Сглаживающие фильтры

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

            НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

«МЕЖДУНАРОДНЫЙ  ИНСТИТУТ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» 
 

                                                          Кафедра ЕНД 
 

РЕФЕРАТ

на тему

<<Сглаживающие фильтры>> 
 
 

                                                                                          

                                                                                 Выполнил:

 студент  группы СКо-08-1

Мурзаханов  В.И

Руководитель:

Голобурдин  С.А 
 

Липецк,2010 

Содержание

1.Введение______________________________________________________ 3

2.Основные  параметры сглаживающих фильтров______________________4

3.Пассивные сглаживающие фильтры________________________________6

          3.1.Сглаживающие LC-фильтры_________________________________7

          3.2.Резонансные LС-фильтры__________________________________10

         3.3.Сглаживающие RC-фильтры_________________________________13

4.Активные сглаживающие фильтры_________________________________15

     4.1.с последовательным включением РЭ________________________16

     4.2.с параллельным включением РЭ____________________________16

5.Транзисторные сглаживающие фильтры____________________________17

6.Выбор конденсаторов для сглаживающих фильтров__________________19

7.Заключение____________________________________________________ 20

8.список используемой литературы__________________________________21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Введение

          Слово «фильтр» пришло в русский язык из средневековой латыни (по латыни filtrum — войлок). Через войлок алхимики процеживали жидкости, пытаясь отделить находящиеся в них твердые частицы.

          В каком-то смысле электрический фильтр подобен войлочному, только процеживают через него не жидкости, а электрические сигналы, а критерием фильтрации, является их частота.

          Электрические фильтры — важнейший элемент практически любой электронной схемы, их можно встретить в радиоприемной и передающей аппаратуре, источниках питания, вычислительной технике, устройствах автоматики и телемеханики, звукозаписывающей и воспроизводящей аппаратуре.Электрические фильтры относятся к частотно-избирательным устройствам, в которых ослабление сигнала в некоторой области частот мало по сравнению с другими участками частотного диапазона.

          В данном реферате я намерен описать сглаживающие фильтры, Сущность и принцип работы сглаживающих фильтров. Классификация и виды. Величины, которые характеризуют качество фильтра. Расчет коэффициента сглаживания. Проектирование активных и пассивных сглаживающих фильтров: достоинства, недостатки, и применение. 
 
 
 
 
 

2.Основные параметры сглаживающих фильтров

          Сглаживающий фильтр – электрическая цепь, позволяющая уменьшить пульсации напряжения, получаемые на выходе выпрямителя. Основной характеристикой фильтра является коэффициент сглаживания пульсаций S, представляющий собой отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра Pвх к коэффициенту пульсаций на выходе Pвых

S = Pвх / Pвых .                                                           (1)

     Качество  сглаживающего фильтра (СФ) характеризуется  следующими величинами:

                         (2)

              (3)

     Коэффициент сглаживания:

                (4)

     Коэффициент сглаживания учитывает подавление пульсаций и передачу постоянной составляющей U.

     Для устройств, беспрепятственно передающих постоянную составляющую, коэффициент  сглаживания – это деление  пульсаций между нагрузкой и  фильтром (при этом считается, что  ).

      - коэффициент деления              (5)    

     При расчёте коэффициента сглаживания  применяются различные определения  коэффициента пульсаций. Интенсивность  пульсации оценивают различными способами – вычисляют:

     действующее значение U; амплитуду ; значение ;

                             (6)  

     По  частотному составу различают:

     - низкочастотную пульсацию (<300Гц)

     - высокочастотную пульсацию (>300Гц).

     Применяются разнообразные фильтры:

1. по принципу действия:

     а) пассивные

     б) активные

2. по степени сложности:

     а) простые (однозвенные)

     б) сложные (многозвенные или резонансные);

3. по виду элементов:

     а) LC-фильтры

     б) RC-фильтры.

     При проектировании фильтров как и при  проектировании других электронных  систем и устройств используются общесистемные критерии оптимальности: минимальная стоимость, минимальная масса, и минималь-ные габариты 

     Минимизация сводится к минимизации суммарной  ёмкости и индуктивности.

3.Пассивные сглаживающие фильтры

          Строится на индуктивностях, емкостях, сочетаниях активных сопротивлений и емкостей.

     L-фильтры

     Простейший  пассивный фильтр: L-фильтр.

