Исследование сглаживающих фильтров на стенде "Маломощный блок питания ЭС1А/1"

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

Цель работы: расчет и экспериментальное определение основных параметров пассивных и активных фильтров. Исследование зависимости этих параметров от тока нагрузки.

Приборы и оборудование: стенд «Маломощный блок питания ЭС1А/1», осциллограф, милливольтметр В3-38 или В3-33.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

#1. Простейший пассивный фильтр:

Данные для расчета:

Оптимальная емкость находится исходя из коэффициента пульсаций на выходе:

Оптимальная индуктивность:

Анализируя условия наилучшего сглаживания пульсаций...

...приходим к выводу, что наиболее оптимальные условия сглаживания, в нашем случае, создает простейший индуктивный фильтр (рисунок 1, а).

#2. Сложный пассивный фильтр (рисунок 1, б):

                                 a)                                                               б)                                в)

Рисунок 1 – Различные реализации сглаживающих фильтров

Коэффициент сглаживания:

Коэффициент пульсаций на выходе, исходя из коэффициента сглаживания

:

Коэффициент полезного действия:

Напряжение на нагрузке:

#3. Транзисторный фильтр (рисунок 1, в):

Коэффициент сглаживания:

Коэффициент пульсаций на входе транзисторного фильтра:

Коэффициент пульсаций на выходе транзисторного фильтра:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ПРОСТЕЙШИЙ C-ФИЛЬТР

С=200 мкФ
I0, мА	60	90	150	220
U–вх, В	28	28	26	25
U~вх, В	9.2	9.2	9.0	9.0
U–вых, В	28	28	26	25
U~вых, В	0.5	0.7	1.2	1.6
Кп вых	0.017	0.025	0.046	0.064
КПД	1	1	1	1
q	19.3	13.1	7.5	5.6

LC-ФИЛЬТР С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РЕЗОНАНСОМ

L=1.2 Гн; RL1=40 Ом; С=200 мкФ
I0, мА	35	55	80	100
U–вх, В	20	19	18	18
U~вх, В	9.2	9.0	9.0	8.8
U–вых, В	16	15	12	10
U~вых, В	1.80	1.20	0.70	0.55
Кп вых	0.110	0.080	0.058	0.055
КПД	0.80	0.78	0.67	0.55
q	4.1	5.9	8.6	8.8

ТРАНЗИСТОРНЫЙ ФИЛЬТР

С1=1000 мкФ; С2=200 мкФ
I0, мА	45	55	75	110	160
U–вх, В	29.5	28.5	28.0	28.0	26.0
U~вх, В	1.25	1.56	0.20	0.30	0.40
U–вых, В	20	20	20	20	19
U~вых, В	0.030	0.035	0.040	0.040	0.050
Кп вых	0.00150	0.00175	0.00200	0.00200	0.00260
КПД	0.67	0.70	0.71	0.71	0.73
q	28	31	3.5	5.3	5.9

Рисунок 1 – Зависимости коэффициента пульсаций на выходе от тока нагрузки для

различных схем сглаживающих фильтров

Рисунок 2 – Зависимости КПД от тока нагрузки для различных схем сглаживающих фильтров

Рисунок 3 – Зависимости коэффициента сглаживания от тока нагрузки для различных схем сглаживающих фильтров

Вывод: исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что простейший C-фильтр, обладая средними показателями по сглаживанию (К_{п вых}, q), обладает наиболее стабильной реакцией на изменение величины нагрузки и наиболее весомым коэффициентом полезного действия. Данные обстоятельства можно объяснить соответствием фильтра условию оптимальности сглаживания 1/(m2pf_cC)<<R и естественной способностью емкости выделять во внешней цепи постоянную составляющую без потерь в реактивности. Что же касается транзисторного фильтра, то, обладая минимальными коэффициентом пульсаций и, при определенных условиях, коэффициентом сглаживания, он демонстрирует естественные для активного элемента средние показатели по КПД, что играет немаловажную роль при выборе данного фильтра в качестве сглаживающей цепи.