В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Временные диаграммы тока и напряжений двухполупериодного мостового выпрямителя с емкостным фильтром (рис. 5.5, в ) приведены на рис. 5.5, г .

Рис. 5.5. Схемы ёмкостных фильтров с однололупериодным ( а) и мостовым ( в) выпрямителями, временные диаграммы напряжений и токов однополупериодного ( б) и мостового ( г) выпрямителей с ёмкостным фильтром

Анализ временных диаграмм показывает, что с изменением емкости конденсатора С фили сопротивления нагрузочного резистора R Hбудет изменяться значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения. При этом чем меньше разрядится конденсатор, тем меньше будут пульсации в выпрямленном токе i н. Разряд конденсатора С фопределяется постоянной времени разрядки τ разр= С ф R н. При постоянной времени τ разр>= 10 Ткоэффициент пульсаций определяется по формуле

где f oсн— частота основной гармоники, не превышает 10 2.

Работа выпрямителя с емкостным фильтром существенно зависит от изменения нагрузочного тока. Действительно, при увеличении тока i н, что происходит при уменьшении сопротивления R н, постоянная времени τ разруменьшается, уменьшается и среднее значение выпрямленного напряжения U н. сp, а пульсации возрастают.

При использовании емкостного фильтра следует учитывать, что максимальное значение тока диода i aопределяется лишь сопротивлениями диода R при вторичной обмотки трансформатора, поэтому оно может достигать значений, больших I пр. max. Такой большой ток может вывести из строя диод. Для предотвращения этого последовательно с диодом необходимо включать добавочный резистор. Кроме того, следует учитывать, что напряжение U обр. max, прикладываемое к диоду, в два раза превышает U 2m, так как в момент времени, когда диод заперт, напряжения на конденсаторе и на вторичной обмотке трансформатора складываются.

Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором R нпри мощности Р нне более нескольких десятков ватт.

5.2.2. Г-образные фильтры

Г-образные фильтры являются простейшими многозвенными фильтрами. Этот фильтр может быть LC-типа (рис. 5.6, а ) или RC-типа (рис. 5.6, б ). Их применяют тогда, когда с помощью однозвенных фильтров не выполняется предъявляемое к ним требование с точки зрения получения необходимых коэффициентов сглаживания. Эти фильтры, являясь более сложными по сравнению с однозвенными, обеспечивают значительно большее уменьшение коэффициента пульсаций. Снижение пульсаций LC-фильтром объясняется совместными действиями катушки индуктивности и конденсатора. Снижение переменных составляющих выпрямленного напряжения обусловлено как сглаживающим действием конденсатора С ф, так и значительным падением переменных составляющих напряжения на дросселе L ф.

Рис. 5.6. Схема Г-образных LC-фильтра ( а) и RC-фильтра ( б)

В то же время постоянная составляющая напряжения на нагрузочном резисторе не уменьшается, так как отсутствует сколько-нибудь значительное падение напряжения этой составляющей на очень малом активном сопротивлении дросселя. С учетом рекомендаций по выбору значений С фи L ф, выражение для коэффициента сглаживания LC-фильтра можно записать в виде:

q= ω 2 осн∙ L ф∙ C ф— 1 (5.10)

Оно позволяет рассчитать параметры этого фильтра по заданному значению коэффициента сглаживания:

L ф∙ C ф = ( q+ 1)/ ω 2 осн (5.10, a )

В расчетах по формуле (5.10, а ) одним из параметров (индуктивностью или емкостью) элементов фильтра задаются исходя из габаритов, массы и стоимости элементов.

В маломощных выпрямителях, у которых сопротивление нагрузочного резистора составляет несколько килоом, вместо дросселя L фвключают резистор R ф(рис. 5.6, б), что существенно уменьшает массу, габариты и стоимость фильтра. При выборе Х Cф << R фна резисторе R фсоздается значительно большее падение напряжения от переменных составляющих выпрямленного тока, чем на резисторе R н. Если выбрать значение R физ соотношения R н/( R н+ R ф) = 0,5…0,9, то падение постоянной составляющей напряжения на резисторе R фбудет минимальным. В итоге доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении по отношению к постоянной составляющей на нагрузочном резисторе R нзначительно уменьшается. Коэффициент сглаживания для Г-образного RC-фильтра определяется из выражения: