Tasoittava suodatin

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. huhtikuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 8 muokkausta .

Tasoitussuodatin - laite tasoittaa aaltoilua vaihtovirran tasasuuntauksen jälkeen.

Yksinkertaisin tasoitussuodatin on suurikapasiteettinen elektrolyyttikondensaattori , joka on kytketty rinnan kuorman kanssa. Usein elektrolyyttikondensaattorin rinnalle asennetaan kalvo- (tai keraaminen) kondensaattori, jolla on pieni loissarjan induktanssi, mikrofaradien fraktioiden tai yksiköiden kapasitanssi korkeataajuisen ja impulssikohinan eliminoimiseksi (elektrolyyttikondensaattori itse suodattaa huonosti korkea- taajuuskohina suuresta loisinduktanssista ) [1] [2] .

Yleistä tietoa

Missä tahansa lähdössä olevassa tasasuuntauspiirissä tasasuuntautunut jännite sisältää vakiokomponentin lisäksi muuttujan, jota kutsutaan jännitteen aaltoiluksi [3] . Jännitteen aaltoilu on niin merkittävää, että on suhteellisen harvinaista syöttää kuormaa suoraan tasasuuntaajalta (akkuja ladattaessa hälytyspiireihin, sähkömoottoreihin jne.) - kun energian vastaanotin ei ole herkkä tasasuuntaajan muuttuvalle komponentille. Jännite. Jännitteen aaltoilu pahenee jyrkästi ja useammin jopa häiritsee elektronisten laitteiden toimintaa. Tasasuunnatun jännitteen muuttuvan komponentin vähentämiseksi eli aaltoilun vähentämiseksi tasasuuntaajan ja kuorman väliin asennetaan tasoitussuodatin, joka yleensä koostuu reaktansseista (eli niistä, jotka sisältävät induktanssin ja kapasitanssin ). Tällainen suodatin toimii alipäästösuodattimena [4] [5] , joka katkaisee korkeammat harmoniset .

Tasasuunnatun jännitteen muuttuva komponentti on yleensä kokoelma useita eri amplitudeilla olevia harmonisia, jotka on siirretty ensimmäiseen nähden eri kulmissa (katso Fourier-sarja ) . Tässä tapauksessa ensimmäisen harmonisen amplitudi on monta kertaa suurempi kuin korkeampien harmonisten amplitudit. Tasasuunnatun jännitteen aaltoilun suuruudelle ja luonteelle asetetaan erilaisia vaatimuksia laitteen käyttötarkoituksesta riippuen. Useimmiten radiolaitteissa tasoituksen laatua luonnehtii muuttuvan komponentin suurimman sallitun amplitudin arvo. Tässä tapauksessa suodattimet luottavat perusharmonisen maksimivaimennuksen.

Psofometrinen häiriötekijä

Arvioitaessa häiriöitä, jotka tunkeutuvat tehopiireistä puhelinkanaviin, on otettava huomioon paitsi tietyn harmonisen jänniteamplitudi , myös sellainen parametri kuin taajuus . Tämä selittyy sillä, että mikropuhelinpiireillä ja ihmiskorvalla on erilainen herkkyys eri taajuuksille värähtelyille, vaikka niiden amplitudi olisi sama. Tässä yhteydessä otetaan käyttöön käsite psofometrinen kohinatekijä [6] , joka riippuu taajuudesta ja jonka arvo määritetään kokeellisesti ottaen huomioon mikrofoni ja ihmisen korva. $a_{k}$

Psofometrisen aaltoilujännitteen tehollinen arvo tasasuuntaajan lähdössä on: $U$

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

missä ovat vastaavien harmonisten psofometriset kertoimet;

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

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

ovat tasasuunnatun jännitteen vastaavien harmonisten amplitudit.

