Выпрямители. Часть 2. Сглаживающие фильтры. Фильтр схема

Сглаживающие фильтры: схемы, диаграммы, принцип работы

Выпрямленное напряжение имеет существенные пульсации, поэтому широко используют сглаживающие фильтры − устройства, уменьшающие эти пульсации. Важнейшим параметром сглаживающего фильтра является коэффициент сглаживания S. По определению S = ε1 / ε2, причем ε1 и ε2 определяют как коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра соответственно.

Для емкостного фильтра, у которого вход и выход фактически совпадают, под ε1 понимают коэффициент пульсаций до подключения фильтра, а под ε2 — коэффициент пульсаций после его подключения. Коэффициент сглаживания показывает, во сколько раз фильтр уменьшает пульсации. На выходе фильтра напряжение оказывается хорошо сглаженным, а коэффициент пульсаций может иметь значения в диапазоне 0,001 …. 0,00003.

Простейшим фильтром является емкостной фильтр (С-фильтр). Рассмотрим его работу на примере однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 2.78). Емкостной фильтр подключают параллельно нагрузке (рис. 2.78, а).

На отрезке времени t1 … t2 диод открыт и конденсатор заряжается (рис. 2.78, б). На отрезке t2 … t3 диод закрыт, источник входного напряжения отключен от конденсатора и нагрузки. Разряд конденсатора характеризуется экспонентой с постоянной времени t = RhC. ток через диод протекает только часть полупериода (отрезок t1 … t2). Чем короче отрезок t1 … t2, тем больше амплитуда тока диода при заданном среднем токе нагрузки. Если емкость С очень велика, то отрезок t1 … t2 оказывается очень малым, а амплитуда тока диода очень большой, и диод может выйти из строя. Такой фильтр широко используется в маломощных выпрямителях; в мощных выпрямителях он используется редко, так как режим работы диода и соответствующих электрических цепей (к примеру, обмоток трансформатора) достаточно тяжел.

В качестве фильтра можно использовать и индуктивность. Легко доказать, что индуктивный фильтр (L-фильтр) практически не дает полезного эффекта в однофазном однополупериодном выпрямителе. Рассмотрим работу индуктивного фильтра на примере однофазного мостового выпрямителя. Индуктивный фильтр включают последовательно с нагрузкой (рис. 2.79, а). Часто используют катушку индуктивности (реактор) на магнитном сердечнике с зазором. Предположим, что постоянная времени T, определяемая выражением T= L/Rh, достаточно велика (как это обычно бывает на практике). Тогда ток нагрузки оказывается практически постоянным (рис. 2.79, б). Такой фильтр широко используется в выпрямителях, особенно мощных. Режим работы диодов (и соответствующих электрических цепей) не является тяжелым.

Н а практике используют также следующие типы фильтров (рис. 2.80): индуктивно-емкостной или Г-образный LC-фильтр (а), Г-образный RС-фильтр (б), П-образный LС-фильтр (в), П-образный RС-фильтр (г). Обычно Г- и П-образные RC-фильтры применяются только в маломощных схемах, так как они потребляют значительную долю энергии. На практике применяют и другие, более сложные фильтры.

Рассмотрим внешние характеристики выпрямителей с фильтрами.Внешняя характеристика— это зависимость среднего значения выходного напряжения (напряжения на нагрузке) от среднего значения выходного тока (тока нагрузки). При увеличении выходного тока выходное напряжение уменьшается из-за увеличения падения напряжения на обмотках трансформатора, диодах, подводящих проводах, элементах фильтра.

Рассмотрим типичные внешние характеристики (рис. 2.81), которые получают, изменяя сопротивление нагрузки, подключенное к выходу фильтра. Наклон внешней характеристики при том или ином токе 1ср характеризуют выходным сопротивлением Rвыx, которое определяется выражением Rвыx = | dUср/dIср|Iср − заданный

Чем меньше величина Rвыx, тем меньше выходное напряжение зависит от выходного тока, что обычно и требуется.

Как следует из рис. 2.81, выпрямитель с RC-фильтром характеризуется повышенным выходным сопротивлением. Здесь отрицательную роль играет резистор фильтра.

pue8.ru

Схема сетевого фильтра | Микросхема

Сетевые фильтры стали неотъемлемым обязательным аксессуаром оргтехники и некоторой бытовой техники и приборов. Вообще сетевой фильтр, прежде всего, должен представлять собой устройство, которое призвано защищать цепи питания компьютеров, периферии и другой электронной аппаратуры от ВЧ и импульсных помех, скачков напряжения, возникающих в результате коммутации и работы промышленного оборудования. Это основные задачи устройств, носящих название сетевой фильтр. Как бы он ни выглядел, в какой бы корпус его ни запихал производитель, какой бы прочей эргономичности не придумали, главное, чтобы все это внешнее изящество не затмило основных задач. А сегодня можно наблюдать, к сожалению, совершенно иную картину. Производители подобных устройств не задумываются об их функциях, берут простейшую электрическую схему сетевого фильтра, состоящую из двух дросселей и двух конденсаторов, суммарная стоимость которых копейки и камуфлирует это под красивый дизайн. Для примера:

Или:

Причем стоимость такого аксессуара под названием сетевой фильтр немаленькая. В итоге, мы покупаем обычный сетевой удлинитель в красивой обертке. При всем этом показатель цены, что якобы, чем дороже, тем лучше и качественней, в данной ситуации значения не имеет. Этим введением мы хотим показать и раскрыть суть вопроса о сетевых фильтрах. Отчасти это ещё и ответ на комментарий уважаемого радиолюбителя в публикации простейшей схемы сетевого фильтра. Конечно, мы согласны, что начинка очень даже влияет на стоимость. Но всё дело в нерадивых производителях сетевых фильтров, которые не хотят «заморачиваться» над их содержимым, не пытаются разрабатывать принципиально новые электрические схемы для улучшения эффективности. Поэтому многие опытные радиолюбители для ежедневных нужд проектируют схемы сетевых фильтров сами. И качество получается на высоте, и надёжность, и собираются в основном из подручных радиокомпонентов, что сводит затраты к минимуму, и приобретается дополнительный радиотехнический опыт. Также стоит заметить, что в большинстве случаев схемы сетевых фильтров входят в состав более сложных схем сетевых стабилизаторов напряжения, о которых мы неоднократно упоминали на страницах радиолюбительского сайта.

