Vyhlazovací filtr

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 23. dubna 2021; kontroly vyžadují 8 úprav .

Vyhlazovací filtr - zařízení pro vyhlazení vlnění po usměrnění střídavého proudu.

Nejjednodušším vyhlazovacím filtrem je vysokokapacitní elektrolytický kondenzátor zapojený paralelně se zátěží. Často je paralelně s elektrolytickým kondenzátorem instalován filmový (nebo keramický) kondenzátor s malou parazitní sériovou indukčností, kapacitou zlomků nebo jednotek mikrofaradů, aby se eliminoval vysokofrekvenční a impulsní šum (samotný elektrolytický kondenzátor špatně filtruje vysokofrekvenční frekvenční šum v důsledku velké parazitní indukčnosti ) [1] [2] .

Obecné informace

V libovolném usměrňovacím obvodu na výstupu obsahuje usměrněné napětí kromě konstantní složky proměnnou zvanou zvlnění napětí [3] . Zvlnění napětí je tak výrazné, že je poměrně vzácné napájet přímo zátěž z usměrňovače (při nabíjení baterií, k napájení poplašných obvodů, elektromotorů atd.) - kde přijímač energie není citlivý na proměnnou složku usměrňovače. Napětí. Zvlnění napětí se prudce zhoršuje a častěji dokonce narušuje provoz elektronických zařízení. Pro snížení proměnné složky usměrněného napětí, tedy pro snížení zvlnění, je mezi usměrňovač a zátěž instalován vyhlazovací filtr, který se obvykle skládá z reaktancí (tedy těch, které zahrnují indukčnost a kapacitu ). Takový filtr funguje jako dolnopropustný filtr [4] [5] , který omezuje vyšší harmonické .

Proměnná složka usměrněného napětí je v obecném případě souborem řady harmonických s různými amplitudami, posunutých vzhledem k první v různých úhlech (viz Fourierova řada ) . V tomto případě má první harmonická amplitudu mnohonásobně větší než amplitudy vyšších harmonických. V závislosti na účelu zařízení jsou kladeny různé požadavky na velikost a povahu usměrněného zvlnění napětí. Nejčastěji je u rádiových zařízení kvalita vyhlazování charakterizována hodnotou maximální povolené amplitudy proměnné složky. V tomto případě se filtry spoléhají na maximální potlačení základní harmonické.

Psofometrický interferenční faktor

Při posuzování rušení pronikajícího ze silových obvodů do telefonních kanálů je nutné vzít v úvahu nejen amplitudu napětí dané harmonické , ale i takový parametr, jako je frekvence . To se vysvětluje tím, že mikrotelefonní obvody a lidské ucho mají různou citlivost na vibrace různých frekvencí, i když je jejich amplituda stejná. V tomto ohledu se zavádí pojem psofometrického šumového faktoru [6] , který závisí na frekvenci a jehož hodnota je určena experimentálně s přihlédnutím k mikrotelefonu a lidskému uchu. $a_{k}$

Efektivní hodnota psofometrického zvlněného napětí na výstupu usměrňovače bude: $U$

U={\sqrt {0,5[(U_{01m}\cdot a_{1})^{2}+(U_{02m}\cdot a_{2})^{2}+... +(U_{0km}\cdot a_{k})^{2}]}},

kde jsou psofometrické koeficienty pro odpovídající harmonické;

{\displaystyle a_{1}...,a_{k))

{\displaystyle U_{1}...,U_{k))

jsou amplitudy odpovídajících harmonických usměrněného napětí.

Vyhlazující faktor

Hlavním parametrem vyhlazovacích filtrů je vyhlazovací faktor, což je poměr vstupního faktoru zvlnění k výstupnímu faktoru zvlnění, tedy při zatížení: $(K_{{Bx}})$ $(K_{H}),$

K_{{C}}=K_{{Bx}}/K_{{Ha}}=

(U_{01m}/U_{0})/(U_{H1m}/U_{H}),

kde jsou amplitudy první harmonické napětí na vstupu a výstupu filtru;

U_{01m},\ U_{H1m}

U_{0},\ U_{H}

jsou konstantní složky napětí na vstupu a výstupu filtru.

Typy vyhlazovacích filtrů

Indukční vyhlazovací filtr

Indukční filtr se skládá z tlumivky zapojené do série se zátěží. Vyhlazující účinek takového filtru je založen na výskytu samoindukce v induktoru EMF , která zabraňuje změně usměrněného proudu. Tlumivka je zvolena tak, aby indukční odpor jejího vinutí ( ) byl větší než odpor zátěže Při splnění této podmínky většina proměnné složky spadne na vinutí induktoru. Na zatěžovacím odporu je především konstantní složka usměrněného napětí a složka střídavá, jejíž hodnota je mnohem menší než proměnná složka napětí dopadající na vinutí induktoru. $X_{L}=m\omega _{c}L$ $R_{H}.$ $U_{{0}}$

Koeficient vyhlazování takového filtru se rovná:

K_{C}={\frac {\sqrt {R_{H}^{2}+(m\omega _{c}L)^{2))}{R_{H))},

kde je zátěžový odpor;

R_{{H}}

L

- indukčnost vinutí induktoru;

\omega_{c}

je úhlová frekvence ;

m

- koeficient v závislosti na obvodu usměrňovače a ukazující, kolikrát je frekvence základní harmonické usměrněného napětí větší než frekvence síťového proudu.

