Сглаживающие фильтры в цепях питания радиоэлектронных схем

Напряжение на выходе выпрямителя не является строго постоянным, оно пульсирует, т. е. изменяется с частотой 50 или 100 гц в каких-то пределах, сохраняя свой знак. Такое пульсирующее напряжение можно представить, как сумму двух напряжений: постоянного и переменного. Отношение амплитуды переменной составляющей к постоянной составляющей называется коэффициентом пульсации р (выражается в процентах).

При питании пульсирующим напряжением приемника или усилителя НЧ в громкоговорителе или телефоне на выходе устройства будет прослушиваться гудение низкого тона — фон переменного тока. Чтобы фон был мало заметен, коэффициент пульсации питающего напряжения для различных каскадов приемников и усилителей не должен превышать значений, указанных в процентах ниже:

• Выходной каскад высокочувствителього УНЧ - 0,001-0,002
• Предварительный каскад УНЧ, детектор - 0,01-0,05
• УВЧ, УПЧ, преобразователь частоты - 0,02-0,1
• Выходной каскад УНЧ однотактный - 0,1-0,5
• Выходной каскад УНЧ двухтактный - 0,5-2,0

Так как коэффициент пульсации напряжения, снимаемого с конденсатора выпрямителя, имеет значительно большую величину, между выпрямителем и питаемым устройством включают сглаживающий фильтр, включающий реактивные элементы, сопротивление которых постоянному и переменному току различно. В качестве таких элементов могут использоваться дроссели НЧ, конденсаторы большой емкости, а также лампы и транзисторы, включенные по специальной схеме.

Сглаживающие свойства фильтра характеризуются коэффициентом сглаживания Kс, показывающим, во сколько раз коэффициент пульсаций на выходе фильтра меньше, чем на его входе: Kc=Po/P

Коэффициент пульсации на входе фильтра Po определяется при расчете выпрямителя.

I. Г-образный реостатно-емкостный фильтр (рис. 1) Фильтр состоит из резистора R1 и конденсатора Сф. Конденсатор C1, показанный на схеме штрихами, относится к выпрямителю.

Для переменной составляющей выпрямленного тока фильтр является делителем напряжения, уменьшающим переменное напряжение тем в большей степени, чем больше сопротивление резистора R1 и емкость конденсатора Сф. Для постоянного тока сопротивление конденсатора велико, поэтому для постоянной составляющей фильтр является сопротивлением,включенным последовательно с нагрузкой.

Фильтр этого типа наиболее прост и дешев, но для увеличения коэффициента сглаживания Кс приходится увеличивать сопротивление резистора R1, при этом возрастают потери постоянного напряжения и мощности на резисторе R1 и уменьшается к.п.д. фильтра. Поэтому RC-фильтр применяют в простых конструкциях, где к.п.д. может быть невелик, при малых выпрямленных токах (до 20 мА) и в случаях, когда допустимо большое падение напряжения в фильтре.

Произведение RC для однополупериодного выпрямителя определяют по формуле: R1 (Ом) - Cф (мкф) = 3000 Кс.

Для двухполупериодного по формуле: R1 (Ом) x Сф (мкФ)= 1500 Кс.

Сопротивление резистора R1 определяют по наибольшему допустимому падению напряжения на нем. Мощность, выделяющаяся на резисторе, равна: P (Вт)=R1(Ом)Io²(mA)/10⁶

Если коэффициент сглаживания фильтра недостаточен, применяют двухзвенный фильтр (рис. 2), Так как при последовательном включении звеньев общий коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов сглаживания отдельных звеньев, формулы примут вид: для однополупериодного выпрямителя: R1 (Ом) x Сф (мкФ) = 3000 √ Кс

для двухполупериодного выпрямителя: R1 (Ом) x Сф (мкФ) = 1500 √ Кс при R1=R2 и Сф1=Сф2=Сф.

II. Г-образный индуктивно-емкостный фильтр (рис. 3)

Так как сопротивление дросселя НЧ постоянному току мало, падение напряжения на нем незначительно и к.п.д. фильтра составляет 80—90%.

Для повышения коэффициента сглаживания может применяться последовательное включение двух звеньев (рис. 4), например, для питания микрофонных усилителей.

Индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра определяется по формулам: при однополупериодном выпрямителе и одном звене:

L (гн) x Сф (мкФ)=10 Кс

при двух звеньях:

L (гн) x С ф (мкф) = 10 √ Кс

при двухполупериодном выпрямлении и одном звене:

L (гн) x С ф (мкф) = 2.5 Кс

с двумя звеньями:

L (гн) x С ф (мкф) = 2.5 √ Кс

где L — индуктивность дросселей Др 1 и Др2.

lll. Фильтр с фильтр-пробкой (рис. 5)

Сглаживающее действие фильтра можно повысить, если параллельно дросселю включить бумажный конденсатор С2, образующий с дросселем параллельный контур, настроенный на частоту пульсации 50 или 100 гц. Емкость конденсатора подбирается опытным путем по наименьшему уровню фона.

IV. Фильтр с транзистором

При протекании пульсирующего тока через резистор R2 (рис. 6) напряжение на резисторе также пульсирует. Переменная составляющая этого напряжения через конденсатор С2 оказывается приложенной между эмиттером и базой транзистора T1. В моменты повышения напряжения на входе фильтра на базу транзистора подается положительное напряжение, внутреннее сопротивление его увеличивается, в моменты уменьшения напряжения сопротивление транзистора уменьшается. Благодаря этому напряжение на нагрузке пульсирует в значительно меньшей степени, чем до фильтра.

Сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы рабочая точка транзистора находилась в середине прямолинейного участка характеристики. Его можно подобрать экспериментально при налаживании фильтра. Сопротивление резистора R2 во избежании большого падения напряжения на нем берется порядка 80—100 ом.

На рис. 7 показана другая схема включения транзистора. Хотя коэффициент сглаживания фильтра, собранного по этой схеме, ниже, но к.п.д. его выше, чем у фильтра, собранного по схеме рис. 6. Резистор R1 подбирается при налаживании фильтра.

Если вместо конденсатора С2 включить кремниевый стабилитрон типа Д808 — Д811, напряжение на выходе фильтра будет не только сглажено, но и стабилизировано.