Сегодня мы опубликуем несколько электрических схем и их описаний, по которым вам не составит особого труда изготовить сетевой фильтр своими руками, по функциональности и характеристикам превосходящий покупной. На рисунке ниже приведена электрическая схема сетевого фильтра, предназначенного для защиты питаемого устройства от внешних помех (за это отвечает цепочка C3C4C5C7L1) и импульсных выбросов сети (варистор R5 с характеристическим напряжением 275 вольт). Приведенная схема также защищает сеть от помех, создаваемых питаемым устройством.

Дроссель L1 имеет индуктивность магнитосвязанных встречно включенных электрически изолированных половинок 5,6 мГн. Светодиод D4 светится в рабочем состоянии, а D2 – только при перегорании плавкого предохранителя F1. По сути, схема этого сетевого фильтра является модернизированным вариантом простейшей электрической схемы устройства.

Собранный по следующей схеме универсальный фильтр не пропускает высокочастотные сетевые помехи как в питающий прибор, так и обратно в электрическую сеть.

В фильтре используются конденсаторы С1…С4, С9…С12 - КПБ - 0,022 мкФ - 500 вольт, С5…С8, С13, С14 - КТП-3 - 0,015 мкФ - 500 вольт (керамические, красного цвета, с резьбой М8 - 0,75). Неоновая лампочка VL1 служит обычным индикатором работы. Дроссели Др1 и Др1′ намотаны обычным двойным сетевым проводом в изоляции на семи, сложенных вместе плоских ферритовых стержнях для магнитной антенны. Общее сечение магнитопровода 4,2 см2. Стержни плотно уложены друг на друга и обмотаны тремя слоями лакоткани. Поверх нее намотана обмотка, содержащая 7 витков провода. Получившийся элемент больше похож на проходной трансформатор, чем на дроссель. Дроссели Др2, Др2′ (на керамических стержнях диаметром 12 мм и длиной 115 мм до полного заполнения), Др3 и Др3′ (бескаркасные, содержат по 9 витков, намотаны с шагом для уменьшения межвитковой емкости и лучшей защиты от самых высокочастотных наводок на оправке диаметром 10 мм и длиной 41 мм) намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 1,5 мм. Максимальный ток для дросселей равен: Imax=d2 * плотность тока(4…6) / 1,28 = 1,52*4,5/1,28=7,91 ампер. Отсюда мощность равна P=220*7,91=1740 ватт. Конструктивно, что показано ниже на рисунке, сетевой фильтр собран в трех экранированных секциях, которые помещаются в металлический корпус 190х190х70 мм. Дроссели, находящиеся в соседних секциях, соединяются через проходные конденсаторы, установленные на вертикальных перегородках. Крепятся дроссели с помощью стоек из оргстекла толщиной 10 мм, в которых просверливают отверстия нужного диаметра.

Итак, с этим универсальным фильтром все, надеемся, понятно. Защита включает в себя и НЧ, и СЧ, и, наконец, ВЧ фильтрацию.

Далее рассмотрим знакомые большинству потребителей схемы сетевых фильтров Pilot. Они приведены ниже на рисунках.

Первая примитивная схема – Pilot L с максимальным током до 10 ампер.

Вторая схема более эффективная, от этого и соответствующее название сетевого фильтра производителем – Pilot Pro, максимальный ток которого также 10 ампер; но по существу тоже примитивная.

На последнем рисунке изображена электрическая схема фильтра APC E25-GR. Она идентична схеме Pilot Pro. Главное отличие в том, что вместо конденсатора 1 мкФ x 250 В установлен конденсатор 0,33 мкФ x 275 В и в качестве сердечника у катушек вместо воздуха используется ферритовый стержень. У каждой катушки свой. Оси катушек расположены под углом 90 градусов.

Также стоит сказать, что непосредственно в схемах самих блоков питания компьютера есть, хоть и примитивные, но все-таки сетевые фильтры, схемы которых как раз и копируют большинство нерадивых производителей.

Итак, кроме рассмотренной нами ранее универсальной (а пока только она, как вы, наверно, поняли, заслуживала внимания) мы вплотную подошли к эксклюзивной схеме сетевого фильтра. Функциональную схему работы устройства можно отразить на следующих диаграммах. Т.е. на них показано прохождение переменного тока через функциональные узлы и блоки фильтра, сглаживание посторонних разнородных помех и выделение на выход «чистого» напряжения.

Более детально это можно представить так:

Для реализации поставленных задач отлично справляются сетевые фильтры, собранные по схемам ниже:

Последний рассчитан для питания не только аналоговых приборов, но и цифровой техники.

В схемах можно применять варисторы типа CNR14D221 (S14K140) 220В, 60 Дж или JVR-14N221K (S14K140) 220В или FNR-14K221 220В, 40 Дж. В качестве катушек-дросселей можно применить вот такие уже готовые – скачать. В качестве конденсаторов подавления электромагнитных помех подойдут так называемые Y конденсаторы, которые подключаются между фазой и нейтралью, эффективны при подавлении асимметричной (дифференциальной) помехи.

Подытожим, что две последние, а также универсальная схема сетевого фильтра наиболее предпочтительны. В заключение для интереса приведу стандарты сети электропитания стран мира. Приведены значения напряжения и частоты бытовой электросети различных государств, а также показан внешний вид сетевых разъемов, применяемых для подключения электроприборов.

