1.4. Фильтры Классификация сглаживающих фильтров

Все схемы сглаживающих фильтров можно разделить на группы:

I группа – фильтры состоящие из одного элемента: индуктивные, емкостные.

II группа – Г-образные фильтры, состоящие из двух элементов.

Г-образный реостатно-емкостный фильтр целесообразно применять при малых выпрямленных токах (менее 15…20 мА) и небольших значениях ко­эффициента сглаживания. Такой фильтр является достаточно дешевым, имеет малые размеры и вес. Его недостатком является малый КПД из-за большого падения выпрямленного напряжения на сопротивлении фильтра.

Г-образный индуктивно-емкостный (LC) фильтр применяется в источниках средней и большой мощности вследствие того, что падение напряжения на фильтре можно сделать сравнительно малым и тем самым обеспечить более высо­кий КПД.

Недостатки LC – фильтров:

1) сравнительно большие размеры и вес (при низкой частоте первичного источника);

2) дроссель фильтра является источником помех, создаваемых магнитным полем рассеяния;

3) дроссель фильтра иногда является причиной сложных переходных процессов, приводящих к искажениям в работе устройств (усилителя, передатчика и т.п.);

4) фильтр не устраняет медленных изменений питающих напряжений.

III группа – сложные фильтры состоящие из различных комбинаций первой и второй групп – П-образные и многозвенные;

IV группа – фильтры с параллельными и последовательными резонансными контурами;

V группа – фильтры с компенсацией переменной составляющей на выходе фильтра;

VI группа – активные фильтры.

Качество сглаживания характеризуется величиной максимально допустимой амплитуды переменной составляющей.

Таким образом, основным требованием к фильтру является заданная величина коэффициента его фильтрации, либо для гармоники наиболее нужной частоты, либо для отдельных гармоник, либо для всего комплекса гармоник, содержащихся в выпрямленном напряжении.

Дополнительными требованиями к фильтрам являются:

1. Минимально возможное падение постоянной составляющей напряжения на элементах фильтра.

2. Отсутствие заметных искажений, вносимых в работу нагрузки.

3. Отсутствие недопустимых перенапряжений и сверхтоков при переходных процессах.

4. Высокие массогабаритные показатели.

Коэффициент пульсаций

Выпрямленное напряжение (ЭДС) - ,(напряжение до ФУ) как любую периодическую несинусоидальную функцию можно разложить в ряд Фурье, т.е. представить в виде суммы постоянной составляющей и суммы переменных гармонических составляющих. Первый член разложения в ряд Фурье – постоянная составляющая() – среднее значение выпрямленного напряжения (ЭДС). Сумма переменных гармонических составляющих называетсянапряжением пульсаций (). Также можно представить в виде суммы постояннойи пульсирующейсоставляющих напряжение в нагрузке(напряжение после ФУ). Значение пульсации задаетсякоэффициентом пульсаций, равным отношению максимального значения пульсации к постоянной составляющей напряжения:

, (1.6)

где - полуразность между наибольшим и наименьшим мгновенными значениями напряжения в нагрузке(рис. 1.12). Аналогично можно записать выражения для коэффициента пульсацийвыпрямленного напряжения.

Рис. 1.12. График напряжения с постоянной составляющейи пульсирующей.

Также пользуются коэффициентом пульсаций k-й гармоники, который равен отношению амплитуды k-й гармонической напряжения пульсаций к среднему значению напряжения

(до ФУ) и (после ФУ) (1.7)

Следует отметить, что во многих литературных источниках по электронике под коэффициентом пульсаций называют коэффициент пульсаций 1-й гармоники, равный отношению амплитуды первой (основной) гармоники напряжения пульсаций к среднему значению напряжения. Это верно, если суммой высших гармонических напряжения пульсаций относительно первой (основной) можно пренебречь.

Известно, что для выпрямителя без ФУ коэффициент пульсаций по k-й гармонике выпрямленной ЭДС:

,

где p – число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения (пульсность схемы выпрямления). При p = 2 получим ,и амплитуда 2-й гармонической составляет 20% от первой (основной) гармоники. Приp = 6 получим ,и амплитуда 2-й гармонической составляет 24,5% от первой (основной) гармоники.