Г-образный реостатно-емкостный (RC) фильтр

Применение

Г-образный реостатно-емкостный фильтр (рис. 49) целесообразно приме­нять при малых выпрямленных токах (менее 15... 20 мА) и небольших значениях ко­эффициента сглаживания.

Такой фильтр является достаточно дешевым, имеет малые размеры и вес.

Их применяют в качестве элементов развязки в цепях питания.

Рис. 49. Реостатно-емкостный фильтр

Недостатки

Малый КПД из-за большого падения выпрямленного напряжения на сопротивлении фильтра.

Выбор номиналов элементов

Произведение (Ом*мкФ) определяется по приближенной формуле:

(14)

Сопротивление выбира­ется из условия допустимого падения выпрямленного напряжения U_доп на фильтре.

П-образный LC-фильтр

Схема П-образного LC-фильтра приведена на рис. 50.

Рис. 50. П-образный LC-фильтр

Принцип действия

Сглаживающее действие П-образного LC-фильтра можно упрощенно представить как совместное действие двух фильтров. Коэффициент сглаживания такого фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания звеньев:

(15)

Недостатки

· громоздкость и дороговизна дросселя;

· зависимость коэффициента сглаживания от тока нагрузки;

· наличие переходных процессов;

· излучение фильтром электромагнитных помех.

Электронные сглаживающие фильтры

От недостатков, присущих вышеперечисленным фильтрам, свободны электронные сглаживающие фильтры, включенные по принципу LC-фильтров, но с заменой одного из реактивных сопротивлений нелинейным элементом – транзистором. С целью уменьшения габаритов фильтра целесообразно использовать нелинейный элемент в качестве дросселя.

Принцип действия

Схема электронного сглаживающего фильтра приведена на рисунке 51. Нагрузка включена в цепь коллектора. Роль индуктивности выполняет транзистор, ток коллектора которого практически не зависит от напряжения на коллекторе и определяется, в основном, током эмиттера.

Рис. 51. Электронный сглаживающий фильтр

Принцип дей­ствия фильтра основан на том, что для переменной составляющей пульсирующего тока тран­зистор представляет сравнительно большое сопротивление, а для постоянного тока его сопротивление намного меньше. Цепочка R1, С1 обеспечивает постоянство тока эмиттера при кратковременных изменениях тока нагрузки и должна иметь большую постоянную времени. Сопро­тивлением R2 устанавливается режим транзистора по постоянному току.

При поддержании постоянным тока эмиттера, любое изменение напряжения на входе и выходе схемы приведет лишь к перемещению рабочей точки на характеристике, не вызывая при этом изменения тока коллектора.

Таким образом, при наличии на входе фильтра пульсирующего напряжения напряжение на его выходе будет практически постоянным.

Применение

Применение транзисторных фильтров целесообразно при значительных токах нагрузки и малом значении выпрямленного напряжения.

Недостатки

· температурная зависимость режима работы;

· необходимость защиты от перегрузок по току и напряжению.

Выбор элементов

Транзис­тор выбирается так, чтобы ток нагрузки фильтра был не менее, чем в 2 раза меньше максимального допустимого тока коллектора.

Наибольшее напряжение между кол­лектором и эмиттером, которое может возникнуть в момент включения выпрямите­ля, не должно превышать максимально допустимого напряжения на коллекторе.

Мощность рассеяния на транзисторе также не должна превышать максимально допустимой.

Сопротив­ление резистора R2 выбирается в пределах 80... 100 Ом, R3 — порядка десятков кОм. Емкость конденсатора:

(16)

Задание на лабораторную работу

1. Исследовать индуктивно-емкостный (LC) фильтр

1.1. Собрать схему (рис. 48). Выпрямительный диод использовать из л/р №1. Амплитуда и частота источника напряжения и номинал сопротивления нагрузки указаны в таблице.

1.2. Номиналы индуктивности L1 и емкости С1 выбрать исходя из условий (12) и (13).