А вообще, если вы приобрели или собрали сетевой фильтр своими руками, проверить его эффективность можно, подключив к одной розетке, например, системный блок и радиоприёмник. Но до этого стоит проверить их «совместимость» без фильтра. Если при применении сетевого фильтра уровень помех, доносящихся из динамика радиоприемника, становится заметно меньше или вообще пропадает, то устройство выполняет свои непосредственные задачи. И напоследок. Если вы все-таки покупаете готовый сетевой фильтр, то обращайте внимание на устройства, прошедшие испытания по ГОСТ Р 53362-2009, который заменяет предыдущий ГОСТ Р 50745-99.

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: полезно собрать

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Стабилизатор сетевого напряженияУНЧ на микросхеме TDA7293

xn--80a3afg4cq.xn--p1ai

Сглаживающие фильтры | HomeElectronics

Всем доброго времени суток. Сегодня продолжение темы про выпрямители и поговорим мы о сглаживающих фильтрах выпрямителей. Сглаживающие фильтры включаются между выпрямителем и нагрузкой для уменьшения переменных составляющих (пульсаций) выпрямленного напряжения. Эти фильтры выполняются из индуктивных элементов – дросселей и из ёмкостных элементов – конденсаторов. Простейший сглаживающий фильтр может состоять только из одного элемента, например дросселя или конденсатора. В малогабаритной аппаратуре сравнительно малой мощности индуктивные элементы фильтра могут быть заменены активными (резисторами).

Сглаживающие фильтры, прежде всего, характеризуются коэффициентом сглаживания q, представляющим собой отношение коэффициентов пульсаций на входе S0 и выходе S0H фильтра:

Индуктивный сглаживающий фильтр

Применяется в маломощных выпрямителях, но может входить в состав сложных многозвенных фильтров. Параметры дросселя следует выбирать так, чтобы активное сопротивление обмотки rдр было много меньше сопротивления нагрузки (rдр << Rн), а индуктивное сопротивление Xдр = 2πfпLф на частоте пульсаций fп – много больше, чем Rн(Xдр >> Rн). В этом случае почти вся постоянная составляющая напряжения будет приложена к нагрузке, а переменная составляющая – к дросселю.

 

По заданному коэффициенту сглаживания q можно рассчитать необходимую индуктивность сглаживающего фильтра

Индуктивный фильтр прост, дешев, имеет малые потери мощности; коэффициент сглаживания фильтра растёт с увеличением индуктивности дросселя, числа фаз питающего напряжения и с уменьшением сопротивления нагрузки. Поэтому индуктивные фильтры обычно применяются совместно с многофазными мощными выпрямителями. При отключении нагрузки или скачкообразном изменении ее сопротивления возможно возникновение перенапряжений; в этом случае параллельно обмотке дросселя необходимо включать защитные устройства, например разрядники. В маломощных однофазных выпрямителях индуктивный фильтр может являться звеном более сложного фильтра.

Eмкостной сглаживающий фильтр

Емкостной сглаживающий фильтр состоит из конденсатора Сф, подключённого параллельно сопротивлению нагрузки Rн. Принцип действия заключается в накоплении электрической энергии конденсатором фильтра и последующей отдачи этой энергии в нагрузку. Заряд и разряд конденсатора фильтра происходит с частотой пульсаций fп выпрямленного напряжения.

 

Для расчёта ёмкости конденсатора сглаживающего фильтра можно воспользоваться следующей формулой

, где

результируещее значение ёмкости выражено в микрофарадах,SOH – коэффициент пульсаций в процентах, %;RH – сопротивление нагрузки в омах, Ом;fc – частота сети в герцах, Гц;m – число используемых при выпрямлении полупериодов за период напряжения сети,m = 1 – для однополупериодных, m = 2 – для двухполупериодных.

Емкостной фильтр целесообразней всего применять совместно с однофазными и маломощными схемами выпрямления.

Сглаживающий LC фильтр

Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения будет более эффективным, если в совместить два предыдущих фильтра: индуктивный и емкостной фильтры. Данные типы сглаживающих фильтров называют LC фильтрами

Простейший Г-образный индуктивно-емкостный фильтр рассчитывают такким образом, чтобы параметры элементов подходили под следующие условия

Коэффициент сглаживания Г-образного фильтра связан с произведением индуктивности и емкости следующим образом:

Сглаживающие RC фильтры

В схемах выпрямления малой мощности дроссель фильтра может быть заменён резистором RФ. Такие типы фильтров называют RC фильтрами

Расчёт сглаживающего RC фильтра должен вестись с учётом следующих условий

Коэффициент сглаживания фильтра

Сопротивление резистора RФ обычно задаются в пределах RФ = (0,15…0,5)RH; КПД резистивно-емкостного фильтра сравнительно мал и обычно составляет 0,6…0,8, причем при ηф = 0,8 RФ = 0,25RH. Емкость Cф (в микрофарадах), обеспечивает требуемый коэффициент сглаживания q при частоте сети fC = 50 Гц, находят из выражения

Преимущества резистивно-емкостных фильтров: малые габариты, масса и стоимость; недостаток – низкий КПД.

Многозвенные сглаживающие фильтры

Если с помощью индуктивно-емкостного фильтра необходимо обеспечить коэффициент сглаживания пульсаций более 40…50, то вместо однозвенного фильтра целесообразнее использовать двухзвенный сглаживающий фильтр.

Фильтры с тремя и более звеньями на практике применяются редко. В общем случае коэффициент сглаживания многозвенного фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания отдельных звеньев: q = q’q’’q’’’ …

Сглаживающие индуктивно-емкостные фильтры достаточно просты и эффективны в выпрямительных устройствах средней и большой мощностей. Однако масса и габариты таких фильтров весьма значительны, коэффициент сглаживания снижается с ростом тока нагрузки, фильтры малоэффективны при появлении медленных изменений сетевого напряжения. Индуктивные элементы фильтра являются источниками магнитных полей рассеяния, а совместно с паразитными емкостными элементами создают колебательные контуры, способствующие появлению переходных процессов.

