Загальні положення про фільтри

 

Якщо коефіцієнт згладжування одного фільтра менший відносно потрібного значення, то використовують фільтри, які складаються з двох і більше ланок [4, 5, 7].

Вираз для коефіцієнта згладжування такого фільтра узагальнює результат (2.17):

                          ,                        (2.18)

 

де  – коефіцієнти згладжування першої (ємнісної),..., m-ої ланок. Зазвичай коефіцієнти Г -подібних ланок приймають однаковими. Для прикладу на рисунку 2.6 наведена схема 3-ланкового фільтра.

 

 

Рисунок 2.6 – Схема фільтра з Г-подібними LC ланками

 

При малій потужності навантаження використовують фільтри, першою ланкою яких є конденсатор, а наступними – Г -подібні LC -фільтри.

В потужних випрямлячах використовують фільтри, які складаються з декількох Г -подібних LC -ланок, тобто фільтр починається з дроселя, а закінчується конденсатором. Приймають .

Необхідну напругу для живлення різних каскадів радіоелектронного пристрою часто отримують від одного загального випрямляча. При цьому, як правило, каскади з малим рівнем сигналу живлять малою напругою з малими пульсаціями, а каскади з великим рівнем сигналу – більш високою напругою і більшими пульсаціями. Наприклад, для живлення вхідних ланок приймача необхідна напруга у декілька вольт при коефіцієнті пульсацій , а вихідні каскади живлять напругою в десятки вольт при коефіцієнті пульсацій у одиниці процентів. Для отримання таких напруг доцільно використовувати багатоланковий фільтр, приклад електричної схеми якого наведено на рисунку 2.7 [7].

 

Рисунок 2.7 – Схема принципова багатоланкового фільтра

 

На виході фільтра, схема якого наведена на рисунку 2.7, маємо:

 

                    , а .                  (2.19)

 

У радіопристроях для усунення небажаних взаємозв’язків між окремими вузлами при живленні їх від одного джерела у склад ланцюгів живлення вузлів уводять розв’язуючі кола. Це можуть бути LC - чи RC -фільтри. Приклад схеми живлення транзисторного підсилювача з використанням RC -фільтра (елементи R_ф, C_ф) наведений на рисунку 2.8 [7].

Опір  вибирають виходячи з допустимих втрат напруги (), а ємність конденсатора приймають такою, щоб для самої низької частоти підсилювача, що має період Т, виконувалась умова .

Рисунок 2.8 – Живлення транзистора через RC -фільтр

 

Резонансні фільтри використовують тоді, коли необхідно забезпечити високий коефіцієнт згладжування для однієї із частот напруги пульсацій. Послаблення інших гармонік у таких фільтрах може бути гіршим, ніж при використанні П - та Г -подібних фільтрів.

Транзисторні фільтри

 

Фільтри на реактивних елементах, які складаються з дроселів і конденсаторів, повністю задовольняють вимогам щодо фільтрації випрямленої напруги. Проте об'єм і маса дроселя зрівнюється з відповідними параметрами трансформатора випрямляча; магнітопровід дроселя має зазор, що призводить до виникнення поля розсіювання, і він стає джерелом електромагнітних завад [4]. Транзисторні фільтри, які будуть розглянуті у цьому підрозділі, не мають цих недоліків.

Принцип дії транзисторного фільтра базується на використанні особливостей вихідної характеристики транзистора і пояснюється графіками рисунка 2.9.

Якщо робоча точка транзистора знаходиться на середині лінійної ділянки вихідної характеристики (точка А), що забезпечується незмінністю струму бази, то, як видно з рисунка, статичний опір переходу емітер-колектор транзистора постійному струму   буде значно меншим від динамічного опору змінному струму . Тобто

                                      .

Порівнюючи це відношення з опорами дроселя постійній та змінній складовим струму бачимо, що опори ідентичні. Тому транзистор можна використати як елемент фільтра.

Між випрямлячем та транзисторним фільтром для приведення рівня пульсацій до величини  потрібно увімкнути конденсатор.

Транзисторні фільтри у залежності від способу увімкнення навантаження ділять на фільтри з навантаженням в ланцюзі колектора або емітера.

 

 

Рисунок 2.9 – Вихідні характеристики транзистора електронного фільтра

 

Схема транзисторного фільтра з навантаженням в колі колектора наведена на рисунку 2.10 [4].      

 

Рисунок 2.10 – Схеми транзисторних фільтрів

з навантаженням в колі колектора

 

Зміщення напруги на базі транзистора схеми рисунка 2.10,а є фіксованим, а схеми рисунка 2.10,б – автоматичним. В схемі з фіксованим зміщенням вихідна напруга більше залежить від змін температури та струму навантаження. При автоматичному зміщенні зміни частково компенсуються. Конденсатор  є ємнісним фільтром, який додатково зменшує пульсації.

Транзисторні фільтри з навантаженням в колі емітера (рисунок 2.11) мають переваги над фільтрами з навантаження в колі колектора, а саме [4]:

– малий вихідний опір;

– менший вплив на вихідну напругу змін температури;

– відсутність резистора в колі емітера, що збільшує ККД фільтра.

