Сглаживающие фильтры

Анализ работы рассмотренных схем выпрямителей показал, что напряжение на их выходе не постоянное, а пульсирующее. Применять такое напряжение непосредственно для питания электронных устройств нельзя. Существенно снизить уровень пульсаций позволяют сглаживающие фильтры. В основу их построения положено применение реактивных элементов - индуктивностей и емкостей.

Пульсирующее напряжение на выходе выпрямителей всегда описывается периодической функцией. Разложение такой функции в ряд Фурье содержит постоянную составляющую (среднее значение выпрямленного напряжения) и совокупность гармоник. Идеальный сглаживающий фильтр должен беспепятственно пропускать в нагрузку постоянную составляющую и не пропускать гармоники пульсаций. Для решения этой задачи и используются свойства реактивных элементов.

Известно, что сопротивление индуктивности прямо пропорционально частоте. Это значит, что для постоянной составляющей сопротивление идеальной индуктивности равно нулю, а для гармоник оно тем больше, чем выше номер гармоники. Поэтому индуктивность полезно включать последовательно нагрузке (рис.,13.6а).

Сопротивление емкости обратно пропорционально частоте. Для постоянной составляющей это сопротивление бесконечно велико, а для гармоник - мало, тем меньше чем выше номер гармоники. Поэтому емкость полезно включать параллельно нагрузке (рис.13.6б). Для повышения качества фильтрации применяются комбинированные LC фильтры, например как на рис.13.6в.

Собственно выпрямитель (диод Д и сопротивление R_H) формирует пульсации напряжения с периодом Т и амплитудным значением U_m (пунктир на рис.13.7б).

,

где - постоянная фильтра. В конце периода пульсаций, когда t =T

.

Очевидно, что чем больше t_ф, тем меньше напряжение U_Cф(Т) будет отличаться от амплитудного - U_m. Реальные фильтры имеют . При этом уменьшение выходного напряжения 2DU за время одного периода равно разности

.

При малом значении показателя экспоненты разность

,

поэтому

.

Теперь среднее значение выпрямленного напряжения определим как разность т.е.

. (13.14)

Таким образом, рис. 13.7б и полученные выражения показывают, что величина пульсаций выпрямленного напряжения уменьшилась до значения 2DU. Частота пульсаций осталась прежней . Поэтому огибающая выходного напряжения теперь совпадает максимумами с первой гармоникой пульсаций. Значит . Поэтому коэффициент пульсаций

. (13.15)

Легко видеть, что подбором С_ф можно обеспечить требуемое значение коэффициента пульсаций, а значит и качество выпрямленного напряжения. В заключение отметим, что емкостной сглаживающий фильтр эффективен в сочетании с высокоомной нагрузкой R_H. При низкоомной нагрузке необходимо применять комбинированные фильтры.

Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 370; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!