Транзисторный сглаживающий фильтр

Транзисторные фильтры по сравнению с индуктивно-емкостными сглаживающими фильтрами имеют меньшие габариты, массу и более высокий коэффициент сглаживания пульсаций.

Фильтры могут быть выполнены по схемам с последовательным или параллельным включением силового транзистора по отношению к сопротивлению нагрузки, а также с включением нагрузки RH в цепь коллектора или эмиттера транзистора. Недостатком фильтров с нагрузкой в цепи коллектора является большое изменение выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки. Поэтому чаще используют фильтры, в которых сопротивление нагрузки включено в цепь эмиттера силового транзистора.

Фильтр с последовательным транзистором

Транзисторный сглаживающий фильтр с последовательным включением транзистора и нагрузкой в цепи эмиттера эквивалентен П-образному LC фильтру. Принцип действия его основан на том, что коллекторный и эмиттерный токи транзистора в режиме усиления практически не зависит от напряжения коллектор-эмиттер. Если выбрать рабочую точку транзистора на горизонтальном участке выходной вольт-амперной характеристики, то его сопротивление для переменного тока будет значительно большим, чем для постоянного тока.

Транзисторный фильтр

В схеме базовый ток транзистора VT задается резистором Rб. Конденсатор Сб достаточно большой емкости устраняет напряжение пульсаций на переходе эмиттер-база. Поэтому переменная составляющая напряжения пульсаций прикладывается к переходу база-коллектор и выделяется на транзисторе VT. В коллекторном и эмиттерном токе переменная составляющая практически отсутствует, поэтому пульсации в нагрузке RH также очень малы.

Коэффициент сглаживания транзисторного фильтра тем больше, чем больше коэффициент передачи тока транзистора VT и чем больше значение отношений

 

то есть чем меньше напряжение пульсаций на переходе эмиттер-база силового транзистора.

Составной транзистор

Для более успешного выполнения этих соотношений конденсатор Сб может быть заменён одно- или двухзвенным RC сглаживающим фильтром, а для увеличения коэффициента передачи тока транзистор VT можно выполнить составным

Транзисторный фильтр со стабилитроном

Еще эффективней работает транзисторный фильтр, у которого в цепь базы транзистора включен стабилитрон

Коэффициент полезного действия транзисторного фильтра будет тем больше, чем меньше падание постоянного напряжения на силовом транзисторе. Однако амплитуда переменной составляющей напряжения на транзисторе не должна превышать значение постоянного напряжения на нём, иначе фильтр потеряет свою работоспособность.

Фильтр с параллельным транзистором

Фильтр с балластным резистором и параллельным включением транзистора  Фильтр с балластным резистором и последовательным включением транзистора

Транзисторные фильтры с балластным резистором Rбл и параллельным включением транзистора относительно нагрузки, в отличие от схем с последовательным включением, применяется при сравнительно небольшом выпрямленном напряжении (десятки вольт). Режим работы транзистора VT – минимальное значение тока IK.min – устанавливается соответствующим выбором сопротивлений R1 и R2. Переменная составляющая напряжения в этой схеме прикладывается к переходу эмиттер-база транзистора VT, усиливается и выделяется на балластном резисторе Rбл. Эта составляющая оказывается в противофазе с переменной составляющей напряжения, выделяющейся на Rбл при непосредственном протекании тока нагрузки. Выбором Rбл и IK.min можно добиться их полной компенсации. Амплитуда переменной составляющей тока транзистора VT должна быть меньше протекающего постоянного тока IK.min, иначе схема будет неработоспособна. Ток IK.min, не должен быть очень малым, так как иначе потребуется увеличение сопротивления Rбл, что приведёт к снижению КПД фильтра. Слишком большой ток также нецелесообразен, так как увеличивается мощность потерь на транзисторе и снижается КПД.

Коэффициент сглаживания параллельного транзисторного фильтра будет тем больше, чем больше сопротивление Rбл, емкость конденсаторов С1 и С2, крутизна вольт-амперной характеристики транзистора. Недостатком транзисторного фильтра с параллельным включением транзистора является значительное изменение среднего значения коллекторного тока транзистора, при изменении среднего значения выпрямленного напряжения, поступающего на вход фильтра. Это приводит к снижению КПД фильтра.

Следует помнить, что транзисторные фильтры не обеспечивают стабилизацию постоянной составляющей выпрямленного напряжения, а при изменении тока нагрузки, температуры окружающей среды и воздействия других дестабилизирующих факторов вносят дополнительную нестабильность выпрямленного напряжения.

Теория это хорошо, но теория без практики - это просто сотрясание воздуха. Перейдя по ссылке всё это можно сделать своими руками

Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети

www.electronicsblog.ru

1.3. Описание lc-фильтров

Фильтры более высокого качества реализуются на основе катушек индуктивности и конденсаторов. В LC-фильтр могут входить также и резисторы. Связь входной и выходной цепей большинства LC-фильтров соответственно с источником сигнала и с нагрузкой производится таким образом, чтобы значения их реактивных или полных сопротивлений были равны.

На рис. 4 приведена схема и амплитудно-частотная характеристика типового Г - образного LC-фильтра нижних частот.

Рис. 4. Схема и АЧХ Г - образного низкочастотного фильтра.

Расчет такого фильтра производится по следующим формулам:

Все LC-фильтры обладают тем преимуществом, что на переменном токе конденсаторы и катушки индуктивности работают взаимообратно, т.е. при увеличении частоты сигнала индуктивное сопротивление возрастает, а емкостное падает. Таким образом, в LC-фильтре нижних частот реактивное сопротивление параллельного элемента при увеличении частоты сигнала уменьшается и этот элемент шунтирует высокочастотные сигналы. На низких частотах реактивное сопротивление параллельного элемента достаточно высокое. Последовательный элемент обеспечивает прохождение низкочастотных сигналов, а для сигналов высоких частот его реактивное сопротивление велико.