 

 

Рисунок 2.11 – Схеми транзисторних фільтрів

з навантаженням в колі емітера:

а) з одноланковим RC-фільтром; б) з дволанковим RC-фільтром

 

2.8 Запитання тестового контролю

 

1. Згладжуючий фільтр електротехнічного пристрою це:

фільтр верхніх частот; пристрій для виділення складової спектра з нульовою частотою; пристрій для корегування АЧХ ланки трансформатор-випрямляч; смуговий фільтр; пристрій для виділення спектральних складових з частотами mf, де – m - число фаз випрямлення,   f – частота напруги мережі.

2. Відмітьте невірне твердження щодо властивостей активного фільтра та його складових?

дуже малий вихідний опір; великий динамічний опір ланцюга колектор-емітер; малий статичний опір ланцюга колектор-емітер; наявність ланцюгів з постійною часу, що значно перевищує період пульсацій; мала залежність струму колектора транзистора від напруги на переході колектор-емітер.

3. В якій ситуації доцільно використовувати випрямляч з дволанковим RC-фільтром?

велика потужність навантаження і великий допустимий коефіцієнт пульсацій; дуже малий допустимий коефіцієнт пульсацій і великий струм навантаження;  дуже малий струм навантаження і велика напруга випрямлення; величина струму в одиниці ампер при напрузі 5 В.

4. Після якої з схем випрямлення при рівних вимогах до вихідних пульсацій потрібно використати фільтр з максимальним коефіцієнтом згладжування?

однофазної мостової; трифазної мостової; трифазної однопівперіодної; двопівперіодної однофазної; однопівперіодної однофазної.

5. Для згладжування пульсацій доцільно використовувати П-подібний RC-фільтр при:

великій вихідній потужності; великому вихідному струмі; великих напругах і струмі в одинці міліампер; живленні процесорів ЕОМ з напругою, меншою 5 В;- живленні малопотужних двигунів та реле.

6. На виході випрямляча для якісного згладжування пульсацій використовують фільтр такого типу:

режекторний; верхніх частот; смуговий; нижніх частот; послідовне з'єднання фільтрів верхніх та нижніх частот.

 

3 БЕЗПЕРЕРВНІ СТАБІЛІЗАТОРИ
ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ ТА СТРУМУ

Класифікація стабілізаторів

 

Нормальна робота радіотехнічних пристроїв можлива лише при забезпеченні з необхідною точністю постійності напруги живлення. Наприклад, радіопередавальні станції та зв’язкові радіостанції допускають нестабільність напруги живлення не гірше 2...3 %. Деякі пристрої високого класу точності допускають нестабільність напруги не більше 0,0001 % [1,..., 6].

Низькою стабільністю вважають таку, при якій напруга (струм) змінюється більше, ніж на 5 %, середньою – 1...5 %, високою – 0,1...1 %, прецизійною - мен­ше 0,1 % [4].

Основні причини нестабільності: коливання вхідної напруги, зміна струму навантаження, зміна температури, вологості, частоти струму мережі живлення.

Стабілізатором напруги (струму) називають пристрій, що автоматично і з необхідною точністю підтримує на навантаженні заданий параметр при зміні дестабілізуючих чинників у визначеному діапазоні.

Стабілізатори підрозділяють на параметричні та компенсаційні.

Параметричні стабілізатори (ПСН) – це такі  стабілізатори напруги або струму, принцип дії яких базується на використанні пасивних елементів з нелінійними вольт-амперними характеристиками (ВАХ).

Для стабілізації напруги використовують елементи з характеристиками, які наведені на рисунку 3.1,а. Значні зростання струму такого елемента, починаючи з деякого значення, призводять до малих змін напруги на ньому. Таку ВАХ мають, наприклад, стабілітрони, котушки індуктивності з насиченими осердями.

 

Рисунок 3.1 – Вольт амперні характеристики:

а – стабілізатора напруги; б – стабілізатора струму

 

Елементи з характеристиками, наведеними на рисунку 3.1,б (баретери, термістори, лампи накалювання), використовують для стабілізації струму.

Компенсаційні стабілізатори напруги або струму (КСН) – це стабілізатори, що являють собою замкнуті системи автоматичного регулювання (САР) з від’ємним зворотнім зв’язком (ЗЗ), ефект стабілізації у яких відбувається внаслідок змін характеристик регулюючого елемента (РЕ) [3, 4, 7]. Структурна схема компенсаційного стабілізатора наведена на рисунку 3.2.

У компенсаційних стабілізаторах напруги сигнал ЗЗ є функцією вихідної напруги, а у стабілізаторах струму – вихідного струму.

Залежно від типу регулюючого елемента стабілізатори поділяють на лампові, транзисторні, тиристорні, дросельні, комбіновані.

 

 

Рисунок 3.2 – Структурна схема компенсаційного стабілізатора

 

За способом увімкнення РЕ відносно навантаження стабілізатори напруги ділять на послідовні та паралельні. За режимом роботи регулюючого елемента РЕ їх ділять на стабілізатори з неперервним регулюванням та імпульсні. Останні класифікують за принципом керування: широтно-імпульсні, частотно-імпульсні, релейні.