Название: Вторичные источники питания - методические указания (В. Н. Рогов)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1209


Лабораторная работа №2 «емкостные и индуктивные сглаживающие фильтры»

 

Цель работы:

−          Исследование работы емкостных и индуктивных сглаживаю-

щих фильтров.

Сведения из теории:

Напряжение на выходе любого выпрямителя всегда пульсирующее и со- держит постоянную и переменную составляющую напряжения. Для сглажива- ния пульсаций применяют сглаживающие фильтры (СФ) – устройства, предна-

значенные для подавления пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, при котором происходит нормальная работа потребителя. СФ бывают активные и пассивные. Простейшим СФ является, конденсатор, включаемый параллельно нагрузке. Также можно поставить катушку индуктивности (дроссель), но уже

последовательно с нагрузкой, а можно комбинировать.

Емкостный фильтр.

Емкостный     сглаживающий          фильтр            представляет  собой  конденсатор,

включенный параллельно нагрузке. Как же происходит сглаживание этих са- мых пульсаций? Рассмотрим форму выходного напряжения, скажем, однополу- периодного выпрямителя, показанную на рис. 3.2.

На рисунке Uср – это среднее значение выпрямленного напряжения. Как видно из рис. 3.2, это напряжение меньше амплитудного значения, но самое главное -

большие пульсации.

 

 
Теперь следует установить па- раллельно нагрузке выпрямителя конденсатор, как показано на рис.3.1. Установив осциллограф параллельно нагрузке можно увидеть картину, пока- занную на рис. 3.3.

 

Рис. 3.1. Пример выпрямителя с простейшим сглаживающим фильтром

 

 

 

 

 

 

 

 
Рис. 3.2. Форма выходного напряжения однополупериодного выпрямителя

Рис. 3.3. Форма выходного напряжения выпрямителя со сглаживающим фильтром

Допустим, конденсатор разряжен. При подаче напряжения на конденса- тор он начинает заряжаться – короткий отрезок «пилы» на рисунке. Достигнув максимального значения, амплитуда выходного напряжения выпрямителя на- чинает уменьшаться до нуля. Соответственно, заряженный до максимального значения конденсатор начинает разряжаться через нагрузку – длинный отрезок пилы. При следующем нарастании амплитуды процесс повторяется. Естествен- но, что размах амплитуды «пилы», а это тоже пульсации, напрямую зависит от емкости конденсатора и от величины сопротивления нагрузки. Чем больше ем- кость, тем меньше пульсации, чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше пульсации.

Процесс фильтрации можно объяснить и иначе. Считается, что выходное напряжение выпрямителя содержит постоянную и переменную составляющие.

Поскольку емкостное сопротивление конденсатора есть X = 1 / ωC, где ω = 2πf, то нетрудно заметить, что при увеличении емкости сопротивление уменьшает- ся. Аналогично и для частоты. Но для постоянного тока частота равна 0, значит

емкостное сопротивление будет стремиться к бесконечности. Таким образом, переменная составляющая проходит через конденсатор и замыкается на общий провод, не попадая в нагрузку, тогда как постоянная составляющая полностью

выделяется в нагрузке.

Индуктивный фильтр

Индуктивный фильтр - это катушка индуктивности (дроссель), включен-

ная последовательно с нагрузкой.

Воспользуемся  схемой выпрямителя, изображенной на рис.3.2. и после- довательно нагрузке установим дроссель. При протекании тока через индук- тивность происходит накопление энергии. Затем энергия выделяется в нагрузке

и т. д. В другом аспекте: поскольку катушка обладает индуктивным сопротив- лением, равным X = ωL, то нетрудно заметить, что при увеличении частоты со- противление также пропорционально увеличивается. Аналогично для индук-

тивности. Поскольку для постоянного тока частота равна нулю, то и сопротив- ление будет равным нулю. Другими словами, индуктивность не пропускает пе- ременной составляющей в нагрузку, тогда как постоянная составляющая бес-

препятственно проходит через индуктивность.

Чаще емкостной и индуктивный фильтр комбинируют и получают так на-

зываемый LC-фильтр. Сначала подавляются пульсации в индуктивности, затем остальное    в    конденсаторе    или    наоборот.    Такие    фильтры    называют

Г-образными. Причем можно построить многозвенные фильтры. Например, вначале дроссель, затем конденсатор, опять дроссель – Т-образный фильтр. Или конденсатор, дроссель, конденсатор – П-образный фильтр и т. д. LC-фильтры

обладают существенными недостатками. Во-первых, это массогабаритные по- казатели. Конденсатор большой емкости будет не таким уж маленьким. Да и индуктивность тоже. Во-вторых, для LC-фильтров характерно наличие внеш-

них магнитных полей, а это неблагоприятно сказывается на чувствительных узлах аппаратуры.

Помимо LC-фильтров существуют RC-фильтры. У них меньше габариты и масса, нет паразитных магнитных полей, но и максимальный ток нагрузки та- кого фильтра очень низкий – 10-15 мА.