4.1.2 Расчет пассивного сглаживающего фильтра

Исходные данные:

параметры выпрямителя;

коэффициент сглаживания.

1. Выбор электрической схемы фильтра (см. рисунок 4.3 а, б).

Электрическая схема сглаживающего фильтра определяется требуемым коэффициентом сглаживания q выпрямленного напряжения. Данный параметр определяется выражением

q=K_п0/К_п1,

где К_п0, К_п1соответственно коэффициенты пульсаций на входе и на выходе фильтра.

Допустимое значение коэффициента пульсаций на выходе сглаживающего фильтра зависит от типа нагрузки. В частности, для микрофонных усилителей К_п= (1,0...2,0)10^-5; для радиоприемников и электрофонов К_п = 10^-4 ... 10^-3; для радиоприемников К_п = 5*10^-3 ... 0,01; для электронных стабилизаторов напряжения К_п = 0,005 ... 0,03; для ИЭП систем управления К_п0,15.

2. Расчет элементов RCфильтра.

2.1. Для частоты f=50Гц коэффициент сглаживания q RCфильтра (см. рисунок 4.3а) рассчитывается по формуле

q = mR₁C₁(R₁+R_н)R_н^.10^-3,

где mчисло фаз выпрямителя;

R₁сопротивление фильтра, Ом;

С₁емкость фильтра , мкФ ;

R_нсопротивление нагрузки, Ом.

2.2. Сопротивление фильтра R₁ выбирают, исходя из заданного КПД фильтра , по формуле

R₁ = R_н(1-)/.

2.3. Емкость С₁ фильтра рассчитывается по формуле

С₁ = 3200q(R₁ + R_н) / m R₁ R_н.

Примечание. При =0,8 емкость С₁ (в микрофарадах) рассчитывается по формуле

С₁ = 16000 q / m R_н.

3. Расчет элементов LCфильтра

3.1. В зависимости от требуемого значения коэффициента сглаживания q индуктивного LCфильтра (см. рисунок 4.3 б) произведение L₁C₁ определяют по формуле

L₁C₁=2,5^.10⁴(q+1)/(mf_c)²,

где m число фаз выпрямителя;

f_c частота питающей сети, Гц;

L₁ индуктивность фильтра, Гн;

С₁ - емкость фильтра, мкФ.

3.2. Индуктивность L₁ фильтра рассчитывают по формуле соленоида, исходя из геометрии дросселя

L₁ = ₀_cn²S_c/l

где ₀ = 4 10^-7 Гн/м - магнитная постоянная; _с магнитная проницаемость сердечника дросселя L₁; n , S_c , l  соответственно число витков, площадь поперечного сечения и длина соленоида (дросселя).

3.3. Конденсатор фильтра С₁ необходимо выбирать с запасом по напряжению на (10...15)% с учетом пульсаций, чтобы учесть перенапряжение при включении выпрямителя).

Примечание. Наибольший коэффициент сглаживания пассивных фильтров получается при равенстве входной и выходной емкостей. Для исключения резонансных явлений в индуктивном фильтре выбирают коэффициент сглаживания q больше 3,0. Индуктивные фильтры целесообразно применять при токе нагрузки I_{н ,} меньшем либо равном 100 мА, и малом коэффициенте сглаживания q , равном 3...10.

4.2 Расчет стабилизаторов напряжения

4.2.1 Расчет полупроводникового параметрического стабилизатора с балластным резистором

1. Расчет предельного коэффициента стабилизации К_ст.пр:

К_ст.пр=(1-0,01₁)^.U_вых / r_ст(I_cт.min+I_н),

где ₁=(U_вх-U_вх)/U_вхдопустимое относительное уменьшение входного напряжения по сравнению с номинальным значением;

U_вых номинальное выходное напряжение, В;

I_н.  максимальный ток нагрузки, А;

I_ст.min, r_cт соответственно минимальный ток стабилизации, А и дифференциальное сопротивление стабилитрона; стабилитрона, Ом.

Предельное значение К_ст.пр должна быть больше требуемого значения К_ст.тр: К_ст.пр (1,3...1,5) К_ст.тр. Если это условие не выполняется, необходимо выбрать другие стабилитроны, либо перейти к двухкаскадной схеме ППС (см. рисунок 2.1 б, в).

2. Расчет входного напряжения ППС U_вх

U_вх=U_вых/(1К_ст/К_ст.пр)(10,01₁).

3. Расчет балластного резистора R_б

,

где R_выхвыходное сопротивление источника (выпрямителя, фильтра) по постоянному току.

4. Расчет максимального тока стабилизации I_ст.max

,

где I_{н. min}.- минимальный ток нагрузки, А;

 допустимое относительное увеличение входного напряжения.

Примечание.

Расчетное значение тока стабилизации для выбранных стабилитронов должно быть меньше максимального тока стабилизации I_{ст. max}. Если данное требование не выполняется, то реализация ППС невозможна, В этом случае необходимо применять компенсационный стабилизатор.