметров диодов

Усл. обозначение	Параметр
Uоб/Uимп	максимально допустимое постоянное (Uоб) или импульсное (Uимп) обратное напряжение на диоде.
Iпр/Iимп	максимально допустимый постоянный (Iпр) или импульсный (Iимп) прямой ток через диод.
Uпр/Iпр	максимальное падение напряжения (Uпр) на диоде при заданном прямом токе (Iпр) через него.
Fмах	максимальная рабочая частота диода.
P/Pт	максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на диоде (P) и на диоде с теплоотводом (Pт).

· Если приводится два значения параметра через черточку, это означает минимальное и максимальное значение.

· Значение со звездочкой (*) приводится для импульсного режима.

· Параметры, помеченные буквой "т", означают, что приводится типовое значение.

Таблица 6

Дата добавления: 2015-05-06