Jaudas filtri

Dažādām elektroniskām ierīcēm ir nepieciešami sprieguma avoti, lai darbinātu līdzstrāvas ierīces. Izejas spriegums taisngrieži ir pulsējošs izskats. Tajā varat izvēlēties vidējo vai līdzstrāvas sprieguma komponentu un mainīgo komponentu, ko sauc par pulsācijas spriegumu vai izejas sprieguma pulsāciju.

Tādējādi pulsācija nosaka izejas sprieguma momentānās vērtības novirzi no vidējā un var būt gan pozitīva, gan negatīva. Spriegumu raksturo divi faktori: viļņu frekvence un amplitūda. Taisngriežos pulsācijas frekvence ir vai nu tāda pati kā ieejas sprieguma frekvence (pusviļņa taisngriežā) vai divreiz augstāka (pilna viļņa taisngriežā).

Pusviļņa taisngriežā izejas sprieguma iegūšanai tiek izmantots tikai viens ieejas sprieguma pusviļņs, un izejas spriegums ir vienvirziena pusviļņu veidā, ievērojot ieejas sprieguma frekvenci.

Pilna viļņa taisngriežos (gan nulles punkta, gan tilta) izejas sprieguma pusviļņus veido katrs ieejas sprieguma pusviļņs. Tāpēc viļņu frekvence šeit ir divreiz augstāka par to tīkla frekvence… Ja strāvas frekvence tīklā ir 50 Hz, tad pusviļņa taisngriežā viļņu frekvence būs tāda pati, bet pilna viļņa taisngriežā tā ir 100 Hz.

Taisngrieža izejas sprieguma pulsācijas amplitūda ir jāzina secībā. noteikt vidējā sprieguma komponenti izstarojošo taisngriežu izejā uzstādīto filtru efektivitāti. Šo amplitūdu parasti raksturo pulsācijas koeficients (Erms), kas tiek definēts kā izejas sprieguma mainīgās komponentes efektīvās vērtības attiecība pret tās vidējo vērtību (Edc):

r = Erms /Edc

Jo zemāks pulsācijas koeficients, jo augstāka ir filtra efektivitāte. Praksē bieži tiek izmantots arī pulsācijas koeficients, kas izteikts procentos:

(Erms /Edc)x100%.

Zemas caurlaidības filtrus parasti izmanto barošanas blokos. Šie filtri pāriet no ieejas uz izeju, gandrīz bez vājināšanās vai vājināšanās, signāli, kuru frekvences ir zem filtra robežfrekvences, un visas augstākās frekvences praktiski netiek pārraidītas uz filtra izeju.

Filtri ir izpildāmi rezistori, induktori un kondensatori… Filtru izmantošana barošanas blokos ir paredzēta, lai izlīdzinātu taisngrieža izejas sprieguma pulsāciju un izolētu sprieguma līdzstrāvas komponentu.

Strāvas padeves ierīcēs izmantotie filtri ir sadalīti divos galvenajos veidos:

• filtri ar kapacitatīvo ieeju,

• induktīvās ievades filtri.

Tiek izmantotas dažādas filtra elementu iekļaušanas kombinācijas, kurām ir dažādi nosaukumi (U-veida filtrs, L-veida filtrs utt.). Galvenā filtra tipu nosaka filtra elements, kas uzstādīts tieši pie taisngrieža izejas.

attēlā. 1a un 1b parāda galvenos filtru veidus. Pirmajā no tiem filtra kondensators ir savienots ar taisngrieža izeju un šuntē slodzi. Caur filtra kondensatoru tiek aizvērta taisngrieža maiņstrāvas komponenta galvenā daļa. Otrajā pie taisngrieža izejas ir pievienots filtra drosele, kas veido virknes ķēdi ar slodzi un novērš jebkādas strāvas izmaiņas šajā virknes ķēdē.

Rīsi. 1

Kapacitatīvās ieejas filtrs nodrošina augstāku izejas sprieguma līmeni nekā induktīvais ieejas filtrs, un induktīvais ieejas filtrs labāk samazina sprieguma pulsāciju. Tādējādi ir ieteicams izmantot kapacitatīvo ieejas filtru, ja nepieciešams lielāks barošanas spriegums, un induktīvo ieejas filtru, ja nepieciešama labāka līdzstrāvas izvades kvalitāte.

Kapacitatīvs ievades filtrs

Pirms apsvērt sarežģītu filtru darbību, ir jāsaprot vienkāršākā kapacitatīvā filtra darbība, kas parādīta attēlā. 2a. Taisngrieža izejas spriegums bez filtra uz displeja att. 2b, un filtra klātbūtnē - att. 2.c. Ja nav filtra kondensatora, spriegumam Rl ir pulsējošs raksturs. Šī sprieguma vidējā vērtība ir taisngrieža izejas spriegums.

