Однофазные и трехфазные выпрямители

Структурная схема однофазного выпрямительного устройства изображена на рис.9.1. На вход выпрямителя подается переменное напряжение u₁, которое с помощь трансформатора T_p изменяется до требуемого значения u₂. Кроме того, трансформатор осуществляет электрическую развязку источника выпрямляемого напряжения и нагрузочного устройства, что позволяет получать с помощью нескольких вторичных обмоток различные значения

 

U₁                                                                                                                                               U_н    R_н

 

Рис.9.1. Структурная схема однофазного выпрямительного устройства

 

напряжений u₂, гальванически не связанных друг с другом. После трансформатора переменное напряжение u₂ вентильной группой ВГ (или одним вентилем) преобразуется в пульсирующее напряжение u_o1. Количество вентилей зависит от схемы выпрямителя.

В выпрямленном напряжении u_o1 помимо постоянной составляющей присутствует переменная составляющая, которая с помощью сглаживающего фильтра СФ снижается до требуемого уровня, так что напряжение u_o2 на выходе фильтра имеет очень малые пульсации. Установленный после фильтра стабилизатор постоянного напряжения Ст поддерживает неизменным напряжение U_н на нагрузочном устройстве R_н при изменении значений выпрямленного напряжения или сопротивления R_н.

В зависимости от условий работы и требований, предъявляемых к выпрямительным устройствам, отдельные его блоки могут отсутствовать. Например, если напряжение сети соответствует требуемому значению, выпрямленного напряжения, то может отсутствовать трансформатор, а в отдельных случаях – стабилизатор постоянного напряжения.

Для выпрямления однофазного переменного напряжения широко применяют три типа выпрямителей: однополупериодный и два двухполупериодных.

Схема однополупериодного выпря-мителя приведена на рис.9.2, а. Выпрямитель состоит из трансформатора, к вторичной обмотке которого последовательно подсоединены диод Д и нагрузочный резистор R_н.

Для упрощения анализа работы выпрямителей трансформатор и диод считают идеальными, т.е. принимают следующие допущения: у трансформатора активное сопротивление обмоток, а у диода прямое сопротивление равны нулю; обратное сопротивление диода равно бесконечности; в трансформаторе отсутствуют потоки рассеяния. При таких допущениях с подключением первичной обмотки трансформатора к сети переменного синусоидального напряжения во вторичной обмотке будет наводиться синусоидальная э.д.с.

Работу выпрямителя удобно рассматривать с помощью временных диаграмм рис.9.2, б. В первой полупериод, т.е. в интервале времени 0-Т/2, диод открыт, так как потенциал точки а выше потенциала точки б, и под действием напряжения в цепи вторичной обмотки трансформатора возникает ток ..

                             i_a

            Тр + a

                    (-)                      i_n

                         Д

U₁

                        U_z U_н      R_н

 

 

 

                       -  

                    (+)                       b                       (a)

              U_Z       U_2m

U_Z

            T/2   3T/2 2Т

0

                     T    t

U_a, i_a  

I_sm 

I_a.ср

0                               t

         U_{обр max}=U_2m U_a

U_н , i_н                   U_н

U_н.ср                     I_н

I_н.ср.

0                                    t     (б)

 

 

Рис.9.2. Схема (а), временные диаграммы напряжений и токов (б) однопо-лупериодного выпрямителя

В интервале времени Т/2-Т диод закрыт, ток в нагрузочном резисторе отсутствует, а к запертому диоду прикладывается обратное напряжение ..

 

Основными электрическими параметрами однополупериодного выпрямителя и всех выпрямителей    являются:

средние значения выпрямленных тока и напряжения I_н.ср. и U_н.ср.;

мощность нагрузочного устройства P_н.ср=U_н.ср.×I_н.ср. ;

амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения U_{оси m} ;

коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения p=U_{оси m}/U_н.ср. ;

действующие значения тока и напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора I₁, U₁ и I₂,U₂ ;

типовая мощность трансформатора S_тр=0.5×(S₁+S₂), где S₁=U₁I₁, а S₂=U₂I₂ ;

коэффициент полезного действия

h=P_н.ср./(P_н.ср.+Р_тр+Р_а)

 где Р_тр - потери в трансформаторе, а Р_а - потери в диодах.

В однополупериодном выпрямителе (рис.9.2)

        U_н.ср.= (9.1)

или

U₂=

Ток I_н.ср. является прямым током диода, т.е.

