Электроника и микропроцессорная техника. Сглаживающие фильтры

1.

Лекция по курсу: Электроника и
микропроцессорная техника
Кафедра: Информационноизмерительной техники
Лектор: Константинов
Владимир Игорьевич
Сглаживающие фильтры
Основным функциональным назначением сглаживающих фильтров
является снижение коэффициента пульсаций выпрямленного
напряжения.
Под коэффициентом пульсаций (q) при этом понимается отношение
амплитуды первой гармоники переменной составляющей напряжения к
его постоянной составляющей ( среднему значению) (q=U~/U=).

2.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения
При двухполупериодном выпрямлении нормированное
напряжение (с единичной амплитудой) имеет вид
периодической функции синуса с периодом π радиан.
Такая функция может быть разложена в ряд Фурье как
U(t) = Umax(2/ π – (4/3 π)cos(2ꞷt)-(4/15 π)cos(4 ꞷt)-…).
Как видно из разложения среднее значение нормированного
напряжения составляет 2/ π , а амплитуда первой гармоники
4/3 π. Таким образом коэффициент пульсаций определится
как q=U~/U- = (4/3 π)/(2/ π ) = 2/3 = 0.666(6).
Эффективность сглаживающих фильтров принято
характеризовать коэффициентом сглаживания S, который
определяется отношением коэффициентов пульсаций
напряжения на входе и выходе фильтра.
S=q(вх)/q(вых).
В качестве элементов сглаживающих фильтров принято
использовать реактивные накопители энергии – конденсаторы
и дроссели.
2

3.

Действие конденсатора, как элемента сглаживающего фильтра,
сводится к тому, что благодаря своему емкостному реактивному
сопротивлению, он обладает очень большим сопротивлением для
постоянных составляющих токов и напряжений и очень малым
сопротивлением для их переменных составляющих. Поэтому в схемах
сглаживающих фильтров конденсаторы устанавливаются в цепи
параллельно нагрузке. При этом постоянные составляющие токов и
напряжений не протекая через конденсатор выделяются в нагрузке, а
переменные составляющие замыкаются через него не попадая в
нагрузку.
Действие дросселя, как элемента сглаживающего фильтра, сводится к
тому,
что
благодаря
своему
индуктивному
реактивному
сопротивлению, он обладает очень большим сопротивлением для
переменных составляющих токов и напряжений и очень малым
сопротивлением для их постоянных составляющих. Поэтому в схемах
сглаживающих фильтров дроссели устанавливаются в цепи
последовательно с нагрузкой. При этом переменные составляющие
токов и напряжений выделяются на индуктивном сопротивлении
дросселя, а постоянные составляющие не ощущая воздействия
индуктивного сопротивления дросселя попадают в нагрузку.
3

4.

Типовые схемы сглаживающих LC фильтров
Простейшие однозвенные фильтры
Г образный L-C фильтр
4

5.

Коэффициент сглаживания Г образного L-C фильтра
Учитывая, что постоянная составляющая входного напряжения
пройдет на выход без изменения (конденсатор представляет
собой разрыв, а дроссель - короткое замыкание), коэффициент
сглаживание определится степенью ослабления переменной
составляющей на выходе фильтра.
Zl=jwL; Zc=1/jwC, тогда
U вых = U вх * (1/jwC)/(jwL+1/jwC) = U вх * 1/(1-LCw**2),
Учитывая что для обеспечения сглаживания LCw**2»1
S= LCw**2-1
Многозвенные LC фильтры
5

6.

Для увеличения результирующего коэффициента сглаживания
фильтры могут включаться последовательно, при этом
результирующий коэффициент сглаживания определяется
суммой коэффициентов сглаживания составляющих фильтров.
Особенности работы выпрямителя на нагрузку с емкостным
сглаживающим фильтром.
6

7.

7