Тема: П подібний LC Фільтр. Електронні фільтра

Самостійна робота № 27

У малопотужних випрямлячах, у яких опір навантаженого резистора складає кілька кілоом, замість дроселя L_ф включають резистор R_ф (рис. 1, б), що суттєво зменшує масу, габарити та вартість фільтра.

Рисунок 1 –

При виборі X_Cф<<R_ф на резисторі R_ф створюється значно більше падіння напруги від змінних складових випрямленого струму, чим на резисторі R_н. Якщо вибрати значення R_ф з відношення R_н/(R_н+R_ф) =0,5¸0,9, то падіння постійної складової напруги на резисторі R_ф буде мінімальним. У результаті частка змінної складової у випрямленій напрузі по відношенню до постійної складової на резисторі, навантаження R_ф значно зменшується. Коефіцієнт згладжування для Г-подібного RС-фільтра визначається з виразу

(1)

Слід зазначити, що коефіцієнт згладжування RС-фільтра менше, ніж у LC-фільтра.

П-образні фільтри. П-образний фільтр відноситься до багатоланкових фільтрів, оскільки складається з фільтру (С_Ф1) і Г-образного LC-фільтра (L_ФС_Ф2) або RC-філътра (R_ФС_Ф2). Коефіцієнт згладжування багатоланкових фільтрів рівний (при дотриманні певних умов) твору коефіцієнтів складених ланок (фільтрів). Тому коефіцієнт згладжування П-образного фільтру

(2)

де: q_c,q_г- коефіцієнти згладжування С-фільтра і Г-образного фільтра.

При опорах пристрою, навантаження, декілька кілоом застосовують П-образні СRС-фільтри, а при малих опорах (кілька ом) — CLC-фільтри. Найбільший коефіцієнт згладжування П-образного фільтра досягається за умови С_ф1=С_ф2. П-образні фільтри доцільно застосовувати, якщо коефіцієнт згладжування повинен бути рівний 100—1000 і більш. Великий коефіцієнт згладжування П-образного фільтру в порівнянні з Г-подібним досягається за рахунок погіршення таких параметрів випрямляча, як габарити, маса і вартість.

Рисунок 2 - До пояснення опора транзистора для постійної та перемінної складаючих випрямляючого струму

Рисунок 3 - Схема послідовного електронного фільтра з включенням навантаженого резистора R_н у колекторний ланцюг транзистора

Електронні фільтри. Останнім часом все частіше почали застосовувати електронні фільтри, в яких замість індуктивних котушок включають транзистори. Така заміна дозволяє позбавитися перехідних процесів, що негативно впливають на роботу пристрою, навантаження, і самого випрямляча, при цьому знижуються габарити, маса і вартість випрямлячів.

Застосування транзисторів у фільтрах засноване на відмінності опорів для постійної і змінної складових колекторного струму. При виборі робочої крапки на пологій ділянці вихідної характеристики (рис. 2) опір проміжку колектор — емітер постійному струму (статичний опір) R_ст= U_к0/I_к0 на два-три порядку менше опору цього проміжку змінному струму DU_1;/DI_к (динамічному опору), визначуваного величиной 1/h₂₂- Електронних фільтрів знижують пульсації приблизно в 3—5 разів.

Розрізняють два способи включення транзисторів в електронні фільтри: послідовно і паралельно пристроям, навантажень. Послідовне включення транзисторів характерний для випрямлячів, що мають високу вихідну напругу (300- 400 В). Паралельне включення здійснюється при низьких вихідних напругах, що не перевищують декількох десятків вольт.

На рис. 3 зображена схема простого: електронного фільтру, в якому транзистор включений послідовно з навантаженням, резистором R_н. У цьому фільтрі для забезпечення фіксованого положення робочої крапки на пологій (робочому) ділянці вихідної характеристики в базовий ланцюг включається RС-ланцюг, постійна часу якій t₆=R₆С_б повинна, бути багато більше періоду пульсації основної гармоніки випрямленої напруги: R_бС_б>>Т_П. Резистор R_э забезпечує термостабілізацію режиму роботи транзистора. Якщо в даному фільтрі резистор, навантаження, включений в колекторний ланцюг транзистора, то в транзисторному фільтрі, схема якого зображена на рис. 4, резистор R_н включений в емітерний ланцюг, що дозволяє одержати низький вихідний опір випрямляча з фільтром; отже, такий фільтр мало чутливий до змін струму I_н. По цій причині електронний, фільтр рис. 4, що є емітерний повторитель, набув найбільш Широкого поширення. У ньому робочу точку транзистора визначає R_бC_б- ланцюг, який забезпечує її стійке положення при змінах температури і коефіцієнта посилення транзистора h₂₁.

Рисунок 4 – Схема послідовного електронного фільтру з включенням навантаженого резистора R_Н у емітерний ланцюг транзистора

На рис. 5, а зображена схема електронного фільтра, у якій транзистор включений паралельно навантаженню R_н. Цей фільтр застосовують при низьких значеннях випрямлених напрузі. За допомогою дільника R₆₁R₆₂ встановлюється робоча крапка на характеристиці транзистора. R_эС_э-ланцюг виконує функції термостабілізуючої ланки. Резистор R_ф грає ту ж роль, що і резистор R_ф в Г-образному RС-фільтрі. Недоліком цього фільтра є сильна залежність випрямляючого струму через транзистор при зміненні випрямляючої напруги на вході фільтра. Це призводить до збільшення падіння напруги на транзисторі і, отже, до зниження к.п.д. випрямляча.

Кращі характеристики мають електронні фільтри, виконані. складеному транзисторі (рис. 5, б). Коефіцієнт згладжування таких фільтрів досягає сотні. При подібному включенні транзисторів еквівалентний силовий транзистор має, як відомо, значно меншу вихідну провідність, чим кожен транзистор окремо. Резистивний дільник R₁R₂R₃забезпечує положення робочої точки складеного транзистора, а резистори R₄ и R₅ є термостабілізуючої ланкою. Конденсатор С_б3 не пропускає змінну складаючу у ланцюзі бази складеного транзистора, і еквівалентний колекторний струм складеного транзистора майже не змінюється у часі.

З появою інтегральних мікросхем електронні фільтри стали ефективнішими. На рис. 5, в зображена схема електронного фільтру із застосуванням мікросхеми. Пульсації у вхідній напрузі, посилені операційним підсилювачем (ОП) на інтегральній мікросхемі, ще більш закривають складений транзистор, тобто ще більше зменшують вихідну провідність. При цьому збільшується падіння напруги від змінної складової на складеному транзисторі. Таким чином, знижуються пульсації у вихідній напрузі фільтру. Коефіцієнт згладжування фільтрів з ОП рівний декільком тисячам. Позитивні властивості електронних фільтрів наголошувалися раніше, а недоліком їх є те, що повільні зміни напруги на вході приводять до пропорційної зміни вихідної напруги.

Рисунок 5 - Схема паралельного електронного фільтра на одному транзисторі (а), на складеному транзисторі (б), на операційному посилювачі (в)