                               I_пр.ср.=I_н.ср.=0.45 U₂/R_н                      (9.1а)

Ток i_н является током вторичной обмотки трансформатора: I_н=i₂. Тогда с учетом (9.1) Действующее значение этого тока

                              I₂=                  (9.2)

  При подсчете типовой мощности трансформатора практически без большой ошибки можно считать, что S₁»S₂. Тогда

                                S_тр»S₂=U₂I₂=2.22 U_н.ср. 1.57 I_н.ср.»3.5 Р_н.ср.                       (9.3)

Коэффициент пульсаций p=1.57. Это значение получается разложением в ряд Фурье выходного напряжения однополупериодного выпрямителя:

                                u_н=U_н.ср.(1+                        (9.4)

Принимая во внимание, что коэффициент пульсаций p есть отношение амплитуды основной (первой) гармоники, частота которой в данном случае равна w, к выпрямленному напряжению U_н.ср. получим

                                    P= =

 

Основным преимуществом однополупериодного выпрямителя является его простота. Анализ электрических параметров позволяет сделать вывод о недостатках этого выпрямителя: большой коэффициент пульсаций, малые значения выпрямленных тока и напряжения.

Следует обратить внимание еще на один недостаток однополупериодного выпрямителя. Ток i₂, имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, из-за чего уменьшается проницаемость сердечника, что, в свою очередь, снижает индуктивность обмоток трансформатора. Это приводит к росту тока холостого хода трансформатора, а следовательно, к снижению к.н.д. всего выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель применяют обычно для питания высокоомных нагрузочных устройств (например, электронно-лучевых трубок), допускающих повышенную пульсацию; мощность более 10-15 Вт.

Диод в выпрямителях является основным элементом. Поэтому диоды должны соответствовать основным электрическим параметрам выпрямителей. Иначе говоря, диоды во многом определяют основные показатели выпрямителей.

Диоды характеризуются рядом основных параметров. Для того чтобы выпрямитель имел высокий коэффициент полезного действия, падение напряжения на диоде U_пр при прямом токе I_пр должно быть минимальным. В паспорте на диод указывают среднее значение прямого тока I_пр.ср., которое численно равно среднему значению выпрямленного тока I_н.ср., и среднее значение прямого падения напряжения U_пр.ср.

Предельный электрический режим диодов характеризуют следующие параметры:

максимальное обратное напряжение U_{обр. max.};

максимальный прямой ток I_{пр. max.}, соответствующий I_{выпр. max.}

Необходимо учитывать также максимальную частоту диодов I_max.. В случаях превышения этой частоты, как отмечалось в гл.2, диоды теряют вентильные свойства.

Для надежной работы диодов в выпрямителях требуется выполнение условий I_пр.ср.>I_н.ср. и U_{обр. max.}>  примерно с превышением в 30%. Отметим, что при выпрямлении напряжения, амплитудное значение которого превышает U_обр.max. для одного диода, можно включать последовательно два или несколько однотипных диодов. Обратное напряжение при этом будет распределяться пропорционально обратному сопротивлению диодов. Поскольку обратные сопротивления у однотипных диодов имеют некоторый разброс и обратные напряжения на последовательно включенных диодах будут разными, для выравнивания обратных напряжений параллельно диодам включают шунтирующие резисторы R_m (рис.9.3). Обычно R_m»(0.1-0.2)R_обр..

В настоящее время промышленность выпускает полупроводниковые столбы (например, Д1004, Д1005, 1Ц104, 2Ц101, 2Ц110). Выпрямительный столб – это группа последовательно соединенных диодов, помещенных в общий корпус. Такие столбы выдерживают напряжения U_обр.max. свыше 15 кВ.

Двухполупериодные выпрямители бывают двух типов: мостовыми и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Эти выпрямители являются более мощными, чем однополупериодные, так как с их помощью нагрузочные устройства используют для своего питания оба полупериода напряжения сети. Они свободны от недостатков, свойственных однополупериодным выпрямителям, имеют более высокий к.п.д. Однако это достигается за счет усложнения схем двухполупериодных выпрямителей.

Наибольшее распространение получил двухполупериодный мостовой выпрямитель (рис.9.4, а). Он состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузочный резистор R_н Каждая пара диодов (Д₁, Д₃ и Д₂, Д₄) работает поочередно.

Диоды Д₁, Д₃ открыты в первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора u₂ (интервал времени 0-Т/2), когда потенциал точки а выше потенциала точки b. При этом в нагрузочном резисторе R_н появляется ток i_н (рис.9.4, б). В этом интервале диоды Д₂, Д₄ закрыты.

