Сглаживающие фильтры

Для большинства устройств пульсация питающего напряжения нежелательна, и для уменьшения ее применяют различные сглаживающие фильтры. Простейший фильтр – это конденсатор достаточно большой емкости, подключенный параллельно сопротивлению нагрузки:

Рис. 2.

Быстрота зарядки и разрядки конденсатора определяется произведением его емкости на сопротивление цепи зарядки или разрядки (см.работу № 5). За время воздействия положительной полуволны (от 0 до t₁) конденсатор достаточно быстро заряжается через малое прямое сопротивление диода и внутреннее сопротивление источника напряжения (у идеального источника напряжения внутреннее сопротивление равно нулю) почти до амплитудного значения переменного напряжения Е. В момент t₁ диод оказывается включенным в обратном направлении, и конденсатор достаточно медленно разряжается через сравнительно большое сопротивление нагрузки (до момента t₂), далее диод открывается и конденсатор подзаряжается и т.д. Очевидно, что чем больше емкость конденсатора и сопротивление нагрузки, тем больше постоянная составляющая U_СРЕД и меньше амплитуда напряжения пульсаций U_П.

В качестве фильтра в случае чисто активной (омической) нагрузки можно использовать также включенную последовательно с нагрузкой катушку с большой индуктивностью (дроссель). Дроссель с нагрузкой образуют частотно-зависимый делитель напряжения. Для постоянной составляющей сопротивление дросселя равно относительно малому активному сопротивлению провода обмотки R_ОБМ, а для переменного напряжения пульсаций сопротивление дросселя R_L = wL, где w –циклическая частота пульсаций (ω = 2πν,где ν – частота пульсаций), L –индуктивность дросселя. Если выполняется соотношение R_ОБМ << R_Н << R_L, то почти все напряжение постоянной составляющей приходится на нагрузку, а почти все напряжение пульсаций падает на дросселе. Если же R_ОБМ сравнимо с R_Н , то часть энергии, поступающей от выпрямителя, бесполезно теряется на нагрев обмотки дросселя. Чем больше сопротивление нагрузки при постоянной индуктивности дросселя, тем меньше потери энергии, но и тем больше напряжение пульсаций на нагрузке.

Часто применяют Г-образный сглаживающий фильтр:

Рис.3

Для эффективной работы фильтра (подавления пульсаций подаваемого на фильтр выпрямленного напряжения U_ВХ ) необходимо, чтобы сопротивление дросселя было много больше сопротивления конденсатора, т.е. ωL_Ф >>1/(ωC_Ф.) При большом сопротивлении нагрузки для уменьшения габаритов фильтра в данной схеме часто вместо дросселя используют сопротивление.

Эффективность работы фильтра можно характеризовать коэффициентом подавления К_П , равным отношению величин пульсаций на входе и выходе фильтра.

Следует отметить, что форма выпрямленного напряжения сильно отличается от синусоидальной.