4.2. Активні згладжувальні фільтри

В сучасних пристроях електроніки використовуються фільтри, в яких основним елементом є транзистор. Відповідно, такі фільтри на­зивають електронними або активними.

Робота транзисторного фільтра базується на відмінності за вели­чиною опору транзистора для постійної та змінної складових струму колектора. Режим транзистора визначається робочою точкою, яку вибирають на горизонтальній ділянці вихідної характеристики Ik (Uke)(рис.32). Тоді опір постійному струму (статичний опір)

є незначний, а опір змінній складовій струму (динамічний опір)

- набагато більший Враховуючи, що

То при цьому досягається зменшення пульсацій в 3÷5 разів. Тобто робота такого фільтра подібна до роботи фільтра типу «L».

Схеми фільтрів поділяють за способом вмикання навантаження, а саме, послідовно та паралельно до фільтра. Послідовне ввімкнення електронних фільтрів рекомендується для виgростувачів з випростаною напругою 300÷400 В, а паралельне ввімкнення — для виgростувачів з напругою 0÷10 В.

Рис. 32. До пояснення роботи транзисторного фільтра

Розглянемо роботу активного фільтра на прикладі схеми з послі­довним вмиканням навантаження до фільтра (рис. 33, а). Для того, щоб вищі гармоніки вхідного сигналу не проходили через перехід емітер-база й не підсилювались транзистором, вхідний струм фільт­рується ланкою С_б Rб- Резистор R_E і вхідний опір транзистора також є ланкою фільтра. Завдяки від'ємному зворотному зв'язку за струмом отримуємо згладжувальну дію конденсатора С_Б і резистора R_E. Вра­ховуючи, що Rд >>R_СТ, то відповідно і спад напруги від змінної складо­вої струму буде більшим.

Необхідною умовою роботи такого фільтра є наявність RC- ланки, стала часу якої повинна бути набагато більшою за період пульсацій основної гармоніки випростаної напруги R_ВС_Б >> T⁽¹⁾.

Рис. 33. Схеми транзисторних фільтрів з послідовним (а) та паралельним (б) вмиканням навантаження

На рис. 33, б показано схему паралельного вмикання активного фільтра. Резистор R_б1 призначений для задання робочої точки тран­зистора. Через елементи С_Б, R_Б2 проходить змінна складова струму бази, яка підсилюється транзистором й виділяється на резисторі R_ф. Оскільки струм колектора зсунений за фазою щодо струму бази на π, то напруга на резисторі Rф є в протифазі до змінної складової вхідної напруги. В результаті змінна складова напруги на навантаженні знач­но послаблюється.

Приклади до розділу

Задача 4.1. Розрахувати ємність LC-фільтра, якщо відомо коефі­цієнт пульсацій на вході випростувана К_пьх=0,057, частоту струму джерела живлення f = 50 Гц; індуктивність фільтра Lф = 75 мГн; коефіцієнт пульсацій на навантаженні К_П.ВиХ = 0,002. Випростувач зібрано за трифазною мостовою схемою.

Розв'язок: Обчислюємо коефіцієнт згладжування фільтра

Ємність фільтра Сф визначаємо з рівняння

Звідки

Вибираємо два конденсатори ємністю 500 мкФ колений, увімкне­ні паралельно.

Задача 4.2. На виході однофазного мостового випростувача вста­новлено L-фільтр, який забезпечує коефіцієнт пульсацій випростаної напруги К_{П вих} = 0,01. Потужність споживача Р_н = 900 Вт, а напру­га на навантаженні U_H = 36 В. Визначити індуктивність фільтра.

Розв’язок: Визначаємо опір споживача

Коефіцієнт згладжування фільтра дорівнює де Кп. Вх. = 0,667 – коефіцієнт пульсацій випростаної напруги на виході однофазного мостового випростувача.

Індуктивність фільтра визначаємо за виразом

Задача 4.3. Визначити ємність С-фільтра для забезпечення кое­фіцієнта пульсацій на навантаженні 0,1. Потужність та напруга навантаження Р_н = 2,4 Вт; Uн =16 В.

Розв'язок: Визначаємо опір навантаження

Ємність С-фільтра визначаємо за виразом

Задача 4.4. На виході однофазного мостового фільтра встановле­но RC—фільтр. Визначити ємність цього фільтра, якщо на наванта­женні необхідно забезпечити коефіцієнт пульсацій K_{п вих} = 0,2, а опір навантаження R_H = 36 Ом.

Розв’язок: Опір RC - фільтри вибираємо за умовою

Визначаємо ємність фільтра з рівняння q = (0,5÷0,9) 2π f RфCф де

- коефіцієнт згладжування фільтра;

К п.вх = 0,667 - коефіцієнт пульсацій на виході однофазного мостового випростувала.

Отже ємність фільтра дорівнює