Kapacitní vyhlazovací filtr

Kapacitní filtr se obvykle neanalyzuje samostatně, ale společně s usměrňovačem . Jeho vyhlazovací efekt je založen na akumulaci elektrické energie v elektrostatickém poli kondenzátoru a jejím vybití za nepřítomnosti proudu přes ventily usměrňovače v časech, kdy je okamžité napětí na výstupu usměrňovače nižší než napětí na kondenzátoru, přes zátěžový odpor . Kondenzátor má reaktanci : $(R)$

X_{C}=1/(\omega \cdot C),

kde je kapacita kondenzátoru.

C

Koeficient vyhlazování takového filtru bude následující:

K_{C}={\frac {K_{1}}{K_{2}}}={\frac {\left({\frac {2}{m^{2}-1}}\right )}{\left({\frac {H}{rC}}\right)))),

kde je faktor zvlnění na vstupu usměrňovače v nepřítomnosti kondenzátoru;

K_1

K_{2}

- koeficient zvlnění na výstupu usměrňovače v přítomnosti kondenzátoru.

S nárůstem se koeficient vyhlazování indukčního filtru zvyšuje a kapacitní snižuje. Proto je výhodné při usměrňování jednofázových [7] použít kapacitní filtr a při usměrňování vícefázových proudů indukční filtr . $m$

S nárůstem se zvyšuje vyhlazovací účinek kapacitního filtru a snižuje se indukční. Proto je výhodné použít kapacitní filtr při nízkých zatěžovacích proudech a indukční filtr při vysokých zatěžovacích proudech . $R_{{H}}$

LC filtr

Nejpoužívanější je indukčně-kapacitní filtr ve tvaru L. Pro vyhlazení zvlnění s takovým filtrem je nutné, aby kapacita kondenzátoru pro nižší frekvenci spektra zvlnění byla mnohem menší než odpor zátěže a také mnohem menší než indukční odpor tlumivky pro první harmonickou.

Když jsou splněny tyto podmínky, při zanedbání aktivního odporu induktoru bude koeficient vyhlazování takového filtru ve tvaru L roven:

K_{c}=m^{2}\omega _{c}^{2}LC-1.

Protože je vlastní frekvence filtru, pak $1/{\sqrt {LC}}=\omega _{0}$

K_{c}=(m\omega _{c}/\omega _{0})^{2}-1.

Jednou z hlavních podmínek pro výběr je zajištění indukční odezvy filtru. Taková reakce je nutná pro větší stabilitu vnějších charakteristik usměrňovače, stejně jako v případech, kdy se v usměrňovačích používají germanium, křemík [8] nebo plynové výtlačné ventily . $L$ $C$

Pro zajištění indukční impedance je nutné splnit nerovnost:

L>2R_{H}/(m^{2}-1)m\omega _{c}.

Při návrhu filtru je také nutné zajistit takový poměr reaktancí tlumivky a kondenzátoru, při kterém by nemohlo dojít k rezonanci při frekvenci zvlnění usměrněného napětí a frekvenci změny zatěžovacího proudu.

Filtr ve tvaru U může být reprezentován jako dvoudílný filtr skládající se z kapacitního filtru s kapacitou a filtru ve tvaru L s a . $LC$ $C_{{0}}$ $L$ $C_{1}$

Koeficient vyhlazování takového filtru se bude rovnat:

K_{{c}}=

{2rC_{{0}} \over (m^{2}-1)H}

(m^{2}\omega _{c}^{2}LC_{1}-1).

U filtru ve tvaru U dosahuje vyhlazovací koeficient své maximální hodnoty, když jsou kapacity stejné $C_{1}=C_{0}.$

Pokud je potřeba zajistit velký koeficient vyhlazování, je vhodné použít vícečlánkový filtr, filtr složený ze dvou nebo více jednočlánkových filtrů. Koeficient vyhlazování takového filtru se bude rovnat:

K_{c}=

K_{c1}\cdot K_{c2}\cdot K_{c3}\cdot ...\cdot K_{cn},

to znamená, že celkový koeficient vyhlazení se bude rovnat součinu koeficientů vyhlazení všech filtrů zapojených v sérii.

Pokud se všechny odkazy filtru skládají ze stejných prvků ( a ), což je prakticky nejvýhodnější, pak: ${\displaystyle C_{1}=C_{2}=\cdot =C_{n))$ ${\displaystyle L_{1}=L_{2}=\cdot =L_{n))$

{\displaystyle K_{c1}=K_{c2}=\cdot =K_{cn))

K_{c}=K_{zv}^{n}=(m\omega _{c})^{2n}(L_{zv}C_{zv})^{n},

kde je koeficient vyhlazení každého odkazu;

K_{{zv}}

C_{{zv}}

, - respektive, indukčnost a kapacita každého spoje;

L_{{zv}}

n

- počet odkazů.