В следующий полупериод напряжения вторичной обмотки (интервал времени Т/2-Т) потенциал точки b выше потенциала точки а, диоды Д₂, Д₄ открыты, а диоды Д₁, Д₃ закрыты. В оба полупериода, как видно из рис. 9.4, ток через нагрузочный резистор R_н имеет одно и то же направление.

 

 

            Д₁             Д₂             Д₃

 

         R_ш1         R_ш2           R_ш3

 

Рис.9.3. Последовательное включение полупроводниковых диодов

                

 

 

 

Рис.9.4. Схема (а), временные диаграммы напряжений и токов (b) мостового выпрямителя

Анализ временных диаграмм позволяет получить выражения для средних значений выпрямленных напряжения и тока:

                    U_н.ср.= (9.5)

                       I_н.ср.=U_н.ср./R_н»0.9 U₂/R_н

Из (9.65) можно найти действующее напряжение вторичной обмотки трансформатора:

                                                      U₂= (9.6)

Так как средний ток каждого диода, являющийся также током вторичной обмотки трансформатора,

                         I_пр.ср.=I_{2 ср.}=0.5 I_н.ср.,                                                 (9.6а)

а максимальный ток вторичной обмотки I_2m=U_2m/R_н, то с учетом (9.5) действующее значение тока вторичной обмотки

                            I₂=                                             (9.6б)

Из временных диаграмм видно, что максимальное обратное напряжение на диодах

                         U_обр.max.=U_2m=                                                (9.7)

Максимальный прямой ток диода

                        I_{пр. m.}=                                              (9.8)

Анализ приведенных соотношений показывает, что при одинаковых значениях параметров трансформаторов и сопротивления R_н мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет следующие преимущества: средние значения выпрямленных тока I_н.ср. и напряжения U_н.ср. в два раза больше, а пульсации значительно меньше.

Разложив напряжение u_н (рис.9.4, б) в ряд Фурье, получим числовое значение коэффициента пульсаций:

                            u_н=U_н.ср.(1+                                        (9.9)

Амплитуда основной гармоники частотой 2w равна 2/3. Следовательно, p»0.67.

В то же время максимальное обратное напряжение на каждом из закрытых диодов, которые по отношении. к зажимам вторичной обмотки включены параллельно, имеет такое же значение, что и в однополупериодном выпрямителе, т.е. U_2m=  все эти преимущества достигнуты за счет увеличения количества диодов в четыре раза, что является основным недостатком мостового выпрямителя.

В настоящее время промышленность выпускает полупроводниковые блоки, в которых диоды соединены по мостовой схеме. В этих блоках могут быть один (КЦ402) или два электрически не соединенных моста (КЦ403).

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис.9.5, а) можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на один и тот же нагрузочный резистор R_н. Действительно, в каждый из полупериодов напряжения u_ab работает либо верхняя, либо нижняя часть выпрямителя. Когда потенциал точки а выше потенциала средней точки О (интервал врем6ени 0-Т/2), диод Д₁ открыт, диод Д₂ закрыт, так как потенциал точки b ниже потенциала точки О. В этот период времени в нагрузочном резисторе R_н появляется ток i_н (рис.9.5, б). В следующий полупериод напряжения u_ab (интервал времени Т/2-Т) потенциал точки b выше, а потенциал точки а ниже потенциала точки О.

Сопротивление транзистора постоянному току (статическое сопротивление) на два-три порядка меньше сопротивления переменному току (динамическое сопротивление). Основным параметром, характеризующим эффективность действия сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания, равный отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра:

                                       q=p_вх/p_вых.                             (9.18)

Кроме выполнения требования к коэффициенту сглаживания фильтры должны иметь минимальное падение постоянного напряжения на элементах, минимальные габариты, массу и стоимость.

 

 

 

 

Рис.9.8. Схемы емкостных фильтров с однополупериодным (а) и мостовым (в) выпрямителями, временные диаграммы напряжений и токов однополупериодного (б) и мостового (г) выпрямителей с емкостным фильтром

 

В зависимости от типа фильтрующего элемента различают емкостные, индуктивные и электронные фильтры. По количеству фильтрующих звеньев фильтры делятся на однозвенные и многозвенные.

