Home Радиотехника Сглаживающие фильтры в цепях питания радиоэлектронных схем
Радиотехника

Сглаживающие фильтры в цепях питания радиоэлектронных схем

Сглаживающий Г-образный RC фильтрНапряжение 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

Сглаживающий Г-образный двухзвенный RC фильтрЕсли 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)

Г-образный индуктивно-емкостный фильтр

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)

Фильтр с фильтр-пробкой

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

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.