Rīsi. 2

Filtra kondensatora klātbūtnē galvenā strāvas maiņstrāvas komponentes daļa tiek aizvērta caur kondensatoru, apejot slodzi Rl... Līdz ar izejas sprieguma pirmā pusviļņa parādīšanos filtra kondensators sāks uzlādēt pozitīvs gadījumā, spriegums uz tā mainīsies atbilstoši taisngrieža izejas spriegumam un pusperioda beigās sasniegs maksimālo vērtību.

Turklāt transformatora sekundārais spriegums pazeminās un kondensators sāk izlādēties caur R1, saglabājot pozitīvo spriegumu un strāvu slodzē augstākā līmenī, nekā tas būtu bez filtra.

Pirms kondensators var pilnībā izlādēties, rodas otrs pozitīvais sprieguma pusvilnis, atkal uzlādējot kondensatoru līdz maksimālajai vērtībai. Tiklīdz sekundārā tinuma spriegums sāk samazināties, kondensators atkal sāks izlādēties uz slodzi. Nākotnē kondensatora uzlādes un izlādes cikli mainās katrā pusciklā,

Kondensatora uzlādes strāva plūst caur transformatora sekundāro tinumu un šim pusciklam atbilstošu taisngrieža diožu pāri, un kondensatora izlādes strāva tiek slēgta caur slodzi Rl... Kondensatora pretestība pie tīkla frekvence ir maza salīdzinājumā ar Rl. Tāpēc strāvas mainīgā sastāvdaļa plūst galvenokārt caur filtra kondensatoru un praktiski plūst caur Rl D.C..

Induktīvā ieejas filtrs

Apsveriet induktīvo ievades filtru vai L-veida LC filtru. Tā iekļaušana taisngriežā un izejas sprieguma viļņu forma ir parādīta 3. attēlā.

Rīsi. 3

Seriālais savienojums filtra drosele (L) ar slodzi kavē strāvas izmaiņas ķēdē. Izejas spriegums šeit ir mazāks nekā ar kapacitatīvo ieejas filtru, jo drosele veido virknes savienojumu ar pretestību, ko veido paralēls slodzes un filtra kondensatora savienojums. Šāds savienojums nodrošina labu sprieguma viļņa izlīdzināšanu, kas darbojas filtra ieejā, uzlabojot pastāvīgā izejas sprieguma kvalitāti, lai gan tas samazina tā vērtību.

Taisngrieža izejas sprieguma maiņstrāvas komponents ir gandrīz pilnībā izolēts no droseles induktivitātes, un vidējais komponents ir barošanas izejas spriegums. Droseles klātbūtne noved pie tā, ka taisngrieža diožu vadīšanas stāvokļa ilgums šeit, atšķirībā no taisngrieža ar kapacitatīvo filtru, ir vienāds ar pusi no perioda.

Droseles pretestība (L) samazina pulsācijas sprieguma vērtību, jo tā neļauj droseles strāvai pieaugt, kad taisngrieža izejas spriegums ir lielāks par slodzes spriegumu, kā arī neļauj strāvai samazināties, ja taisngrieža izejas spriegums ir mazāks. nekā vidējā vērtība.Tādēļ strāva slodzē darbības periodā ir praktiski nemainīga, un viļņu spriegums nav atkarīgs no slodzes strāvas.

Daudzsekciju induktīvi kapacitatīvs filtrs

Izejas sprieguma filtrēšanas kvalitāti var uzlabot, savienojot vairākus filtrus virknē. attēlā. 4 parāda divpakāpju LC filtru un aptuveni parāda sprieguma viļņu formas dažādos filtra punktos attiecībā pret kopējo punktu.

Rīsi. 4

Lai gan šeit ir parādīti divi sērijveidā savienoti LC filtri, savienojumu skaitu var palielināt. Savienojumu skaita palielināšana noved pie pulsācijas samazināšanās (un filtri ar daudziem savienojumiem tiek izmantoti tieši tad, kad nepieciešams iegūt minimālu izejas sprieguma pulsāciju), taču tas samazina stabilizatoru stabilitāti ar šādiem filtriem. Turklāt, palielinoties savienojumu skaitam, palielinās pretestība, kas savienota virknē ar barošanas avotu, kas izraisa izejas sprieguma izmaiņu palielināšanos, mainoties slodzes strāvai.