 

Емкостные фильтры. Этот тип фильтров относится к однозвенным фильтрам. Емкостный фильтр включают параллельно нагрузочному резистору R_н (рис.9.8, а). Работу емкостного фильтра удобно рассматривать с помощью временных диаграмм, изображенных на рис.9.8, б. В интервал времени t₁–t₂ конденсатор через открытый диод Д заряжается до амплитудного значения напряжения u₂, так как в этот период напряжение u₂>u_c. В это время ток i_a=I_c+I_н. В интервал времени t₂-t₃, когда напряжение u₂ становится меньше напряжения на конденсаторе u_c, конденсатор разряжается на нагрузочный резистор R_н, заполняя разрядным током паузу в нагрузочном токе i_н, которая имеется в однополупериодном выпрямителе в отсутствие фильтра. В этот интервал времени напряжение на резисторе R_н снижается до некоторого значения, соответствующего времени t₃, при котором напряжение u₂ в положительный полупериод становится равным напряжению на конденсаторе u_c. После этого диод вновь открывается, конденсатор C_ф начинает заряжаться и процессы зарядки и разрядки конденсатора повторяются.

Временные диаграммы тока и напряжений двухполупериодного мостового выпрямителя с емкостным фильтром (рис.9.8, в) приведены на рис.9.8, г. Анализ временных диаграмм показывает, что с изменением емкости конденсатора C_ф или сопротивления нагрузочного резистора R_н будет изменяться значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения. При этом чем меньше разрядится конденсатор, тем меньше будут пульсации в выпрямленном токе i_н Разряд конденсатора С_ф определяется постоянной времени разрядки t_разр=С_фR_н. При постоянной времени t_разр³10 T коэффициент пульсаций, определяемый по формуле

                             p=                                       (9.19)

где f_осн. - частота основной гармоники, не превышает 10^-2.

 

Работа выпрямителя с емкостным фильтром существенно зависит от изменения нагрузочного тока. Действительно, при увеличении тока i_н, что происходит при уменьшении сопротивления R_н, постоянная времени t_разр. уменьшается. Уменьшается и среднее значение выпрямленного напряжения U_н.ср., а пульсации возрастают.

При использовании емкостного фильтра следует учитывать, что максимальное значение тока диода i_a определяется лишь сопротивлениями R_пр. и вторичной обмотки трансформатора, поэтому оно может достигать значений, больших I_пр.max.. Такой большой ток может вывести из строя диод. Для предотвращения этого последовательно с диодом необходимо включать добавочный резистор. Кроме того, следует учитывать, что напряжение U_обр.max., прикладываемое к диоду, в два раза превышает U_2m, так как в момент времени, когда диод заперт, напряжения на конденсаторе и на вторичной обмотке трансформатора складываются.

 

Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором R_н при мощности P_н не более нескольких десятков ватт.

 

Индуктивные фильтры. Индуктивный фильтр, состоящий из дросселя L_ф, включают последовательно с нагрузочным резистором R_н (рис.9.9, а). Он, так же как емкостный фильтр, относится к типу однозвенных фильтров. Работу индуктивного фильтра удобно рассмотреть с помощью временных диаграмм, изображенных на рис.9.9, б. Анализ временных диаграмм показывает, что ток i_н нагрузочного резистора R_н получается сглаженным. Действительно, вследствие того что ток в цепи с дросселем во время переходного процесса, обусловленного положительной полуволной выпрямляемого напряжения u₂ зависит от постоянной времени t=L_ф/R_н, длительность импульса тока увеличивается с ростом t. Коэффициент пульсаций определяется простым соотношением

                                    p=2pf_оснL_ф/R_н.                          (9.20)

Анализ выражения (9.20) позволяет сделать вывод, что фильтр будет работать тем эффективнее, чем больше L_ф или меньше R_н Обычно wL_ф>>R_н

Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощностей, т.е. в выпрямителях, работающих на нагрузочные устройства с большими токами.

 

 

 

 

  

Рис.9.9. Схема индуктивного фильтра с однополупериодным выпрямителем (а), временные диаграммы напряжения и токов однополупериодного выпрямителя с индуктивным фильтром (б)

 

В выпрямителях малой мощности использование индуктивного фильтра L_ф нецелесообразно, поскольку они работают на высокоомные нагрузочные устройства. При этом выполнение условия w_оснL_ф>>R_н.

 

 

 

 

Рис.9.10. Схемы Г-образных LC-фильтра (а) и RC-фильтра (б)

 

приводит к необходимости включения дросселя с большими массой и габаритами, что является существенным недостатком индуктивного фильтра по сравнению с емкостным.

