Сглаживающие фильтры

Ток на выходе любого выпрямителя является пульсирующим током. Этот ток состоит из постоянной составляющей и переменных составляющих, частоты которых являются кратными частоте выпрямленного тока.

Например, составляющие тока, получаемого на выходе двухполупериодного выпрямителя, имеют следующие значения:

I ₀ = 0,636 I _max ;

I ₂ = 0,424 I _max ;

где I _max – максимальное значение выпрямленного тока;

I ₀ – постоянная составляющая выпрямленного тока;

I ₂ – амплитуда переменной составляющей с частотой, равной удвоенной частоте питающего напряжения.

Характеристикой величины пульсаций выпрямленного тока является коэффициент пульсаций К_п :

К_п = · 100 %

В соответствии с этим определением, коэффициент пульсаций на выходе двухполупериодного выпрямителя равен:

К_п = · 100% = 66 % ;

Для питания ламп, электронно-лучевых трубок и других электронных устройств необходим постоянный ток с коэффициентом пульсаций 1 – 2 %. Поэтому на выходе выпрямителя должно быть предусмотрено специальное устройство, уменьшающее коэффициент пульсаций до требуемой величины. Такие устройства называются сглаживающими фильтрами.

Для оценки качества фильтрации применяется понятие "коэффициент сглаживания". Коэффициент сглаживания q представляет собой отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра K _{п. вх} к коэффициенту пульсаций на его выходе K _{п. вых} :

q = ;

Простейшим сглаживающим фильтром является емкостной фильтр. Емкостной фильтр представляет собой конденсатор большой емкости С_ф, включенный параллельно нагрузке. Принцип действия такого фильтра заключается в том, что емкостное сопротивление конденсатора для переменного тока Х_с = 1/wC очень мало, поэтому переменная составляющая выпрямленного тока проходит через этот конденсатор, минуя нагрузку.

Для увеличения коэффициента сглаживания применяются Г-образные и П-образные индуктивно-емкостные фильтры (рис. 5.1.11, а, b).

C R _н С₁ С₂ R _н

а) Г-образный фильтр b) П-образный фильтр

Рис. 5.1.11. Схемы индуктивно-емкостных фильтров

Для однозвенного Г-образного фильтра коэффициент сглаживания равен:

q = 2π f · L C;

При выборе параметров элементов фильтра необходимо учитывать, что собственная частота фильтра ω = должна быть значительно ниже частоты пульсаций. При невыполнении этого требования амплитуда пульсаций на выходе фильтра может возрасти за счет резонансных свойств фильтра.

При малых токах нагрузки выпрямителя фильтр можно упростить, заменив дроссель L резистором. Такой фильтр называется реостатно-емкостным.