Tasoitustekijä

Tasoitussuodattimien pääparametri on tasoituskerroin, joka on sisääntulon aaltoilukertoimen suhde lähdön aaltoilutekijään, eli kuormituksella: $(K_{{Bx}})$ ${\näyttötyyli (K_{H}),}$

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

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

missä ovat jännitteiden ensimmäisen harmonisen amplitudit suodattimen tulossa ja lähdössä, vastaavasti;

U_{01m},\ U_{H1m}

U_{0},\ U_{H}

ovat suodattimen tulon ja lähdön jännitteiden vakiokomponentteja.

Tasoitussuodattimien tyypit

Induktiivinen tasoitussuodatin

Induktiivinen suodatin koostuu kuristimesta , joka on kytketty sarjaan kuorman kanssa. Tällaisen suodattimen tasoitusvaikutus perustuu itseinduktion esiintymiseen induktorin EMF :ssä , mikä estää tasasuunnatun virran muuttamisen. Induktori valitaan siten, että sen käämin ( ) induktiivinen resistanssi on suurempi kuin kuormitusvastus.Kun tämä ehto täyttyy, suurin osa muuttuvasta komponentista putoaa kelan käämille . Kuormitusvastuksessa on pääosin tasasuuntaisen jännitteen vakiokomponentti ja vaihtokomponentti, jonka arvo on paljon pienempi kuin induktorin käämille putoavan jännitteen muuttuva komponentti. $X_{L}=m\omega _{c}L$ $R_{H}.$ $U_{{0}}$

Tällaisen suodattimen tasoituskerroin on yhtä suuri:

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

missä on kuormitusvastus;

R_{{H}}

L

- induktorin käämin induktanssi;

\omega_{c}

on kulmataajuus ;

m

- kerroin riippuu tasasuuntaajapiiristä ja osoittaa kuinka monta kertaa tasasuuntaisen jännitteen perusharmonisen taajuus on suurempi kuin verkkovirran taajuus.

Kapasitiivinen tasoitussuodatin

Kapasitiivista suodatinta ei yleensä analysoida erikseen, vaan yhdessä tasasuuntaajan kanssa . Sen tasoitusvaikutus perustuu sähköenergian kerääntymiseen kondensaattorin sähköstaattiseen kenttään ja sen purkautumiseen tasasuuntausventtiilien läpi kulkevan virran puuttuessa aikoina, jolloin hetkellinen jännite tasasuuntaajan lähdössä on pienempi kuin kondensaattorin yli oleva jännite. kuormitusvastus . Kondensaattorilla on reaktanssi : ${\näyttötyyli (R)}$

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

missä on kondensaattorin kapasitanssi .

C

Tällaisen suodattimen tasoituskerroin on seuraava:

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

missä on aaltoilukerroin tasasuuntaajan sisääntulossa kondensaattorin puuttuessa;

K_1

K_{2}

- aaltoilukerroin tasasuuntaajan lähdössä kondensaattorin läsnä ollessa.

Kasvaessa induktiivisen suodattimen tasoituskerroin kasvaa ja kapasitiivisen pienenee. Siksi on edullista käyttää kapasitiivista suodatinta tasasuunnattaessa yksivaiheista [7] ja induktiivista suodatinta tasasuuntaamaan monivaihevirtoja . $m$

Lisääntyessä kapasitiivisen suodattimen tasoitusvaikutus kasvaa ja induktiivisen pienenee. Siksi on edullista käyttää kapasitiivista suodatinta pienillä kuormitusvirroilla ja induktiivista suodatinta suurilla kuormitusvirroilla . $R_{{H}}$

LC-suodatin

L-muotoinen induktiivinen-kapasitiivinen suodatin on yleisimmin käytetty. Aaltoilun tasoittamiseksi tällaisella suodattimella on välttämätöntä, että aaltoiluspektrin alemman taajuuden kondensaattorin kapasitanssi on paljon pienempi kuin kuormitusvastus ja myös paljon pienempi kuin induktorin induktiivinen vastus ensimmäiselle harmoniselle.