Простой Г - образный фильтр не обеспечивает достаточную крутизну амплитудно-частотной характеристики. Для увеличения крутизны в основную Г-образную структуру вводят дополнительную катушку индуктивности, как показано на рис. 5. Такой фильтр называется Т-образным.

Рис. 5. Т - образный НЧ LC-фильтр.

В Т - образном фильтре значение конденсатора С такое же, как и в исходной Г-образной структуре, и все ее расчетные формулы сохраняются. Суммарная индуктивность катушек L1 и L2 должна быть эквивалентна индуктивности единственной катушки исходной Г-образной структуры. Обычно требуемая общая индуктивность распределяется между двумя этими катушками поровну таким образом, чтобы каждая из катушек в Т - образном фильтре нижних частот имела индуктивность в два раза меньше, чем катушка в Г - образном фильтре.

Крутизну амплитудно-частотной характеристики можно увеличить также путем введения в цепь дополнительного конденсатора. Такой фильтр называется П-образным (рис. 6.).

Рис. 6. П-образный низкочастотный LC-фильтр.

В П - образном фильтре значение индуктивности L такое же, как и в исходной Г-образной структуре, тогда как суммарная емкость конденсаторов С1 и С2 должна быть эквивалентна емкости конденсатора исходной Г - образной структуры. Обычно требуемая общая емкость распределяется между двумя этими конденсаторами поровну таким образом, чтобы каждый из конденсаторов в П - образном фильтре имел емкость, равную половине емкости конденсатора в Г - образном фильтре.

На рис. 7 приведена схема и амплитудно-частотная характеристика типового Г - образногоLС-фильтра верхних частот.

Рис. 7. Схема и АЧХ высокочастотного Г-образного LC-фильтра.

Расчет Г - образного LС-фильтра верхних частот производится по следующим формулам:

В этом фильтре при увеличении частоты сопротивление последовательного элемента уменьшается. Он пропускает высокочастотные сигналы, а для сигналов низких частот его реактивное сопротивление велико. Параллельный элемент оказывает шунтирующее влияние на сигналы низких частот, а для высокочастотных сигналов его реактивное сопротивление велико.

Для увеличения крутизны амплитудно-частотной характеристики в Г - образную структуру можно ввести дополнительный конденсатор, как показано на рис. 8.

Рис. 8. Т - образный высокочастотный LC-фильтр.

Такой фильтр имеет Т - образную структуру. В Т - образном фильтре значение индуктивности L не отличается от ее значения в исходной Г - образной структуре и все расчетные формулы остаются такими же. Суммарная емкость конденсаторов С1 и С2 должна быть эквивалентна емкости одиночного конденсатора исходной Г-образной структуры. Обычно эта требуемая общая емкость распределяется поровну между двумя конденсаторами так, что Т - образном фильтре верхних частот каждый конденсатор имеет емкость, равную удвоенному значению емкости в Г - образной структуре.

Крутизну амплитудно-частотной характеристики фильтра можно также повысить путем введения в схему дополнительной катушки индуктивности, как показано на рис. 9, образуя П - образный фильтр.

Рис. 9. П-образный высокочастотный LC-фильтр.

В П - образном LC-фильтре значение емкости конденсатора не изменяется, а суммарная индуктивность катушек L1 и L2 должна быть эквивалентна индуктивности одиночной катушки исходной Г-образной структуры. Обычно требуемая общая индуктивность распределяется поровну между двумя катушками так, что каждая из них имеет индуктивность, равную удвоенному значению индуктивности Г - образной структуры.

Работа полосно-заграждающего (режекторного) фильтра основана на различии зависимостей полных сопротивлений параллельной и последовательной резонансных цепей от частоты. Полное сопротивление параллельной LC-цепи на резонансной частоте максимально, тогда как у последовательной цепи оно минимально. Эти две LC-цепи, соединенные определенным образом (рис. 10), образуют Г - образный режекторный фильтр.

Рис. 10. Г - образный режекторный LC-фильтр.

На центральной частоте требуемого диапазона полное сопротивление последовательной LC-цепи (она включена параллельно нагрузке) минимально, и она оказывает шунтирующее воздействие и ослабляет сигналы. Полное сопротивление параллельной LC-цепи (которая включена последовательно с нагрузкой) на центральной частоте требуемого диапазона максимально, и она препятствует прохождению сигналов.

Т-образные и П-образные полосно-пропускающие фильтры (рис. 11) обладают более высокой крутизной амплитудно-частотной характеристики.

Расчет полосно-пропускающих LC-фильтров производится по следующим формулам:

Рис.11. Полосовые П- и Т-образные LC – фильтры.

studfiles.net

Схема сетевого фильтра

Современную оргтехнику и отдельные виды электрических приборов невозможно представить без сетевых фильтров. Любая схема сетевого фильтра предназначена для защиты цепей питания от токов высокой частоты, перепадов напряжения, появляющихся при работе промышленного оборудования. Это является основной задачей данных приборов.

Особенности сетевых фильтров

Нередко на первое место выходят лишь внешние данные. Отдельные производители просто забывают об основных функциях сетевого фильтра. При неправильном выборе, вместо необходимого функционального прибора, вполне возможно заполучить обыкновенный красивый удлинитель для электрической сети. Поэтому, чтобы не стать жертвой недобросовестных производителей и надежно защитить дорогостоящее оборудование, необходимо хотя-бы в общих чертах иметь представление о правильной схеме сетевого фильтра.

Сетевой фильтр: типовая схема

Основой всех сетевых фильтров является типовая схема. В различных моделях они могут различаться, но принцип работы у всех один и тот же.

