Tehosuodattimet

Useat elektroniset laitteet vaativat jännitelähteitä DC-laitteiden syöttämiseen. Ulostulojännite tasasuuntaajat on sykkivä ulkonäkö. Siinä voit valita jännitteen keskimääräisen tai tasavirtakomponentin ja muuttuvan komponentin, jota kutsutaan lähtöjännitteen aaltoilujännitteeksi tai aaltoiluksi.

Siten aaltoilu määrittää lähtöjännitteen hetkellisen arvon poikkeaman keskiarvosta ja voi olla sekä positiivinen että negatiivinen. Jänniteelle on ominaista kaksi tekijää: aaltojen taajuus ja amplitudi. Tasasuuntaajissa aaltoilutaajuus on joko sama kuin tulojännitteen taajuus (puoliaaltotasasuuntaajassa) tai kaksinkertainen (täysaaltotasasuuntaajassa).

Puoliaaltotasasuuntaajassa vain yhtä tulojännitteen puoliaaltoa käytetään lähtöjännitteen saamiseksi, ja lähtöjännite on tulojännitteen taajuutta seuraavien yksisuuntaisten puoliaaltojen muodossa.

Täysaaltotasasuuntaajissa (sekä nollapiste että silta) lähtöjännitteen puoliaallot muodostuvat tulojännitteen jokaisesta puoliaallosta. Siksi aaltotaajuus on tässä kaksi kertaa niin korkea verkon taajuus… Jos virran taajuus verkossa on 50 Hz, niin puoliaaltotasasuuntaajan aaltojen taajuus on sama ja täysaaltotasasuuntaajassa 100 Hz.

Tasasuuntaajan lähtöjännitteen aaltoilun amplitudi on tiedettävä järjestyksessä. keskijännitekomponenttia lähettävien tasasuuntaajien lähtöön asennettujen suodattimien tehokkuuden määrittämiseksi. Tälle amplitudille on yleensä tunnusomaista aaltoilutekijä (Erms), joka määritellään lähtöjännitteen muuttuvan komponentin tehollisen arvon suhteeksi sen keskiarvoon (Edc):

r = Erms /Toim

Mitä pienempi aaltoilukerroin, sitä korkeampi suodattimen hyötysuhde. Prosentteina ilmaistua aaltoilutekijää käytetään usein myös käytännössä:

(Erms /Edc)x100%.

Alipäästösuodattimia käytetään yleisesti virtalähteissä. Nämä suodattimet siirtyvät sisääntulosta lähtöön lähes vaimennusta tai vaimennusta, signaaleja, joiden taajuudet ovat suodattimen rajataajuuden alapuolella, ja kaikkia korkeampia taajuuksia ei käytännössä lähetetä suodattimen lähtöön.

Suodattimet ovat suoritettavia vastukset, induktorit ja kondensaattorit… Teholähteiden suodattimilla pyritään tasoittamaan tasasuuntaajan lähtöjännitteen aaltoilua ja eristämään jännitteen tasavirtakomponentti.

Virtalähdelaitteissa käytettävät suodattimet on jaettu kahteen päätyyppiin:

• suodattimet kapasitiivisella tulolla,

• induktiiviset tulosuodattimet.

Suodatinelementtien sisällyttämisessä käytetään erilaisia ​​yhdistelmiä, joilla on eri nimet (U-muotoinen suodatin, L-muotoinen suodatin jne.). Pääsuodattimen tyyppi määräytyy suoraan tasasuuntaajan lähtöön asennetun suodatinelementin mukaan.

Kuvassa Kuvat 1a ja 1b esittävät suodattimien päätyypit. Näistä ensimmäisessä suodatinkondensaattori on kytketty tasasuuntaajan lähtöön ja shuntoi kuorman. Suodatinkondensaattorin kautta pääosa tasasuuntaajan vaihtovirtakomponentista on suljettu. Toisessa tasasuuntaajan lähtöön on kytketty suodatinkuristin, joka muodostaa sarjapiirin kuorman kanssa ja estää virran muutokset tässä sarjapiirissä.

Riisi. 1

Kapasitiivinen tulosuodatin tarjoaa korkeamman lähtöjännitetason kuin induktiivinen tulosuodatin, ja induktiivinen tulosuodatin vähentää paremmin jännitteen aaltoilua. Siksi on suositeltavaa käyttää kapasitiivista tulosuodatinta, kun tarvitaan korkeampi syöttöjännite, ja induktiivista tulosuodatinta, kun tarvitaan parempaa DC-lähdön laatua.