     Для него справедливы следующие соотношения:

            (7)

            (8)

          (9)

            (10)

     С-фильтр

      Рисунок.1

Для него справедливы следующие соотношения:

                       (11)

             (12)

           (13)

            (14)

     Из  формулы (13) следует, что С-фильтр эффективен в выпрямителях с малым количеством  m импульсов за период выпрямленного напряжения и в устройствах с малым током нагрузки, т.о. область применения С-фильтра противоположна применению L-фильтра.

     При необходимости достижения повышенного  коэффициента сглаживания, применяют  LC-фильтры.

3.1.Сглаживающие LC-фильтры

          Для увеличения КПД и уменьшения потерь выпрямленного напряжения на элементах фильтра широко применяются индуктивно-емкостные (LC) фильтры. На рисунке изображен однозвенный Г-образный LC-фильтр, состоящий из дросселя Др1 и конденсатора Сф1

рисунок.2

          Этот фильтр отличается от однозвенного RС -фильтра тем, что резистор R1 заменен дросселем Др1. Дроссель обладает большим сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному току. В результате напряжение пульсаций, имеющихся на выходе выпрямителя, перераспределяется на делителе Др1Сф1 таким образом, что основная его часть падает на дросселе и несущественная — на конденсаторе Сф1. В то же время из-за малого сопротивления дросселя постоянному току напряжение на выходе фильтра будет мало отличаться от напряжения на выходе выпрямителя, т. е. КПД LC-фильтра оказывается выше, чем КПД RС -фильтра.

          Для увеличения коэффициента сглаживания можно последовательно с одним звеном LC-фильтра включить точно такое же второе звено.

         Уменьшить напряжение пульсаций на выходе однозвенного LC-фильтра можно также, если параллельно дросселю Др1 включить бумажный конденсатор С2, который вместе с индуктивностью дросселя Др1 образует параллельный колебательный контур. Сопротивление контура на резонансной частоте значительно выше сопротивления дросселя. Поэтому, если емкость конденсатора С2 выбрать такой, чтобы резонансная частота контура С2Др1 равнялась частоте пульсаций (50 Гц при однополупериодном выпрямлении или 100 Гц при двухполупериодном выпрямлении), большая часть напряжения пульсаций выделится в этом контуре и незначительная пойдет в нагрузку.

          LC-фильтры могут быть:

     - однозвенные;

     - Г-образные;

     - П-образные;

     - многозвенные; 

     

     Рисунок. 3

    Для Г-образных фильтров:

         (15)

     В данном случае, в отличие от случая использования L- или C-фильтров по заданному коэффициенту сглаживания непосредственно рассчитать необходимые значения L и C, пользуясь формулой для не удаётся, но может быть определено следующее:

           (16)

     П-образные LC-фильтры можно рассматривать как последовательность включения простого С-фильтра и Г-образного LC-фильтра.

          (17)

           Для многозвенного  LC-фильтра:

            (18)

     В теории фильтров показано, что если зафиксировано дозволенное значение суммарной индуктивности и суммарной  емкости фильтра, то максимальное значение коэффициента сглаживания в многозвенном фильтре достигается при одинаковых индуктивностях и емкостях в каждом звене.

     Количество  звеньев многозвенных фильтров выбирается исходя из критерия оптимальности. Фильтры  с минимальной стоимостью содержат иное количество звеньев, чем фильтры  с минимальными массой и габаритами.

     Коэффициент сглаживания можно повысить, используя  резонансное явление и основанный на нем LC-фильтр. 

3.2.Резонансные LС-фильтры.

     Резонансные сглаживающие фильтры используются на выходе выпрямительных устройств, в  которых переменная составляющая выпрямленного  напряжения близка по уровню к первой гармонике. Также они используются для аппаратуры, которая не чувствительна  к высшим гармоническим составляющим напряжения.

     При больших отклонениях частоты  питающего напряжения происходит “расстройка” относительно собственной частоты  контура, что ухудшает сглаживающие свойства фильтра. Поэтому не допускается использование таких фильтров при больших отклонениях частоты питающего напряжения. Изменение тока нагрузки приводит к изменению индуктивности контура, что также уменьшает значение коэффициента сглаживания. Для исключения этого явления в дроссель вводят зазор или обмотку обратной связи, поддерживающую постоянство индуктивности. Последнее приводит к громоздкости фильтра и уменьшению его к.п.д., поэтому рекомендуется использовать такие фильтры при постоянстве тока нагрузки. Для подавления гармонических составляющих напряжения, кроме первой, используют дополнительные реактивные элементы.

     По  сравнению с другими пассивными сглаживающими фильтрами этот тип  фильтров менее громоздкий и имеет  больший к.п.д.

     

     Рисунок .4