Вивчення принципу роботи згладжуючих фільтрів. Дослідження основних характеристик згладжуючих фільтрів.

2 Перелік приладів та устаткування:

Вимірювальний осцилограф.

Вольтметр змінного струму.

Стенд для дослідження згладжуючи фільтрів.

3 Загальні відомості:

Для зменшення пульсації випрямовувальної напруги застосовуються згладжуючи фільтри. Згладжуючи фільтри вмикають в джерело вторинного електроживлення, між вентильної групи та навантаження. Від типу згладжуючих фільтрів залежить режим роботи випрямляча ефективність дії згладжуючих фільтрів оцінюється коефіцієнтом згладжування Ксг. Коефіцієнт згладжування - це відношення коефіцієнта пульсації першої гармоніки на вході до коефіцієнта пульсації на його виході для тієї ж гармоніки.

.

Коефіцієнт згладжування завжди більше одиниці так, як фільтр зменшує пульсацію К_П1.ВХ > К_П1.ВИХ.

,

де - коефіцієнт пульсації;

- коефіцієнт передачі постійної напруги з входу на вихід фільтру.

Тоді:

Розрізняють згладжуючи фільтри двох типів - пасивні, на реактивних елементах та активні, на транзисторах. Ємкісний фільтр представляє собою конденсатор Сф ввімкнутий паралельно навантаженню випрямляча. Його дії застосовуються на нагромаджені енергії в електричному полі конденсатора в моменти, коли випрямлена напруга Uвипр більше напруги на конденсаторі Uс. Коли випрямлена напруга стає менше напруги на конденсаторі струм в навантаженні підтримується за рахунок енергії нагромадженої в ємності Сф. Випрямлена напруга тримає постійне упорядкування і гармоніки змінної напруги з частотою кратної частоті живленої енергії. Максимальну амплітуду має перша гармоніка. Оскільки для постійного струму конденсатор представляє нескінченно великий опір, постійний струм буде йти в навантаження. Щоб змінна упорядкування не проходила в навантаження, ємність конденсатора вибирають так, щоб його опір для змінного струму був набагато менше, ніж опір навантаження. Ємнісний фільтр вигідно застосовувати при малому струмі навантаження (більше Rн) так, як при цьому вимагається менше місткості конденсатора фільтра.

В наслідок того, що згладжувальні дії ємнісного фільтра, застосовуються на нагромадженій енергії, а енергія яка запаслася на конденсаторі , можна зробити висновок, що ємнісний фільтр вигідно застосовувати при підвищених напругах.

а)

б)

в)

г)

а) Фільтр С;

б) Фільтр L;

в) Фільтр LС;

г) Фільтр Rф, Сф

Рисунок 1 - Принципова схема згладжуючих фільтрів

Індуктивний фільтр представляє собою дросель Lср ввімкнутий послідовно з опором навантаження Rн. Згладжувальна дія такого фільтра застосована на вмиканні в дроселі ЕДС самоіндукції, перешкоджає зміни випрямленого струму.

Дросель для постійної упорядковані випрямовувального струму практично не представляє ні якого опору і вона передає в навантаження без ослаблення. Щоб зміна упорядкування випрямовувальної напруги не проходила в навантаження, необхідно, щоб опір дроселя для змінного струму було набагато більше опора навантаження . Так як згладжувальна дія дроселя застосована на властивості нагромадження енергії, але енергія запасається при великих струмах навантаження. Індуктивний фільтр дозволяє забезпечити безперервність струму в навантаженні і прихильний режим вентилів і трансформатора випрямляча. Навантажувальна характеристика U_CЕР = f(І_СЕР) випрямляча з індуктивним фільтром - жорстким (має малу зміну вихідної напруги при зміні струму), що є перевагою в порівнянні з ємнісним фільтром. Коли паралельно навантаженню вмикають конденсатор, а послідовно з навантаженням вмикають дросель, одержуємо LС фільтр.

В ньому сполохається позитивний якості індуктивного та ємнісного фільтра так, як елементи фільтра вибирають із умов . Такий фільтр однаково добре згладжує як при великих, так і при малих струмах навантаження. В малопотужних випрямлячах часто замість дроселя фільтра стає опір Rф (рисунок 1г)) в такому RС фільтрі, на опорі Rф крім змінного упорядковування? також падає частина постійного упорядкування випрямовувальної напруги. ККД такого фільтра менше, ніж у LС фільтра. Проте RС фільтри мають менші габаритні розміри і вартість. Застосовуються RС - фільтри в малопотужних випрямлячах, працюючих, як правило, на статичне навантаження.

Для одержання доброго коефіцієнта згладжування і припустимого ККД елементи RС вибирають з наступних умов: :

.

В пасивних фільтрах обсяг і маса дроселя стає порівняна з обсягом і масою трансформатора. Активні фільтри не мають дроселя. Значно менше по обсягу і вазі можуть забезпечити малий вихідний опір. Принцип дії оснований на використанні особливості вихідної характеристики транзистора.

При виборі робочої точки транзистора після перегіна вихідної характеристики (точка А) опір ділянка транзистора колектор-емітер постійному струму З цього транзистор можна використати замість дроселя в ланцюгу фільтра.