Классическая схема рассчитана для работы с так называемой европейской сетью питания, в которую входят земля, фаза и ноль. Варистор VDR1 устанавливается на входе и выполняет задачу подавления выбросов высокого напряжения цепи. При повышенном напряжении, происходит резкое падение электрического сопротивления варистора, который берет эту помеху на себя и не пропускает ее далее.

Для небольших значений напряжения дополнительно используется дроссель Tr1 совместно с емкостями С1, С2 и С3. Они представляют собой реактивные элементы с постоянно меняющимся сопротивлением. То есть, при постоянном токе, оно имеет одно значение, а при токах высокой частоты – совсем другое, отличающееся во много раз.

Таким образом, питающий ток нормального значения свободно проходит через прибор к потребителю, а помехи с высокой частотой задерживает схема сетевого фильтра. При увеличении частоты, сопротивление фильтра резко повышается, что и позволяет эффективно задерживать помехи.

При трех проводной сети питания, возникновение помех происходит не только между нулем и фазой. Могут возникать помехи на участках земля-фаза или земля-ноль. Для того, чтобы более эффективно подавлять такие помехи, устраивается нормальное стандартное заземление. Все эти меры, особенно правильный выбор, обеспечивают надежную защиту электрической техники от пагубного влияния нестандартных электрических токов.

Ремонт сетевого фильтра

electric-220.ru

9. Полосовой фильтр и режекторный фильтр

ЭКСПЕРИМЕНТ 24 Полосовой фильтр и режекторный фильтр

Цели

После проведения данного эксперимента Вы сможете продемонстрировать работу индуктивно-емкостного полосового фильтра и резистивно-емкостного режекторного фильтра.

Необходимые принадлежности

* Осциллограф

* Цифровой мультиметр

* Макетная панель

* Генератор функции

* Элементы:

четыре конденсатора 0,1 мкФ, один конденсатор 0,47 мкФ, одна катушка индуктивности 10 мГн, один резистор 100 Ом, четыре резистора 15 кОм.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Полосовой фильтр — это частотночувствительная схема, которая пропускает узкий диапазон. частот в окрестности центральной резонансной частоты (fr)

Все другие частоты ниже или выше узкой полосы пропускания значительно подавляются. Типичная характеристика полосового фильтра показана на рисунке 24-1А.

Рис. 24-1.

Режекторный фильтр представляет собой противоположность полосовому фильтру. Он подавляет или устраняет сигналы, частоты которых попадают в узкий диапазон с центральной частотой fc. Все частоты выше и ниже центральной частоты фильтр пропускает с минимальным ослаблением (см. рис. 24-1 В). Режекторный фильтр иногда называют вырезающим фильтром, поскольку этот фильтр используется для вырезания или режекции мешающего сигнала одной частоты.

Краткое содержание

Имеется несколько различных способов схемной реализации полосового фильтра и режекторного фильтра. Индуктивно-емкостные резонансные схемы могут комбинироваться различными методами для создания обоих типов фильтров. В данном эксперименте Вы познакомитесь с полосовым фильтром.

Режекторный фильтр может быть реализован и на базе индуктивно-емкостных схем. Однако в данном эксперименте Вы познакомитесь с популярным и широко используемым двойным Т-образным мостовым фильтром. Это резистивно-емкостной режекторный фильтр, способный подавлять определенную частоту и частоты в ее окрестности. Центральная частота рассчитывается при помощи следующей формулы:

fp = 1/2*3.14RC

Поскольку у Вас нет удобных средств для точного измерения частоты, Вы будете просто варьировать частоту, генерируемую генератором функций, и отмечать при помощи мультиметра выходную характеристику фильтра. Таким образом, можно увидеть, как выходное напряжение изменяется в зависимости от частоты как в случае полосового фильтра, так и в случае режекторного фильтра.

ПРОЦЕДУРА

1. Обратитесь к рисунку 24-2. Соберите эту схему полосового фильтра на Вашей макетной панели. Выходное напряжение генератора функций прикладывается к конденсаторам, тогда как выходное напряжение фильтра снимается с резистора 1000м. Заметьте, что общая емкость схемы составлена из двух конденсаторов с емкостью 0,47 мкФ и 0,1 мкФ.

2. Используя значения, показанные на рисунке 24-2, рассчитайте общую емкость схемы и резонансную частоту данной схемы.

Рис. 24-2.

Сt = _______ мкФ

fr=_____Гц

3. Установите регулятором амплитуды генератора функций выходное напряжение размаха 4 В:

Затем установите частоту приблизительно 500 Гц.

4. Подключите осциллограф параллельно выходному резистору 1000м. Медленно увеличивайте частоту на выходе генератора функций и наблюдайте за изменением выходного напряжения схемы. Замечайте вариацию этого напряжения. Изменения частоты выполняйте медленно, чтобы Вы могли получать хорошую индикацию того, как изменяется напряжение, когда частота увеличивается или понижается. Увеличивайте частоту приблизительно до 5 кГц.

5. Регулируйте частоту, наблюдая за выходом фильтра. Настройте генератор функций на пиковое выходное напряжение. Заметьте по генератору функций или измерьте период и частоту при помощи осциллокрафа. f=____Гц

6. Объясните изменения, которые Вы наблюдали в шагах 4 и 5.

7.Демонтируйте .полосовой фильтр. Вместо него соберите схему двойного Т-образного мостового фильтра, который показан на рисунке 24-3. Будьте внимательны при монтаже схеме, поскольку она несколько сложна, и легко можно сделать ошибку во время монтажа.

Рис. 24-3.

Имеется несколько-важных моментов, которые Вы должны принять во внимание при монтаже данной схемы. Во-первых, значение одного (общего) конденсатора получается комбинированием емкостей двух параллельных конденсаторов 0,1 мкФ. Вспомните, что емкости параллельных конденсаторов складываются, образуя, следовательно. один конденсатор емкостью 0,2 мкФ. Другое значение в данной схеме получается соединением двух параллельных резисторов. Два параллельных резистора с одинаковым сопротивлением имеют общее сопротивление, равное половине сопротивления одного из резисторов. В данном случае два резистора 15 кОм соединены параллельно, чтобы получить сопротивление 7,5 кОм.