Kun nämä ehdot täyttyvät, induktorin aktiivinen vastus huomioimatta, tällaisen L-muotoisen suodattimen tasoituskerroin on yhtä suuri:

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

Koska on siis suodattimen luonnollinen taajuus $1/{\sqrt {LC}}=\omega _{0}$

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

Yksi valinnan pääehdoista on varmistaa suodattimen induktiivinen vaste. Tällainen reaktio on välttämätön tasasuuntaajan ulkoisten ominaisuuksien suuremman vakauden kannalta, samoin kuin tapauksissa, joissa tasasuuntaajissa käytetään germaniumia, piitä [8] tai kaasupurkausventtiilejä . $L$ $C$

Induktiivisen impedanssin varmistamiseksi on välttämätöntä täyttää epäyhtälö:

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

Suodatinta suunniteltaessa on myös varmistettava sellainen induktorin ja kondensaattorin reaktanssien suhde, jossa resonanssia ei voisi esiintyä tasasuunnatun jännitteen aaltoilutaajuudella ja kuormitusvirran muutoksen taajuudella.

U-muotoinen suodatin voidaan esittää kaksiosaisena suodattimena, joka koostuu kapasitanssisesta kapasitiivisesta suodattimesta ja L-muotoisesta suodattimesta, jossa on ja . $LC$ $C_{{0}}$ $L$ $C_{1}$

Tällaisen suodattimen tasoituskerroin on yhtä suuri:

K_{{c}}=

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

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

U-muotoisessa suodattimessa tasoituskerroin saavuttaa maksimiarvon, kun kapasitanssit ovat samat $C_{1}=C_{0}.$

Jos on tarpeen tarjota suuri tasoituskerroin, on suositeltavaa käyttää monilinkkisuodatinta, suodatinta, joka koostuu kahdesta tai useammasta yksilinkkisuodattimesta. Tällaisen suodattimen tasoituskerroin on yhtä suuri:

K_{c}=

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

eli kokonaistasoituskerroin on yhtä suuri kuin kaikkien sarjaan kytkettyjen suodattimien tasoituskertoimien tulo.

Jos kaikki suodatinlinkit koostuvat samoista elementeistä ( ja ), mikä on käytännössä tarkoituksenmukaisinta, niin: ${\displaystyle C_{1}=C_{2}=\cdot =C_{n))$ ${\displaystyle L_{1}=L_{2}=\cdot =L_{n))$

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

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

missä on kunkin linkin tasoituskerroin;

K_{{zv}}

C_{{zv}}

, - vastaavasti kunkin linkin induktanssi ja kapasitanssi;

L_{{zv}}

n

- linkkien määrä.

RC-suodatin

Pienitehoisissa tasasuuntaajissa joissakin tapauksissa käytetään suodattimia, jotka sisältävät aktiivisen resistanssin ja kapasitanssin. Tällaisessa suodattimessa jännitehäviö ja energiahäviö vastuksen yli ovat suhteellisen suuria , mutta tällaisen suodattimen mitat ja hinta ovat pienemmät kuin induktiivis-kapasitiivisen suodattimen. Tällaisen suodattimen tasoituskerroin on yhtä suuri: $R$

K_{{c}}=

mw_{{c}}CR

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

Suodattimen resistanssiarvo määräytyy sen hyötysuhteen optimaalisen arvon perusteella. Optimaalinen hyötysuhde on välillä 0,6 - 0,8. $R$

U-muotoisen aktiivi-kapasitiivisen suodattimen laskenta suoritetaan samalla tavalla kuin U-muotoisen LC-suodattimen tapauksessa jakamalla tämä suodatin kapasitiivisiin ja L-muotoisiin RC-suodattimiin.

Smoothing Reactor

Staattinen sähkömagneettinen laite, joka on suunniteltu käyttämään induktanssiaan sähköpiirissä korkeampien harmonisten (aaltoilun) pitoisuuden vähentämiseksi tasasuuntaisessa virrassa. Sitä käytetään DC-vetoasemilla , vaihtovirtasähköisessä liikkuvassa kalustossa (sähköveturit, sähköjunat). Tasoitusreaktori on yleensä kytketty sarjaan tasasuuntaajan kanssa, joten koko kuormitusvirta kulkee sen läpi.

