Сглаживающие фильтры

Выпрямленное напряжение имеет пульсирующий характер и его нельзя непосредственно использовать для питания электронных устройств. Поэтому для уменьшения коэффициента пульсаций на входе выпрямителя применяют сглаживающие фильтры. Включение сглаживающего фильтра между выпрямителем и нагрузочным устройством RН уменьшает коэффициент пульсаций напряжения. Величина, показывающая во сколько раз происходит уменьшение коэффициента пульсаций на выходе (РВЫХ) фильтра по сравнению с его значением на входе (РВХ), носит название коэффициента сглаживания

q = Pвхвых

Фильтры состоят из конденсаторов и катушек индуктивности. Основные виды фильтров – емкостной, индуктивный и смешанный (рис.2.33).

На рис.2.34 показаны осциллограммы напряжений на активном сопротивлении нагрузочного устройства RН двухполупериодного выпрямителя при включенном емкостном СФ (рис. 2.34а) и индуктивном LФ - фильтрах (рис. 2.34б).

 

а б в г
Рис.2.33. Фильтры: емкостной, индуктивный, Г и П - образные

 

Емкостной фильтр включается параллельно нагрузочному резистору (рис.2.33а) и шунтирует его по переменной составляющей тока. При этом конденсатор попеременно заряжается до значения напряжения U(период времени t1 – t2 рис.2.34а), а затем разряжается через резистор RН (период времени t2 – t3 рис. 2.34а). Если постоянна времени разряда конденсатора t= Сф RН значительно превышает период времени Т изменения uН, то напряжение на конденсаторе при разряде уменьшается несущественно за время (t2 – t3 ). Это приводит к значительному увеличению среднего значения напряжения на нагрузочном резисторе Uи к снижению пульсаций выпрямленного напряжения. Емкостной фильтр используют в маломощных источниках питания при высокоомной нагрузке RН .

Индуктивный фильтр LФ включается последовательно с резистором RН (рис.2.33б). Поэтому переменная составляющая тока через нагрузку значительно уменьшается из-за действия закона электромагнитной индукции – Фарадея (рис.2.34б) и снижаются пульсации выпрямленного напряжения. Индуктивный фильтр используется в выпрямителях средней и большой мощности с низкоомной нагрузкой RН.

 

а б
Рис. 2.34. Осциллограммы напряжений на активном сопротивлении нагрузочного устройства RH двухпериодного выпрямителя при включённом емкостном Сф (а) и индуктивном Lф (б) фильтрах

 

Чаще всего используются смешанные фильтры: Г - образный LC – фильтр (рис.2.33в) или П-образный CLC – фильтр (рис.2.33г). Они обеспечивают более высокую степень сглаживания выпрямленного напряжения. При этом коэффициент сглаживания смешанного фильтра определяется q = q1q2…qn, где qn – коэффициент сглаживания каждого простого звена фильтра.