8. Используя значения, показанные на рисунке 24-3, рассчитайте частоту режекции или центральную частоту данного фильтра. fc=_____Гц

9. Настройте генератор функций на частоту 10 Гц и размах напряжения 4В. Подключите осциллограф на выход фильтра. Увеличивайте теперь выходную частоту приблизительно до 1000 Гц и наблюдайте за вариацией выходного напряжения фильтра. Повторяйте это несколько раз, чтобы Вы могли наверняка увидеть эффект.

10.Настройте генератор функций на нулевую частоту (минимальное напряжение). Измерьте частоту и запишите. f=_____Гц

11.Объясните полученные Вами результаты в шагах 9 и 10.

ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Режекторный фильтр может быть реализован на базе индуктивно-емкостных схем:

а) высказывание истинно,

б) высказывание ложно.

2. В индуктивно-емкостном полосовом фильтре центральная частота определяется значениями:

а) приложенного напряжения,

б) L и R,

в) R и С,

г) L и С.

3. Полосовой фильтр пропускает:

а) одну частоту,

б) только высокие частоты,

в) узкую полосу частот,

г) все частоты.

4. Двойной Т-образный мостовой фильтр представляет собой:

а) полосовой фильтр,

б) фильтр нижних частот,

в) фильтр верхних частот,

г) режекторный фильтр.

5. Какова центральная частота двойного Т-образного мостового фильтра при значениях R = 10 кОм и С = 0,47 мкФ?

а) 34 Гц,

б) 47 Гц,

в) 68 Гц,

г) 120 Гц.

lib.qrz.ru

мир электроники - Активные фильтры

Электронные устройства

 материалы в категории

Фильтром в электронике называют устройства для передачи электрических сигналов, но пропускающих токи только лишь в определенных диапазонах.

По характеру работы фильтры можно разделить на несколько категорий:а. Полосовые пропускающие фильтры- фильтр пропускающий сигнал в определенном диапазоне частотб. Полосовые заградительные фильтры (режекторные)- фильтр препятствующие прохождению сигнала в определенном диапазоне частот.в. Фильтр нижних частот- фильтр пропускающий сигнал на частоте ниже граничнойг. Фильтр верхних частот- фильтр пропускающий сигнал на частоте выше граничной.

Фильтры могут выполняться как на пассивных так и на активных элементах.Принято еще одно деление всех фильтров на две категории: фильтры, схема которых содержит катушки индуктивности, и фильтры без индуктивностей, RC-фильтры или резисторно-конденсаторные фильтры

В этой статье мы уделим внимание активным фильтрам

Активные резисторно-конденсаторные фильтры имеют огромное преимущество перед их пассивными аналогами, особенно на частотах ниже 10 кГц. Пассивные фильтры для низких частот должны содержать катушки большой индуктивности и конденсаторы большой емкости. Поэтому они получаются громоздкими, дорогостоящими, а их характеристики оказываются далеко не идеальными.

 

 Большая индуктивность достигается за счет большого числа витков катушки и применения ферромагнитного сердечника. Это лишает ее свойств чистой индуктивности, так как длинный провод многовитковой катушки обладает заметным сопротивлением, а ферромагнитный сердечник подвержен влиянию температуры на его магнитные свойства. Необходимость же использования большой емкости вынуждает применять конденсаторы, обладающие плохой стабильностью, например электролитические. Активные фильтры в значительной мере лишены указанных недостатков.

Схемы дифференциатора и интегратора, построенные с применением операционных усилителей, представляют собой простейшие активные фильтры. При выборе элементов схемы в определенной зависимости от частоты дифференциатор становится фильтром верхних частот, а интегратор - фильтром нижних частот. Далее будут рассмотрены примеры других более сложных и наиболее универсальных фильтров. Большое количество других возможных схем активных фильтров вместе с их детальным математическим анализом можно найти в разных учебниках и пособиях.

Фильтры нижних частот

Если объединить схему инвертирующего усилителя со схемой интегратора, образуется схема фильтра нижних частот первого порядка, которая показана на рис. 1.

 

Такой фильтр представляет собой инвертирующий усилитель, обладающий постоянным коэффициентом усиления в полосе прозрачности от постоянного тока до граничной частоты f0. Частотную характеристику такого фильтра можно охарактеризовать формулой (0 ≤ f ≤ f0).Видно, что в пределах полосы прозрачности, пока емкостное сопротивление конденсатора достаточно велико, коэффициент усиления схемы совпадает с коэффициентом усиления инвертирующего усилителя:

Граничная частота этого фильтра определяется элементами цепи обратной связи в соответствии с выражением:

 

Амплитудно-частотная характеристика - зависимость амплитуды сигнала на выходе устройства от частоты при постоянной амплитуде на входе этого устройства - представлена на рис.2

В полосе затухания выше граничной частоты f0 усиление уменьшается с интенсивностью 20 дБ/декада (или 6 дБ/октава), что означает уменьшение коэффициента усиления по напряжению в 10 раз при увеличении частоты также в 10 раз или уменьшение коэффициента усиления в два раза при каждом удвоении частоты.

 

 Если такой крутизны наклона амплитудно-частотной характеристики в полосе затухания недостаточно, можно использовать фильтр нижних частот второго порядка, схема которого показана на рис.З.

Коэффициент усиления фильтра нижних частот второго порядка такой же, как у фильтра первого порядка, в связи с тем что суммарное сопротивление резисторов в цепи инверсного входа, как и ранее, выражается значением R1:

Граничная частота при выполнении условия R1C1 = 4R2C2 также выражается прежней формулой:

 

Что касается амплитудно-частотной характеристики этого фильтра, представленной на рис. 4, то она отличается повышенной крутизной наклона, которая составляет 12 дБ/октава.