U veida filtrs

attēlā. 5. attēlā ir parādīts U formas filtrs, ko tā sauc, jo tā grafiskais attēlojums atgādina burtu P. Tas ir kapacitatīvo un L formas LC filtru kombinācija.

Rīsi. 5

Rezistors R, kas ir pievienots filtra izejai, gandrīz vienmēr atrodas barošanas blokos un nav obligāts slodzes pretestība… Tā mērķis ir divējāds.

Pirmkārt, tas nodrošina kondensatoru izlādes ceļu, ja tīkla spriegums tiek pārtraukts, un tādējādi novērš elektriskās strāvas trieciena iespēju apkalpojošajam personālam.

Otrkārt, tas nodrošina papildu slodzi barošanas blokam pat tad, kad ārējā slodze ir izslēgta un tādējādi stabilizē izejas sprieguma līmeni. Šo rezistoru var izmantot arī kā elementu pretestības sprieguma dalītājs papildu izvadiem.

U veida filtrs ir filtrs ar kondensatora ieeju, kas papildināts ar L formas savienojumu.Galveno filtrēšanas darbību veic kondensators C1, kas tiek uzlādēts caur vadošajām diodēm un izlādējies caur L un R... Tāpat kā parastajam filtram ar kapacitatīvo ieeju, kondensatora uzlādes laiks ir ievērojami īsāks nekā izlādes laiks. .

Drosele L izlīdzina strāvas viļņus, kas plūst caur kondensatoru C2, nodrošinot papildu filtrēšanu. Spriegums pāri kondensatoram C2 ir izejas spriegums. Lai gan tā vērtība ir nedaudz mazāka nekā barojot ar parasto kapacitatīvo filtru, izejas sprieguma pulsācija ir ievērojami samazināta.

Pat ja mēs pieņemam, ka kondensators C1 caur taisngrieža vadošajām diodēm tiek uzlādēts līdz ieejas maiņstrāvas sprieguma amplitūdas vērtībai un pēc tam izlādējies caur R, kondensatora C2 spriegums būs mazāks nekā C1, jo drosele L, kas novērš jebkādas slodzes strāvas izmaiņas, atrodas kondensatora C1 izlādes ķēdē un kopā ar C2 un R veido sprieguma dalītāju.

Kondensatoru C1 un C2 uzlādes strāva iet caur transformatora sekundāro tinumu un taisngrieža vadošajām diodēm. Tāpat, uzlādējot C2, šī strāva plūst caur droseli L... Kondensators C1 izlādējas caur virknē savienotiem L un R, un C2 izlādējas tikai caur pretestību R. Ieejas kondensatora C1 izlādes ātrums ir atkarīgs no pretestības vērtības. R.

Kondensatoru izlādes laika konstante ir tieši proporcionāla R vērtībai... Ja tā ir augsta, tad kondensatori nedaudz izlādējas un izejas spriegums ir augsts.Pie zemākām R vērtībām izlādes ātrums palielinās un izejas spriegums samazināsies, jo R samazināšana nozīmē kondensatora izlādes strāvas palielināšanu. Tādējādi, jo mazāka ir kondensatora izlādes laika konstante, jo zemāka ir izejas sprieguma vidējā vērtība.

U-veida C-RC filtrs

Atšķirībā no tikko aplūkotā filtra U-veida C-RB C-filtrā starp abiem kondensatoriem droseļvārsta vietā ir pievienots rezistors R.1 kā parādīts attēlā. 6.

Galvenās atšķirības un filtra veiktspēju nosaka atšķirīgā droseles reakcija un maiņstrāvas pretestība. Iepriekšējā gadījumā induktora L un kondensatora C2 pretestības ir tādas, ka to veidotais sprieguma dalītājs nodrošina salīdzinoši labāku izejas sprieguma izlīdzināšanu.

attēlā. 6, gan līdzstrāvas, gan maiņstrāvas komponenti no taisnās strāvas caur R1. Sakarā ar sprieguma kritumu pāri R1 no līdzstrāvas komponenta, izejas spriegums samazinās un jo lielāka ir strāva, jo lielāks ir šis sprieguma kritums. Tāpēc C-RC filtru var izmantot tikai ar zemu slodzes strāvu. Tāpat kā induktīvi-kapacitatīvo filtru gadījumā, ir iespējams izmantot filtru ķēžu daudzlīmeņu savienojumu.

Rīsi. 6

Filtru izvēle jebkurā gadījumā nav viegla problēma, taču jebkurā gadījumā jums ir jāsaprot to mērķis un darbības principi, jo tie lielā mērā nosaka barošanas bloku pareizu darbību.