Kapasitiivinen tulosuodatin

Ennen kuin harkitaan monimutkaisten suodattimien toimintaa, on tarpeen ymmärtää kuvassa 1 esitetyn yksinkertaisimman kapasitiivisen suodattimen toiminta. 2a. Tasasuuntaajan lähtöjännite ilman suodatinta näytössä kuvassa 2b, ja suodattimen läsnä ollessa - kuviossa 2b. 2c. Suodatinkondensaattorin puuttuessa jännite Rl:ssä on sykkivä. Tämän jännitteen keskiarvo on tasasuuntaajan lähtöjännite.

Riisi. 2

Suodatinkondensaattorin läsnäollessa pääosa virran vaihtovirtakomponentista suljetaan kondensaattorin läpi ohittaen kuorman Rl... Lähtöjännitteen ensimmäisen puoliaallon ilmaantuessa suodatinkondensaattori alkaa latautua positiivinen tapaukselle, sen jännite muuttuu tasasuuntaajan lähtöjännitteen mukaisesti ja puolijakson puolivälin lopussa saavuttaa maksimiarvonsa.

Lisäksi muuntajan toisiojännite laskee ja kondensaattori alkaa purkautua R1:n kautta pitäen kuorman positiivisen jännitteen ja virran korkeammalla kuin se olisi ilman suodatinta.

Ennen kuin kondensaattori voi purkaa täysin, tapahtuu toinen positiivinen jännitteen puoliaalto, joka taas lataa kondensaattorin maksimiarvoonsa. Heti kun toisiokäämin jännite alkaa laskea, kondensaattori alkaa jälleen purkaa kuormaa. Jatkossa kondensaattorin lataus- ja purkausjaksot vuorottelevat jokaisessa puolijaksossa,

Kondensaattorin latausvirta kulkee muuntajan toisiokäämin ja tätä puolijaksoa vastaavan tasasuuntausdiodiparin läpi, ja kondensaattorin purkausvirta suljetaan kuorman Rl kautta... Kondensaattorin reaktanssi verkon taajuus on pieni Rl:ään verrattuna. Siksi virran muuttuva komponentti virtaa pääasiassa suodatinkondensaattorin läpi ja käytännössä Rl:n läpi DC..

Induktiivinen tulosuodatin

Harkitse induktiivista tulosuodatinta tai L-muotoista LC-suodatinta. Sen sisällyttäminen tasasuuntaajaan ja lähtöjännitteen aaltomuoto on esitetty kuvassa 3.

Riisi. 3

Sarjaliitäntä suodattimen rikastin (L) kuormitettuna estää virran muutokset piirissä. Lähtöjännite on tässä pienempi kuin kapasitiivisella tulosuodattimella, koska kuristin muodostaa sarjakytkennän impedanssilla, joka muodostuu kuorman ja suodatinkondensaattorin rinnakkaisliitännästä. Tällainen kytkentä johtaa suodattimen tuloon vaikuttavan jänniteaallon hyvään tasoittumiseen, mikä parantaa vakiolähtöjännitteen laatua, vaikka se alentaa sen arvoa.

Tasasuuntaajan lähtöjännitteen AC-komponentti on lähes täysin eristetty kuristimen induktanssista ja keskikomponentti on syöttölähtöjännite. Kuristimen läsnäolo johtaa siihen, että tasasuuntaajadiodien johtavan tilan kesto täällä, toisin kuin kapasitiivisella suodattimella varustetussa tasasuuntaajassa, on yhtä suuri kuin puolet ajanjaksosta.

Kuristimen reaktanssi (L) pienentää aaltoilujännitteen arvoa, koska se estää kuristusvirran nousun, kun tasasuuntaajan lähtöjännite on suurempi kuin kuormitusjännite, ja estää myös virran pienenemisen, jos tasasuuntaajan lähtöjännite on pienempi. Tämän vuoksi kuorman virta toimintajakson aikana on käytännössä vakio, eikä aaltojen jännite riipu kuormitusvirrasta.

Moniosainen induktiivinen-kapasitiivinen suodatin

Lähtöjännitteen suodatuslaatua voidaan parantaa kytkemällä useita suodattimia sarjaan. Kuvassa Kuva 4 esittää kaksivaiheista LC-suodatinta ja näyttää karkeasti jänniteaaltomuodot suodattimen eri kohdissa suhteessa yhteiseen pisteeseen.

Riisi. 4

Vaikka tässä näkyy kaksi sarjaan kytkettyä LC-suodatinta, liitäntöjen määrää voidaan lisätä. Liitäntöjen määrän lisääminen johtaa aaltoilun vähenemiseen (ja suodattimia, joissa on monia liitäntöjä, käytetään juuri silloin, kun on tarpeen saavuttaa lähtöjännitteen pienin aaltoilu), mutta tämä heikentää tällaisten suodattimien stabilointilaitteiden vakautta. Lisäksi liitäntöjen lukumäärän kasvu johtaa sarjaan kytketyn teholähteen resistanssin kasvuun, mikä johtaa lähtöjännitteen muutosten lisääntymiseen kuormitusvirran muutoksella.