 

Г-образные фильтры. Г-образные фильтры являются простейшими многозвенными фильтрами. Этот фильтр может быть LC-типа (рис.9.10, а) и RC-типа (9.10, б). Их применяют тогда, когда с помощью однозвенных фильтров не выполняется предъявляемое к ним требование с точки зрения получения необходимых коэффициентов сглаживания. Эти фильтры, являясь более сложными по сравнению с однозвенными, обеспечивают значительно большое уменьшение коэффициента пульсаций.

Снижение пульсаций LC-фильтров объясняется совместными действиями индуктивной катушки и конденсатора. Снижение переменных составляющих выпрямленного напряжения обусловлено как сглаживающим действием конденсатора С_ф, так и значительным падением переменных составляющих напряжения на дросселе L_ф. В то же время постоянная составляющая напряжения на нагрузочном резисторе не уменьшается, так как отсутствует сколько-нибудь значительное падение напряжения этой составляющей на очень малом активном сопротивлении дросселя. С учетом рекомендаций по выбору значений С_ф и L_ф, изложенных ранее, выражение для коэффициента сглаживания LC-фильтра можно записать в виде

                                        q=w²_оснL_фС_ф-1                         (9.21)

Оно позволяет рассчитать параметры этого фильтра по заданному значению коэффициента сглаживания:

                                         L_фС_ф=                           (9.21а)

В расчетах по формулам (9.21) одним из параметров (индуктивностью или емкостью) элементов фильтра задаются исходя из габаритов, массы и стоимости элементов.

В маломощных выпря-мителях, у которых сопро-тивление нагрузочного резис-тора составляет несколько килоом, вместо дросселя L_ф включают резистор R_ф (рис.9.10, б), что существенно уменьшает массу, габариты и стоимость фильтра.

               L_ф

                        U_н

U_вх            С_ф1                 R_н

                 С_ф2

            (а)

            R_ф

 

          С_ф1        С_ф2

 

             (б)

 

Рис.9.11. Схемы П-образных LC-фильтра (а) и RC-фильтра (б)

 

При выборе X_Cф<<R_ф на резисторе R_ф создается значительно большее падение напряжения от переменных составляющих выпрямленного тока, чем на резисторе R_н Если выбрать значение R_Ф из соотношения R_н/(R_н+R_ф)=0.5-0.9, то падение постоянной составляющей напряжения на резисторе R_ф будет минимальным. В итоге доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении по отношению к постоянной составляющей на нагрузочном резисторе R_ф значительно уменьшается. Коэффициент сглаживания для Г-образного RC-фильтра определяется из выражения

                                  q=(0.5-0.9)w_оснR_фС_ф.                                  (9.22)

Следует отметить, что коэффициент сглаживания RC-фильтра меньше, чем у LC-фильтра.

 

П-образные фильтры. П-образный фильтр относится к многозвенным фильтрам, так как состоит из емкостного фильтра (С_ф1) и Г-образного LC-фильтра (L_фС_ф2) или RC-фильтра (R_фС_ф2) (рис.9.11, а, б). Коэффициент сглаживания многозвенных фильтров равен (при соблюдении определенных условий) произведению коэффициентов составных звеньев (фильтров). Поэтому коэффициент сглаживания П-образного фильтра

                                       q_П=q_Cq_Г,                               (9.23)

где q_С, q_Г - коэффициенты сглаживания С-фильтра и Г-образного фильтра.

При сопротивлениях нагрузочного устройства в несколько килоом применяют П-образные CRC-фильтры, а при малых сопротивлениях (несколько ом) – CRC-фильтры. Наибольший коэффициент сглаживания П-образного фильтра достигается при условии С_ф1=С_ф2. П-образные фильтры целесообразно применять, если коэффициент сглаживания должен быть равен 100-1000 и более.

 

 

I_к                                  DT_к

I_ка

 

                      DU_к

 

 

0                 U_ка                 U_к

 

 

Рис.9.12. К пояснению сопротивления транзистора для постоянной и переменной составляющих выпрямленного тока

 

 

Рис.9.13. Схема последовательного электронного фильтра с включением нагрузочного резистора .. в коллекторную цепь транзистора

 

Большой коэффициент сглаживания П-образного фильтра по сравнению с Г-образным достигается за счет ухудшения таких параметров выпрямителя, как габариты, масса и стоимость.

 

Электронные фильтры. В последнее время все чаще начали применять электронные фильтры, в которых вместо индуктивных катушек включают транзисторы. Такая замена позволяет избавиться от переходных процессов, отрицательно влияющих на работу нагрузочного устройства и самого выпрямителя, при этом снижаются габариты, масса и стоимость выпрямителей.