Muistiinpanot

↑ Sazhnev A. M., Rogulina L. G. Radioelektronisten järjestelmien sähkömuunnoslaitteet: oppikirja. korvaus. / 3.5 Tasoitussuodattimet. / Novosibirsk, 2011. - 220 s., UDC 621.314.2 (075.8) С147
↑ Zhdankin V. Sähkömagneettisten häiriöiden vaimennus DC-jännitemuuntajien tulopiireissä. . Haettu 29. marraskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 5. elokuuta 2017. (määrätön)
↑ Aaltoilujännitteen vaikutus lähtöjännitteeseen . Haettu 31. toukokuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 19. heinäkuuta 2011. (määrätön)
↑ Sedra, Adel; Smith, Kenneth C. Microelectronic Circuits, 3 painos (määrätön) . — Saunders College Publishing, 1991. - S. 60 . — ISBN 0-03-051648-X .
↑ Windowsin hallitseminen: jälleenrakennuksen parantaminen . Haettu 30. toukokuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. syyskuuta 2017. (määrätön)
↑ Psofometrinen kohinatekijä . Haettu 31. toukokuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 3. huhtikuuta 2018. (määrätön)
↑ Vaihtuva yksivaihevirta . Käyttöpäivä: 31. toukokuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 7. kesäkuuta 2012. (määrätön)
↑ Germanium- ja piidiodit

Kirjallisuus

Kitaev V. E., Bokunyaev A. A., Kolkanov M. F. Viestintälaitteiden virtalähde. - M . : "Kommunikaatio" , 1975. - S. 328.

Bushuev V. M., Deminsky V. A., Zakharov L. F. Laitteiden ja tietoliikennejärjestelmien virtalähde. - M . : "Viestintä" , 2009. - S. 383.

Raymond Mack. Hakkurivirtalähteet . - M . : Kustantaja "Dodeka XXI", 2008. - S. 272 .

Mitrofanov A. V., Shchegolev A. I. Toissijaisen virtalähteen pulssilähteet kotitalouksien radiolaitteissa. - M . : Radio ja viestintä , 1985. - S. 37.

Veresov GP Kotitalouksien radioelektronisten laitteiden virtalähde . - M . : Radio ja viestintä, 1983. - 128 s. - 60 000 kappaletta. Arkistoitu 27. heinäkuuta 2009 Wayback Machinessa

Kostikov V. G., Parfyonov E. M., Shakhnov V. A. Virtalähteet elektronisille laitteille. Piirit ja suunnittelu: Oppikirja lukioille. - 2. - M . : Hot line - Telecom, 2001. - 344 s. - 3000 kappaletta. — ISBN 5-93517-052-3 .

Katso myös

Linkit

Hyödyllisiä artikkeleita

RC-suodattimien online-laskenta (LPF ja HPF)
"Transistorin tasoitussuodattimet" (venäjä)
"Tasasuuntaajat" (venäjäksi)
"Smoothing filters" (venäjä)
"Multi-link filters" (venäjä)
"L-muotoiset suodattimet" (venäjä)
"LC-suodatin "
"RC-suodatin "
"Ventil" (venäjä)
"Induktanssi" (venäjä)
"Lauhdutin" (venäjä)
"lineaarinen suodatin "
"RL-suodatin "
"RLC-suodatin "
"Monifaasivirrat" (venäjä)
Tehokkuus - artikkeli Great Soviet Encyclopediasta . (Venäjän kieli)
impedanssi _
Suodattimien pääominaisuudet ja parametrit (venäläinen)
Alipäästösuodatin _
Alipäästösuodatin (venäjä)

Video

"Transistorin tasoitussuodatin", CHIP AND DIP (venäjä)

Muistiinpanot

Kaikkia tasoitussuodattimia käytetään kuormitustehosta riippuen