Лекція 24

Тема: Фільтри в схемах випрямлення

1 Загальні відомості .

2 Принцип дії фільтра типу  с.

3 Приклад схеми випрямляча з фільтром.

1.В схемах випрямлення фільтри призначаються для згладжування пульсації випрямленої напруги та струму, тому фільтри вмикають між навантаженням та діодом. Це означає, що на вхід фільтра поступають пульсуючі напруга та струм, з виходу на навантаження надходить напруга та струм пульсації яких значно менше, тобто зменшуються гармонійні складові пульсуючого сигналу.

Принцип дії згладжуючих фільтрів базується на тому, що елементи з яких складається фільтр, мають різний опір відносно складових пульсуючого сигналу:

(І_пульс=Id (0)+I₁m cos wt+I₂m cos 2wt+...)

Крім того властивості фільтра залежать від схеми включення елементів фільтра. За цією ознакою фільтри поділяються на наступні групи:

Г-подібні (рисунок 24.1);

П-подібні (рисунок 24.2);

Т-подібні (рисунок24.3).

Z₁

U_вх Z₂ U_вих

Рисунок 24.1—Структурна схема Г-подібного згладжуючого фільтра

Z₂

U_вх Z₁ Z₃ U_вих

Рисунок 24.2—Структурна схема П-подібного згладжуючого фільтра

Z₁ Z₃

U_вх Z₂ U_вих

Рисунок 24.3—Структурна схема Т-подібного згладжуючого фільтра

Фільтри, структурні схеми яких зображено на рисунках 24.1-24.3—це фільтри, які складаються з однієї розгладженої ланки. Якщо їх характеристики не відповідають вимогам споживача, то створюються багатоланкові фільтри, які скадаються з послідовно з’єднаних одно ланкових фільтрів. До складу фільтрів входять наступні елементи , с, R. В залежності від їх з'єднання можна створити -фільтри, С-фільтри,  с-фільтри та RC-фільтри.

2.Найпростішою, але досить ефективною є схема одно ланкового фільтру Г-подібного типу  с (рисунок 24.4).

L

Id

I₁mcos wt

С Rn

І_пульс.

I₂mcos 2wt

Рисунок 24.4—Принципова схема Г-подібного фільтру типу  с

Будемо вважати, що фільтр ідеальний—це означає, що активний опір усіх його елементів дорівнює нулю. Розглянемо опір елементів фільтра відносно складових пульсуючого струму для Id(w=0)

X₀=w=0

Це означає, що постійна складова струму не послабляється котушкою, не шунтується конденсатором, тому без втрат надходить у навантаження.

Для I₁m(w=w1)

X₁=w>0

<

це означає, що складова струму цієї частоти певним чином послабляється котушкою та шунтується конденсатором. Але якась її частина надходить у навантаження і створює певний рівень пульсації

для I₂m (2w)

X₂=2w>>0

<<

Складова цієї частоти практично повністю послабляється котушкою та шунтується конденсатором.

Фільтри типу  с мають достатньо хороший показник роботи, але вони мають і недоліки:

1-наявність котушки збільшує габарити фільтра;

2-навколо котушки виникає електро-магнітне поле, яке може негативно впливати на роботу схеми з якою працює випрямляч. У тих випадках, коли ці недоліки стають суттєвими застосовують фільтри типу RC (рисунок 24.5).

R

U_вх С U_вих

Рисунок 24.5—Принципова схема Г-подібного фільтру типу RC

Принцип дії цього фільтру полягає у наступному: на резистору R послабляються усі складові пульсуючого сигналу. Після цього, послаблені гармонійні складові шунтуються конденсатором, постійна складова надходить до навантаження.

3.Прикладом схеми, з застосуванням фільтру, є схема однофазного мостового випрямляча з П-подібним одно ланковим фільтром типу  с (рисунок 24.6). При складенні такої схеми слід мати на увазі, що котушка згладжує пульсації струму, тому вона вмикається послідовно відносно виходу випрямляча. Конденсатори згладжують напругу, тому вони вмикаються паралельно виходу випрямляча.

Рисунок 24.6—Схема однофазного мостового випрямляча з П-подібним одно ланковим фільтром типу  с.