Исследование сглаживающих фильтров: Методические указания и задания на лабораторную работу № 4, страница 2

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

                                                (4)

Если произведение LC больше 200...250, то фильтр следует делать двухзвенным, причем второе звено можно выполнить по схеме RC-фильтра.

7. Г-образный реостатно-емкостный (RC) фильтр

7.1. Применение

Г-образный реостатно-емкостный фильтр (рис. 2) целесообразно применять при малых выпрямленных токах (менее 15... 20 мА) и небольших значениях коэффициента сглаживания.

Такой фильтр является достаточно дешевым, имеет малые размеры и вес.

Их применяют в качестве элементов развязки в цепях питания.

Рис. 2. Реостатно-емкостный фильтр

7.2. Недостатки

Малый КПД из-за большого падения выпрямленного напряжения на сопротивлении фильтра.

7.3. Выбор номиналов элементов

Произведение RC (Ом*мкФ) определяется по приближенной формуле:

                                              (5)

Сопротивление R выбирается из условия допустимого падения выпрямленного напряжения U_доп на фильтре.

8. П-образный LC-фильтр

Схема П-образного LC-фильтра приведена на рис.3.

Рис. 3. П-образный LC-фильтр

8.1. Принцип действия

Сглаживающее действие П-образного LC-фильтра можно упрощенно представить как совместное действие двух фильтров. Коэффициент сглаживания такого фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания звеньев:

                                          (6)

8.2. Недостатки

·  громоздкость и дороговизна дросселя;

·  зависимость коэффициента сглаживания от тока нагрузки;

·  наличие переходных процессов;

·  возможность создания электромагнитных помех.

9. Электронные сглаживающие фильтры

От недостатков, присущих вышеперечисленным фильтрам, свободны электронные сглаживающие фильтры, включенные по принципу LC-фильтров, но с заменой одного из реактивных сопротивлений нелинейным элементом – транзистором. С целью уменьшения габаритов фильтра целесообразно использовать нелинейный элемент в качестве дросселя.

9.1. Принцип действия

Схема электронного сглаживающего фильтра приведена на рис. 4. Нагрузка включена в цепь коллектора. Роль индуктивности выполняет транзистор, ток коллектора которого практически не зависит от напряжения на коллекторе и определяется, в основном, током эмиттера.

Принцип действия фильтра основан на том, что для переменной составляющей пульсирующего тока транзистор представляет сравнительно большое сопротивление, а для постоянного тока его сопротивление намного меньше. Цепочка R1, С1 обеспечивает постоянство тока эмиттера при кратковременных изменениях тока нагрузки и должна иметь большую постоянную времени. Сопротивлением R2 устанавливается режим транзистора по постоянному току.

При поддержании постоянным тока эмиттера, любое изменение напряжения на входе и выходе схемы приведет лишь к перемещению рабочей точки на характеристике, не вызывая при этом изменения тока коллектора.

Таким образом, при наличии на входе фильтра пульсирующего напряжения напряжение на его выходе будет практически постоянным.

Рис. 4. Электронный сглаживающий фильтр

9.2. Применение

Применение транзисторных фильтров целесообразно при значительных токах нагрузки и малом значении выпрямленного напряжения.

9.3. Недостатки

·  температурная зависимость режима работы;

·  необходимость защиты от перегрузок по току и напряжению.

9.4. Выбор элементов

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.

Мощность рассеяния на транзисторе также не должна превышать максимально допустимой.

Сопротивление резистора R1 выбирается в пределах 80... 100 Ом, R2 — порядка десятков кОм. Емкость конденсатора

                                                        (7)

7. Задание на лабораторную работу

1.  Исследовать индуктивно-емкостный (LC) фильтр.

1.1.  Собрать схему (рис. 1). Выпрямительный диод использовать из л/р №1. Амплитуда и частота источника напряжения и номинал сопротивления нагрузки указаны в таблице.

1.2.  Номиналы индуктивности L1 и емкости С1 выбрать исходя из условий (3) и (4).

1.3.  Наблюдать на экране осциллографа сигналы на выходе фильтра.