1.3. Наблюдать на экране осциллографа сигналы на выходе фильтра.

1.4. Определить по осциллографу амплитуду пульсаций на выходе фильтра (по окончании переходных процессов в установившемся режиме!). При измерениях использовать органы управления осциллографом (AC/DC, Scale, Y position) для каналов А и В.

1.5. Рассчитать экспериментальный коэффициент сглаживания и сравнить его с заданным.

1.6. Вставить в отчет (документ Word) копии экранов осциллографа в момент измерения пульсаций на выходе фильтра, расчеты номиналов L1 и C1, расчет экспериментального коэффициента сглаживания.

2. Исследовать реостатно-емкостный (RC) фильтр

2.1. Собрать схему (рисунок 49).

2.2. Номиналы резистора R2 и емкости С1 выбрать исходя из условия (14).

2.3. Наблюдать на экране осциллографа сигналы на выходе фильтра.

2.4. Определить по осциллографу амплитуду (или размах) пульсаций на выходе фильтра (по окончании переходных процессов в установившемся режиме!).

2.5. Рассчитать экспериментальный коэффициент сглаживания и сравнить его с заданным.

2.6. Вставить в отчет (документ Word) копии экранов осциллографа в момент измерения пульсаций на выходе фильтра, расчеты номиналов R2 и C1, расчет экспериментального коэффициента сглаживания.

3. Исследовать П-образный LC-фильтр

3.1. Собрать схему (рисунок 50).

3.2. Номиналы индуктивности L1 и емкости С1 взять из расчетов п. 1.2. Номинал емкости С2 взять такой же, как у С1.

3.3. Наблюдать на экране осциллографа сигналы на выходе фильтра.

3.4. Определить по осциллографу амплитуду (или размах) пульсаций на выходе фильтра.

3.5. Вставить в отчет (документ Word) копии экранов осциллографа в момент измерения пульсаций на выходе фильтра, расчет экспериментального коэффициента сглаживания.

4. Исследовать электронный сглаживающий фильтр

4.1. Собрать схему (рисунок 51).

4.2. Номиналы емкостей С1 и С2 взять из п. 3.2. Номиналы резисторов R2 и R3, емкости С3 выбрать исходя из условий (16). Транзистор 2N3702.

4.3. Наблюдать на экране осциллографа сигналы на выходе фильтра.

4.4. Определить по осциллографу амплитуду (или размах) пульсаций на выходе фильтра.

4.5. Рассчитать экспериментальный коэффициент сглаживания.

4.6. Вставить в отчет (документ Word) копии экранов осциллографа в момент измерения пульсаций на выходе фильтра и расчет экспериментального коэффициента сглаживания.

Таблица 4

Задание на лабораторную работу №4

№ варианта
Амплитуда, В
Частота, Гц
Rн, кОм				5,1	5,1	7,5	1,0	5,1	5,1	5,1
Ксгл
Uдоп	0,1	0,2	0,5	0,1	0,25	0,5	1,0	0,2	0,5	1,0

№ варианта
Амплитуда, В
Частота, Гц
Rн, кОм				6,8	1,5	1,5	6,8	1,5	1,5	1,0
Ксгл
Uдоп	0,1	0,2	0,5	0,1	0,25	0,5	1,0	0,2	0,5	1,0

Контрольные вопросы

1. Назначение сглаживающих фильтров.

2. Коэффициенты пульсаций и сглаживания.

3. Определение экспериментального коэффициента пульсаций.

4. Определение экспериментального коэффициента сглаживания.

5. Емкостной и индуктивный фильтры.

6. Г-образный индуктивно-емкостный (LC) фильтр. Его недостатки и применение.

7. Г-образный реостатно-емкостный фильтр. Его недостатки и применение.

8. П-образный LC фильтр.

9. Электронные сглаживающие фильтры.

3.13. Лабораторная работа № 5.