"Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки"
Кафедра захисту інформації
РЕФЕРАТ
на тему:
«Згладжує фільтр»
МІНСЬК, 2009
Згладжуючими вважають фільтри, пропускають з малим ослабленням постійну складову і з більшим послабленням змінну складову.
Якість згладжує фільтра (СФ) характеризується такими величинами:
(1)
(2)
Коефіцієнт згладжування:
(3)
Коефіцієнт згладжування враховує придушення пульсацій і передачу постійної складової U.
Для пристроїв, безперешкодно передавальних постійну складову, коефіцієнт згладжування - це поділ пульсацій між навантаженням і фільтром (при цьому вважається, що ).
- Коефіцієнт розподілу (4)
При розрахунку коефіцієнта згладжування застосовуються різні визначення коефіцієнта пульсацій. Інтенсивність пульсації оцінюють різними способами - обчислюють:
- Діюче значення U;
- Амплітуду ;
- Значення ;
(5)
За частотного складу розрізняють:
- Низькочастотну пульсацію (<300Гц)
- Високочастотну пульсацію (> 300Гц).
Застосовуються різноманітні фільтри:
за принципом дії:
а) пасивні
б) активні
за ступенем складності:
а) прості (однозвенная)
б) складні (багатоланкові або резонансні);
за видом елементів:
а) LC-фільтри
б) RC-фільтри.
При проектуванні фільтрів як і при проектуванні інших електронних систем і пристроїв використовуються загальносистемні критерії оптимальності:
- Мінімальна вартість;
- Мінімальна маса;
- Мінімальні габарити;
Мінімізація зводиться до мінімізації сумарної ємності та індуктивності.
Пасивні згладжують фільтри
Будується на індуктивності, ємності, поєднаннях активних опорів і ємностей.
L-фільтри
Найпростіший пасивний фільтр: L-фільтр.
Для нього справедливі наступні співвідношення:
(6)
(7)
(8)
(9)
С-фільтр
Малюнок 1
Для нього справедливі наступні співвідношення:
(10)
(11)
(12)
(13)
З формули (13) випливає, що С-фільтр ефективний у випрямлячах з малою кількістю m імпульсів за період випрямленої напруги і в пристроях з малим струмом навантаження, таким чином область застосування С-фільтра протилежна застосування L-фільтра.
При необхідності досягнення підвищеного коефіцієнта згладжування, застосовують LC-фільтри.
L С-фільтри.
LC-фільтри можуть бути:
- Однозвенная;
- Г-образні;
- П-образні;
- Багатоланкові;
Малюнок 2
Для Г-образних фільтрів:
(14)
У даному випадку, на відміну від випадку використання L - або C-фільтрів за заданим коефіцієнтом згладжування безпосередньо розрахувати необхідні значення L і C, користуючись формулою для не вдається, але може бути визначено таке:
(15)
П-образні LC-фільтри можна розглядати як послідовність включення простого С-фільтра і Г-образного LC-фільтра.
(16)
Для багатоланкового LC-фільтра:
(17)
У теорії фільтрів показано, що якщо зафіксовано дозволене значення сумарної індуктивності та сумарної ємності фільтра, то максимальне значення коефіцієнта згладжування в багатоланковим фільтрі досягається при однакових індуктивність і ємність в кожній ланці.
Кількість ланок багатоланкових фільтрів вибирається виходячи з критерію оптимальності. Фільтри з мінімальною вартістю містять іншу кількість ланок, чим фільтри з мінімальними масою і габаритами.
Коефіцієнт згладжування можна підвищити, використовуючи резонансне явище і заснований на ньому LC-фільтр.
Резонансні L С-фільтри.
Малюнок 3
(18)
(19)
(20)
, (21)
де
Можлива схема з використанням послідовного резонансу (малюнок 4).
Малюнок 4
(22)
(23)
Використання резонансних LC-фільтрів дозволяє в 2-3 рази збільшити коефіцієнт згладжування проти LC-фільтрів з порівняльними витратами.
Однак резонансні фільтри складні в налаштуванні і можуть засмутиться через старіння елементів, за рахунок зміни струму I підмагнічування дроселя.
З використанням реактивностей можуть бути побудовані і фільтри з компенсацією змінної складової.
Недоліки: значні маса і габарити, зумовлені в основному конструктивними особливостями L (дроселя). Тому в малопотужних випрямлячах зі слабким струмом навантаження широко застосовуються RC-фільтри.
RC згладжують фільтри.
а) б)
Малюнок 5
(24)
RC-фільтри в своєму схемном обрисі і аналітичному описі багато в чому подібні відповідним LC-фільтрам.
Переваги:
-Простота;
-Малі габарити.
Недолік: неможливість використання в колах з великими струмами з-за неприпустимих падінь напруги на опорі фільтра, що діють при великих струмах навантаження .
Загальний недолік LC - і RC-фільтрів є складність отримання великих коефіцієнтів згладжування.
Значний коефіцієнт згладжування забезпечують активні згладжують фільтри.
Активні згладжують фільтри
Активні фільтри будуються з використанням електронних ламп по 2 схемами:
- З послідовним включенням регулювального елемента (РЕ);
- З паралельним включенням РЕ;
Розглянемо напівпровідникові варіанти таких фільтрів.
Транзисторний активний згладжує фільтр з послідовним включенням РЕ.
Робота фільтра заснована на тому, що проміжок колектор-емітер має великий опір для змінного струму, або порівняно невелике для постійного, що задається робочої точкою (струмом бази). Для зменшення проникнення пульсації в керуючу мережу бази, фільтр R-бази С-фільтра можна ускладнити (додати з
). Крім цього, замість VT можна використовувати схему РЕ, щоб зменшити струм I з опору
.
(25)
Недолік: необхідність пропускання потужного струму навантаження через VT.
Даний недолік виключає VT-фільтр з паралельним включенням РЕ.
Транзисторний активний згладжує фільтр з паралельним включенням РЕ.
Малюнок 6
Схема з послідовним включенням (по відношенню до навантаження) VT пред'являє високі вимоги до пропускної здатності цього VT по струму. Крім того на VT розсіюється значна потужність, що знижує ККД пристрою.
У схемі з паралельним включенням VT, цей VT може бути малопотужним, але на додатковому опорі при великих струмах навантаження діє значне падіння напруги і втрати потужності.
Схема з паралельним включенням VT переважніше в малопотужних пристроях і при імпульсному споживанні енергії.
Недолік: труднощі забезпечення значних потужностей.
У технічній електроніці в багатьох випадках потрібно регульоване вихідна напруга джерела живлення (або струм). Крім того, через нестабільність (непостійності) напруги U первинного джерела харчування міняється і U ІВЕП, що може виявитися для споживача неприйнятно. У цих випадках виявляється доцільним регулювати і стабілізувати U і I ІВЕП.
ЛІТЕРАТУРА
Іванов-Циганов А.І. Електротехнічні пристрої радіосистем: Підручник. - Вид. 3-є, перероб. і доп.-Мн: Вища школа, 200
Алексєєв О.В., Китаєв В.Є., Шіхін А.Я. Електричні пристрої / Под ред. А. Я. Шіхіна: Підручник. - М.: Енергоіздат, 200 - 336 с.
Березін О.К., Костіков В.Г., Шахно В.А. джерела електроживлення радіоелектронної апаратури. - М.: Три Л, 2000. - 400 с.
Шустов М.А. Практична схемотехніка. Джерела живлення і стабілізатори. Кн. 2. - М.: Альтекс а, 2002. -191 С.