RC filtr

V usměrňovačích s nízkým výkonem se v některých případech používají filtry, které zahrnují aktivní odpor a kapacitu. V takovém filtru jsou úbytek napětí a ztráta energie na rezistoru relativně velké , ale rozměry a náklady na takový filtr jsou menší než u indukčně-kapacitního filtru. Koeficient vyhlazování takového filtru se bude rovnat: $R$

K_{{c}}=

mw_{{c}}CR

R_{H} \over R_{H}+R.

Hodnota odporu filtru je určena na základě optimální hodnoty jeho účinnosti. Optimální hodnota účinnosti leží v rozmezí od 0,6 do 0,8. $R$

Výpočet aktivního kapacitního filtru ve tvaru U se provádí stejně jako v případě LC filtru ve tvaru U, a to rozdělením tohoto filtru na kapacitní a RC filtry ve tvaru L.

Smoothing Reactor

Statické elektromagnetické zařízení určené k využití své indukčnosti v elektrickém obvodu za účelem snížení obsahu vyšších harmonických (vlnění) v usměrněném proudu. Používá se na stejnosměrných trakčních stanicích , na střídavých elektrických kolejových vozidlech (elektrické lokomotivy, elektrické vlaky). Vyhlazovací tlumivka je obvykle zapojena do série s usměrňovačem, takže jím prochází celý zátěžový proud.

Poznámky

↑ Sazhnev A. M., Rogulina L. G. Elektrická konverzní zařízení radioelektronických systémů: učebnice. příspěvek. / 3,5 Vyhlazovací filtry. / Novosibirsk, 2011. - 220 s., MDT 621.314.2 (075.8) С147
↑ Zhdankin V. Potlačení elektromagnetického rušení ve vstupních obvodech stejnosměrných měničů napětí. . Získáno 29. listopadu 2020. Archivováno z originálu dne 5. srpna 2017. (neurčitý)
↑ Vliv zvlnění napětí na výstupní napětí . Získáno 31. května 2012. Archivováno z originálu 19. července 2011. (neurčitý)
↑ Sedra, Adel; Smith, Kenneth C. Microelectronic Circuits, 3 ed (neurčité) . — Saunders College Publishing, 1991. - S. 60 . — ISBN 0-03-051648-X .
↑ Mastering Windows: Zlepšení rekonstrukce . Získáno 30. 5. 2012. Archivováno z originálu 22. 9. 2017. (neurčitý)
↑ Psofometrický šumový faktor . Získáno 31. 5. 2012. Archivováno z originálu 3. 4. 2018. (neurčitý)
↑ Střídavý jednofázový proud . Datum přístupu: 31. května 2012. Archivováno z originálu 7. června 2012. (neurčitý)
↑ Germániové a křemíkové diody

Literatura

Kitaev V. E., Bokunyaev A. A., Kolkanov M. F. Napájení komunikačních zařízení. - M .: "Komunikace" , 1975. - S. 328.

Bushuev V. M., Deminsky V. A., Zakharov L. F. Napájení zařízení a telekomunikačních systémů. - M .: "Komunikace" , 2009. - S. 383.

Raymond Mack. Spínané zdroje . - M . : Nakladatelství "Dodeka XXI", 2008. - S. 272 .

Mitrofanov A. V., Shchegolev A. I. Pulzní zdroje sekundárního napájení v domácích rádiových zařízeních. - M .: Rádio a komunikace , 1985. - S. 37.

Veresov GP Napájení domácích radioelektronických zařízení . - M . : Rozhlas a komunikace, 1983. - 128 s. — 60 000 výtisků. Archivováno 27. července 2009 na Wayback Machine

Kostikov V. G., Parfyonov E. M., Shakhnov V. A. Zdroje napájení pro elektronická zařízení. Obvod a design: učebnice pro střední školy. - 2. - M . : Horká linka - Telecom, 2001. - 344 s. - 3000 výtisků. — ISBN 5-93517-052-3 .

Viz také

Odkazy

Užitečné články

Online výpočet RC filtrů (LPF a HPF)
"Vyhlazovací filtry tranzistorů" (ruština)
"Usměrňovače" (ruština)
"Vyhlazovací filtry" (ruština)
"Vícelinkové filtry" (ruština)
"Filtry ve tvaru L" (ruština)
"LC filtr "
"RC filtr "
"Ventil" (ruština)
"Indukčnost" (ruština)
"Kondenzátor" (ruština)
"lineární filtr "
"RL filtr "
"RLC filtr "
"Polyfázové proudy" (ruština)
Efektivita - článek z Velké sovětské encyklopedie . (Ruština)
impedance _
Hlavní charakteristiky a parametry filtrů (ruštiny)
Dolní propust
Dolní propust (ruština)

Video

"Vyhlazovací filtr tranzistoru", CHIP AND DIP (ruština)

Poznámky

Všechny vyhlazovací filtry se aplikují v závislosti na výkonu zátěže