Применение транзисторов в фильтрах основано на различии сопротивлений для постоянной и переменной составляющих коллекторного тока. При выборе рабочей точки на пологом участке выходной характеристики (9.12) сопротивление промежутка коллектор – эмиттер постоянному току (статической сопротивление) R_ст=U_коI_ко на два-три порядка меньше сопротивления этого промежутка переменному току U_кI_к  (динамическому сопротивлению), определяемому величиной 1 h₂₂ Электронные фильтры снижают пульсации примерно в 3-5 раз.

Различают два способа включения транзисторов в электронные фильтры: последовательно и параллельно нагрузочным устройствам. Последовательное включение транзисторов характерно для выпрямителей, имеющих высокое напряжение (300-400В). Параллельное включение осуществляется при низких выходных напряжениях, не превышающих нескольких десятков вольт.

На рис.9.13 изображена схема простейшего электронного фильтра, в котором транзистор включен последовательно с нагрузочным резистором R_н В этом фильтре для обеспечения фиксированного положения рабочей точки на пологом (рабочем участке выходной характеристики в базовую цепь включается RC-цепь, постоянная времени которой t₆=R₆C₆ должна быть много больше периода пульсации основной гармоники выпрямленного напряжения:

 

R₆C₆>>T_n Резистор R_э обеспечивает термостабилизацию режима работы транзистора. Если в данном фильтре нагрузочный резистор включен в коллекторную цепь транзистора, то в транзисторном фильтре, схема которого изображена на рис. 9.14, резистор R_н включен в эмиттерную цепь, что позволяет получить низкое выходное сопротивление выпрямите-ля с фильтром; следовательно, такой

-

             R_б        Т

                                                    R_н                                                            

                       С_б

+

 

Рис.9.14. Схема последовательного электронного фильтра с включением нагрузочного резистора .. в эмиттерную цепь транзистора

фильтр малочувствителен к изменениям тока I_н. По этой причине электронный фильтр рис. 9.14, представляющий собой эмиттерный повторитель, получил наиболее широкое распространение. В нем рабочую точку транзистора определяет R₆C₆-цепь, которая обеспечивает ее устойчивое положение при изменениях температуры и коэффициента усиления транзистора h₂₁

 

На рис.9.15, а изображена схема электронного фильтра, в котором транзистор включен параллельно нагрузке R_н. Этот фильтр применяют при низких значениях выпрямленных напряжений. С помощью делителя R_б1R_б2 устанавливается рабочая точка на характеристике транзистора. R_эС_э-цепь выполняет функции термостабилизирующего звена. Резистор R_ф играет ту же роль, что и резистор R_ф в Г-образном –фильтре. Недостатком этого фильтра является сильная зависимость выпрямленного тока через транзистор при изменении выпрямленного напряжения на входе фильтра. Это приводит к увеличению падения напряжения на транзисторе и, следовательно, к снижению к.п.д. выпрямителя.

Лучшие характеристики имеют электронные фильтры, выполненные на составном транзисторе (рис.9.15, б). Коэффициент сглаживания таких фильтров достигает сотни. При подобном включении транзисторов эквивалентный силовой транзистор имеет, как известно, значительно меньшую выходную проводимость, чем каждый транзистор в отдельности. Резистивный делитель R₁R₂R₃ обеспечивает положение рабочей точки составного транзистора, а резисторы R₄ и R₅ являются термостабилизирующим звеном. Конденсатор C_б3 не пропускает переменную составляющую в цепь базы составного транзистора, и эквивалентный коллекторный ток составного транзистора почти не изменяется в времени.

 

С появлением интегральных микросхем электронные фильтры стали более эффективными. На рис. 9.15, в изображена схема электронного фильтра с применением микросхемы. Пульсации во входном напряжении, усиленные операционным усилителем (ОУ) на интегральной микросхеме, еще более закрывают составной транзистор, т.е. еще больше уменьшают выходную проводимость. При этом увеличивается падение напряжения от переменной составляющей на составном транзисторе. Таким образом, снижаются пульсации в выходном напряжении фильтра. Коэффициент сглаживания фильтров с ОУ равен нескольким тысячам. Положительные свойства электронных фильтров отмечались ранее, а недостатком их является

 

 

 

 

Рис.9.15. Схема параллельного электронного фильтра на одном транзисторе (а), на составном транзисторе (б), на операционном усилителе (в)

 

то, что медленные изменения напряжения на входе приводят к пропорциональному изменению выходного напряжения.