Таким образом, в полосе затухания при увеличении частоты вдвое напряжение сигнала на выходе фильтра уменьшается в четыре раза.

Фильтры верхних частот

Аналогично построена схема фильтра верхних частот, которая представлена на рис.5. Такой фильтр является инвертирующим усилителем с постоянным коэффициентом усиления в полосе прозрачности от частоты f0 и более. В полосе прозрачности коэффициент усиления схемы такой же, как у инвертирующего усилителя:

Граничная частота f0 на уровне -3 дБ задается входной цепью в соответствии с выражением:

Крутизна наклона амплитудно-частотной характеристики, которая представлена на рис.6, в области граничной частоты составляет 6 дБ/октава.

 

Как и в случае фильтров нижних частот, можно собрать активный фильтр верхних частот второго порядка в целях повышенного подавления сигнала в полосе затухания. Принципиальная схема такого фильтра показана на рис.7.

 Крутизна наклона амплитудно-частотной характеристики фильтра верхних частот второго порядка в области граничной частоты составляет 12 дБ/октава, а сама характеристика показана на рис.8.

 

Полосовые фильтры

Если объединить активный фильтр нижних частот с активным фильтром верхних частот, то в результате образуется полосовой фильтр, принципиальная схема которого приведена на рис.9.

Эту схему иногда называют избирательным усилителем с ин-тегродифференцирующей обратной связью. Подобно усилителям, содержащим колебательные контуры, полосовой фильтр также имеет амплитудно-частотную характеристику с выраженным максимумом на определенной частоте. Называть такую частоту резонансной нельзя, так как резонанс возможен только в контурах, образованных индуктивностью и емкостью. В других случаях частоту такого максимума обычно называют частотой квазирезонанса. Для рассматриваемого полосового фильтра частота квазирезонанса f0 определяется элементами цепи обратной связи:

 

Амплитудно-частотная характеристика этого полосового фильтра показана на рис. 10.

Максимальный коэффициент усиления на частоте квазирезонанса оказывается равным:

 

Относительная полоса пропускания на уровне -3 дБ:

Принципиальная схема еще одного полосового фильтра приведена на рис. 11.

 

Здесь в цепь отрицательной обратной связи включен двойной Т-фильтр, образованный резисторами R2, R3, R5 и конденсаторами Cl, С2, СЗ.Как известно, при выполнении следующих условий:

амплитудно-частотная характеристика двойного Т-фильтра содержит квазирезонанс, частота которого равна

 

причем на частоте квазирезонанса коэффициент передачи двойного Т-фильтра равен нулю. Поэтому активный фильтр с двойным Т-фильтром, включенным в цепь отрицательной обратной связи, является полосовым фильтром с максимумом амплитудно-частотной характеристики на частоте квазирезонанса. Три такие характеристики представлены на рис. 12. Характеристики различаются разными сопротивлениями резистора R4: нижняя соответствует R4 = 100 кОм, средняя - R4 = 1 МОм, верхняя - R4 = ∞.

Режекторный фильтр

Тот же самый двойной Т-фильтр может быть включен не в цепь отрицательной обратной связи, как это сделано при создании полосового фильтра, а в цепь входного сигнала. При этом образуется активный режекторный фильтр, схема которого приведена на рис, 13.

При выполнении прежних условий

 

амплитудно-частотная характеристика активного фильтра, имеющего во входной цепи двойной Т-фильтр, содержит квазирезонанс, частота которого по-прежнему определяется фор мулой (8). Но на частоте квазирезонанса коэффициент усиления этого активного фильтра равен нулю. Амплитудно-частотная характеристика активного фильтра с двойным Т-фильтром во входной цепи показана на рис.14.

Ступенчатый фильтр

Несколько активных фильтров можно соединять последовательно для получения амплитудно-частотной характеристики с повышенной крутизной наклона. Кроме того, соединенные последовательно секции простых фильтров имеют пониженную чувствительность. Это означает, что небольшое отклонение величины одного из компонентов схемы (отклонение сопротивления резистора или емкости конденсатора от нормы) будет приводить к меньшему влиянию на окончательную характеристику фильтра, чем в случае аналогичного сложного фильтра, построенного на одном операционном усилителе.

 

На рис. 15 показан ступенчатый фильтр, собранный из трех операционных усилителей. Популярность таких фильтров резко возросла после появления в продаже интегральных микросхем, содержащих несколько операционных усилителей в одном корпусе. Достоинствами этого фильтра являются низкая чувствительность к отклонениям величин компонентов и возможность получения трех выходов: верхних частот Uвых1, полосового Uвых2 и нижних частот UвыхЗ.

Фильтр составлен из суммирующего усилителя DA1 и двух интеграторов DA2, DA3, которые соединены в виде замкнутой петли. Если элементы схемы выбраны согласно условию

то граничная частота оказывается равной

 

Выходы верхних и нижних частот имеют крутизну наклона амплитудно-частотной характеристики, равную 12 дБ/октава, а полосовой выход имеет треугольную характеристику с максимумом на частоте f0 с добротностью Q, которая определяется резисторами установки усиления микросхемы DA1.

Примечание: основная часть материала взята с сайта Приднестровский Радиолюбительский портал

Наш ФОРУМ

radio-uchebnik.ru

---

• 
  Как обозначается на схеме фаза и ноль
• 
  Коронки для подрозетников диаметр
• 
  Www vladimir esplus ru
• 
  Международная система си
• 
  Утилизация старых аккумуляторов
• 
  Www ecard dit mos ru
• 
  Материк как называется
• 
  Намагничивание стальной спицы признаки явления
• 
  Проходная розетка интернет
• 
  Допуск электробезопасности
• 
  Ups ippon back power pro 600 сколько батарей