U-muotoinen suodatin

Kuvassa Kuvassa 5 on U-muotoinen suodatin, joka on niin kutsuttu, koska sen graafinen esitys muistuttaa P-kirjainta. Se on kapasitiivisten ja L-muotoisten LC-suodattimien yhdistelmä.

Riisi. 5

Suodattimen lähtöön kytketty vastus R on lähes aina virtalähteissä ja se on valinnainen kuormituskestävyys… Sen tarkoitus on kaksijakoinen.

Ensinnäkin se tarjoaa kondensaattoreille purkaustien verkkojännitteen katketessa ja estää siten huoltohenkilöstön sähköiskun mahdollisuuden.

Toiseksi se antaa lisäkuormituksen virtalähteelle, vaikka ulkoinen kuorma on kytketty pois päältä, ja siten stabiloi lähtöjännitetasoa. Tätä vastusta voidaan käyttää myös elementtinä resistiivinen jännitteenjakaja lisälähtöjä varten.

U-muotoinen suodatin on suodatin, jossa on kondensaattoritulo, jota täydentää L-muotoinen liitäntä.Pääsuodatustoiminnon suorittaa kondensaattori C1, joka ladataan johtavien diodien kautta ja puretaan L:n ja R:n kautta... Kuten perinteisessä kapasitiivisella sisäänmenolla varustetussa suodattimessa, kondensaattorin latausaika on huomattavasti lyhyempi kuin purkautumisaika .

Rikastin L tasoittaa kondensaattorin C2 läpi kulkevan virran aaltoilua tarjoten lisäsuodatusta. Jännite kondensaattorin C2 yli on lähtöjännite. Vaikka sen arvo on hieman pienempi kuin tavanomaisella kapasitiivisella suodattimella syötettäessä, lähtöjännitteen aaltoilu vähenee merkittävästi.

Vaikka oletetaan, että kondensaattori C1 on ladattu tasasuuntaajan johtavien diodien kautta tulon vaihtojännitteen amplitudin arvoon ja puretaan sitten R:n kautta, kondensaattorin C2 jännite on pienempi kuin C1, koska rikastin L, joka estää kuormitusvirran muutokset, on kondensaattorin C1 purkauspiirissä ja muodostaa yhdessä C2:n ja R:n kanssa jännitteenjakajan.

Kondensaattorien C1 ja C2 latausvirta kulkee muuntajan toisiokäämin ja tasasuuntaajan johtavien diodien läpi. Myös, kun C2 on ladattu, tämä virta kulkee kuristimen L läpi... Kondensaattori C1 purkautuu sarjaan kytkettyjen L ja R kautta ja C2 purkautuu vain vastuksen R kautta. Tulokondensaattorin C1 purkautumisnopeus riippuu vastuksen arvosta R.

Kondensaattorien purkausaikavakio on suoraan verrannollinen R-arvoon… Jos se on korkea, kondensaattorit purkautuvat vähän ja lähtöjännite on korkea.Pienemmillä R:n arvoilla purkausnopeus kasvaa ja lähtöjännite laskee, koska R:n pienentäminen tarkoittaa kondensaattorin purkausvirran lisäämistä. Siten mitä pienempi kondensaattorin purkausaikavakio on, sitä pienempi on lähtöjännitteen keskiarvo.

U-muotoinen C-RC-suodatin

Toisin kuin äsken U-muotoisessa C-RB C-suodattimessa käsitellyssä suodattimessa, vastus R on kytketty kahden kondensaattorin väliin kuristimen sijasta.1 kuvan 1 mukaisesti. 6.

Tärkeimmät erot ja suodattimen suorituskyky määräytyvät erilaisen kuristimen vasteen ja vaihtovirtavastuksen perusteella. Edellisessä tapauksessa induktorin L ja kondensaattorin C2 reaktanssit ovat sellaiset, että niiden muodostama jännitteenjakaja tarjoaa suhteellisesti paremman lähtöjännitteen tasoituksen.

Kuvassa 6, sekä tasa- että vaihtovirtakomponentit tasasuunnassa R1:n kautta. DC-komponentin R1:n yli menevän jännitehäviön vuoksi lähtöjännite laskee ja mitä suurempi virta on, sitä suurempi tämä jännitehäviö. Siksi C-RC-suodatinta voidaan käyttää vain pienillä kuormitusvirroilla. Kuten induktiivis-kapasitiivisten suodattimien tapauksessa, on mahdollista käyttää suodatinpiirien monitasoista liitäntää.

Riisi. 6

Suodattimien valitseminen ei missään tapauksessa ole helppo ongelma, mutta joka tapauksessa sinun on ymmärrettävä niiden tarkoitus ja toimintaperiaatteet, koska ne määrittävät suurelta osin virtalähteiden oikean toiminnan.