Сглаживающие фильтры

Практически в выпрямителях, питающих аппаратуру на электронных лампах, применяют электролитические конденсаторы емкостью порядка десятков микрофарад, а в низковольтных выпрямителях транзисторной аппаратуры — порядка сотен и тысяч мищего фильтра) напряжение с меньшими пульсациями экономически и технически нецелесообразно, так как он получился бы очень больших размеров или пришлось бы составлять его из нескольких параллельно включенных конденсаторов.

Дальнейшее сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется RC, состоящим из резистора и конденсатора С2. При соответствующем выборе сопротивления резистора Rx и емкости конденсатора С2 на последнем можно получить напряжение со значительно меньшей пульсацией, чем на конденсаторе Сх.
Познакомимся с принципом действия RC-звена сглаживающего фильтра. В то время, когда входной конденсатор фильтра заряжается проходящим через диод импульсом тока, напряжение на этом конденсаторе, как мы знаем, повышается. Вследствие этого увеличивается ток, подзаряжающий конденсатор С2 через резистор Rv Однако при увеличении этого тока падение напряжения на резисторе увеличивается. Поэтому напряжение на конденсаторе увеличивается на относительно меньшую величину, чем на конденсаторе Cv Следовательно, в результате совместного действия резистора и конденсатора С2 пульсация напряжения на последнем получается меньше, чем на входном конденсаторе фильтра Сг. Сглаживающее действие RC-звена тем больше, чем больше сопротивление резистора и чем больше емкость конденсатора С2. Однако с увеличением сопротивления резистора уменьшается не только пульсация напряжения на конденсаторе С2, но и среднее значение этого напряжения. Это вынуждает ограничивать величину сопротивления резистора в RC-звене, а его сглаживающее свойство повышать, главным образом увеличивая емкость конденсатора.

Вместо RC-звена в сглаживающих фильтрах иногда применяют LC-звенья. Такое звено отличается от RC-звена тем, что вместо резистора в него включен дроссель с сердечником из листовой или ленточной электротехнической стали таким же, как у трансформатора питания (рис.10, а). Дроссели фильтров выпрямителей, питающих транзисторную аппаратуру, обычно имеют индуктивность от долей генри до нескольких генри. В фильтрах выпрямителей, питающих аппаратуру на электронных лампах, применяют дроссели с индуктивностью порядка единиц — десятков генри. Сглаживание пульсаций дроссели обладая значительной индуктивностью, он оказывает значительное препятствие всякому изменению тока через него. Когда напряжение на конденсаторе Сг увеличивается, должен был бы соответственно увеличиваться и ток через дроссель. Но он стремится задержать увеличение тока. Когда же напряжение на конденсаторе Сх уменьшается, то дроссель поддерживает ток в цепи разряда конденсатора. В результате заряд конденсатора С2 осуществляется током с пониженной пульсацией. Конденсатор С2 обеспечивает дальнейшее сглаживание пульсаций. В те интервалы времени, когда он не подзаряжается током через дроссель, он отдает накопленную энергию нагрузке выпрямителя.
Заметим, что включение резистора или дросселя между положительными полюсами конденсаторов, т. е. как показано на приведенных выше схемах, применяют в выпрямителях, питающих аппаратуру на электронных лампах. При этом упрощается монтаж фильтров: корпуса электролитических конденсаторов, т. е. их отрицательные полюсы, не нужно изолировать от шасси аппаратуры, они соединяются между собой через металл шасси. Только корпус конденсатора Сх в выпрямителе с удвоением напряжения должен быть надежно изолирован от металлического шасси.
Сглаживающее действие фильтра не изменяется, если дроссель или резистор включить между отрицательными полюсами конденсаторов (рис. 10, б). Такое включение часто оказывается более удобным в выпрямителе, питающем аппаратуру на транзисторах.
В заключение отметим, что RC-фильтры очень широко распространены в выпрямителях радиоприемников, радиол, магнитофонов и электрофонов, так как они имеют меньшие размеры и более дешевы по сравнению с фильтрами, содержащими дроссели. Практически RC-фильтры целесообразно применять во всех случаях, когда мощность выпрямленного тока не превышает 20 вт. Когда нужно иметь очень малые пульсации напряжения на питаемой нагрузке, то применяют RC-фильтр, состоящий из двух или большего числа звеньев. На рис. 10 показана для примера схема двухзвенного RC-фильтра. Суммарная емкость конденсаторов в таком фильтре будет меньше по сравнению с однозвенным фильтром, обеспечивающим такую же степень сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.
Применять дроссель в сглаживающем фильтре целесообразно, если мощность выпрямленного тока, отдаваемого выпрямителем, превышает 25—30 вт, например в выпрямителе телевизора.
Пульсация постоянных напряжений, питающих мощные выходные каскады приемников и усилителей низкой частоты, может быть больше пульсаций напряжений питания входных и промежуточных каскадов. Вместе с тем мощность тока, идущего на питание выходного каскада, составляет значительную часть общей мощности выпрямителя. Поэтому целесообразно, применяя в выпрямителе двух-трехзвенный сглаживающий фильтр, подавать питание на выходной каскад с конденсатора первого RC-звена (напряжение Ux в схеме на рис. 10, в), а остальные каскады питать через все звенья фильтра (напряжение U2). В зависимости от требуемого тока и степени сглаживания пульсации первое звено фильтра может быть RC или LC типа. Поскольку через остальные звенья фильтра проходят относительно небольшие токи, эти звенья делают RC-типа. Многозвенные LC-фильтры для питания приемо-усилительной аппаратуры не применяют.
В некоторых случаях часть нагрузки выпрямителя подключают к входному конденсатору фильтра выпрямителя. Так, например, можно питать двухтактные каскады усилителей низкой частоты, которые не вносят существенного фона в передачу при относительно больших пульсациях питающего напряжения. В схеме на рис. 10в напряжение, подаваемое на питание двухтактного оконечного каскада, обозначено U0.