Filtru de netezire

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 23 aprilie 2021; verificările necesită 8 modificări .

Filtru de netezire - un dispozitiv pentru netezirea ondulațiilor după redresarea curentului alternativ.

Cel mai simplu filtru de netezire este un condensator electrolitic de mare capacitate conectat în paralel cu sarcina. Adesea, un condensator cu peliculă (sau ceramică) cu o inductanță mică în serie parazită, o capacitate de fracții sau unități de microfarade, este instalat în paralel cu un condensator electrolitic pentru a elimina zgomotul de înaltă frecvență și impuls (condensatorul electrolitic în sine filtrează slab zgomot de frecvență datorat inductanței mari parazitare ) [1] [2] .

Informații generale

În orice circuit de redresare la ieșire, tensiunea redresată, pe lângă componenta constantă, conține o variabilă numită ondulație de tensiune [3] . Ondularea de tensiune este atât de semnificativă încât este relativ rar să alimentați direct sarcina de la redresor (la încărcarea bateriilor, pentru a alimenta circuite de alarmă, motoare electrice etc.) - unde receptorul de energie nu este sensibil la componenta variabilă a redresării. Voltaj. Ondularea de tensiune se înrăutățește brusc și, mai des, chiar perturbă funcționarea dispozitivelor electronice. Pentru a reduce componenta variabilă a tensiunii redresate, adică pentru a reduce ondulația, între redresor și sarcină este instalat un filtru de netezire, care constă de obicei din reactanțe (adică cele care includ inductanța și capacitatea ). Un astfel de filtru acționează ca un filtru trece-jos [4] [5] , tăind armonicile superioare .

Componenta variabilă a tensiunii redresate în cazul general este o colecție de un număr de armonici cu amplitudini diferite, deplasate față de prima în unghiuri diferite (vezi seria Fourier ) . În acest caz, prima armonică are o amplitudine de multe ori mai mare decât amplitudinile armonicilor superioare. În funcție de scopul echipamentului, sunt impuse cerințe diferite asupra mărimii și naturii ondulației de tensiune redresate. Cel mai adesea, pentru echipamentele radio, calitatea netezirii este caracterizată de valoarea amplitudinii maxime admisibile a componentei variabile. În acest caz, filtrele se bazează pe suprimarea maximă a armonicii fundamentale.

Factorul de interferență psofometric

Când se evaluează interferența care pătrunde de la circuitele de alimentare la canalele telefonice, este necesar să se ia în considerare nu numai amplitudinea tensiunii unei armonici date , ci și un parametru precum frecvența . Acest lucru se explică prin faptul că circuitele microtelefonice și urechea umană au sensibilități diferite la vibrații de frecvențe diferite, chiar dacă amplitudinea lor este aceeași. În acest sens, se introduce conceptul de factor de zgomot psofometric [6] , care depinde de frecvență și a cărui valoare se determină experimental, ținând cont de microtelefon și de urechea umană. $a_{k}$

Valoarea efectivă a tensiunii de ondulare psofometrică la ieșirea redresorului va fi: $U$

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

unde sunt coeficienții psofometrici pentru armonicile corespunzătoare;

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

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

sunt amplitudinile armonicilor corespunzătoare tensiunii redresate.

Factorul de netezire

Parametrul principal al filtrelor de netezire este factorul de netezire, care este raportul dintre factorul de ondulare de intrare și factorul de ondulare de ieșire, adică la sarcină: $(K_{{Bx}})$ $(K_{H}),$

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

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

unde sunt amplitudinile primei armonice a tensiunilor la intrarea și respectiv la ieșirea filtrului;

U_{01m},\U_{H1m}

U_{0},\U_{H}

sunt componentele constante ale tensiunilor la intrarea și la ieșirea filtrului.

Tipuri de filtre de netezire

Filtru de netezire inductiv

Filtrul inductiv constă dintr-o bobine conectată în serie cu sarcina. Efectul de netezire al unui astfel de filtru se bazează pe apariția auto-inducției în EMF inductor , care previne o schimbare a curentului redresat. Inductorul este selectat astfel încât rezistența inductivă a înfășurării sale ( ) să fie mai mare decât rezistența de sarcină . Când această condiție este îndeplinită, cea mai mare parte a componentei variabile scade pe înfășurarea inductorului. Pe rezistența de sarcină, există în principal o componentă constantă a tensiunii redresate și o componentă alternativă, a cărei valoare este mult mai mică decât componenta variabilă a tensiunii care cade pe înfășurarea inductorului. $X_{L}=m\omega _{c}L$ $R_{H}.$ $U_{{0}}$

Coeficientul de netezire al unui astfel de filtru este egal cu:

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

unde este rezistența la sarcină;

R_{{H}}

L

- inductanţa înfăşurării inductorului;

\omega_{c}

este frecvența unghiulară ;

m

- coeficient în funcție de circuitul redresor și care arată de câte ori frecvența armonicii fundamentale a tensiunii redresate este mai mare decât frecvența curentului de rețea.

Filtru de netezire capacitiv

Un filtru capacitiv este de obicei analizat nu separat, ci împreună cu un redresor . Efectul său de netezire se bazează pe acumularea de energie electrică în câmpul electrostatic al condensatorului și descărcarea acesteia în absența curentului prin supapele redresorului în momentele în care tensiunea instantanee la ieșirea redresorului este mai mică decât tensiunea pe condensator, prin rezistența la sarcină . Condensatorul are reactanță : $(R)$

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

unde este capacitatea condensatorului.

C

Coeficientul de netezire al unui astfel de filtru va fi după cum urmează:

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

unde este factorul de ondulare la intrarea redresorului în absența unui condensator;

K_1

K_{2}

- coeficientul de ondulare la ieșirea redresorului în prezența unui condensator.

Cu o creștere , coeficientul de netezire al filtrului inductiv crește, iar cel capacitiv scade. Prin urmare, este avantajos să se folosească un filtru capacitiv la redresarea monofazată [7] și un filtru inductiv la redresarea curenților multifazici . $m$

Cu o creștere , efectul de netezire al filtrului capacitiv crește, iar cel inductiv scade. Prin urmare, este avantajos să se utilizeze un filtru capacitiv la curenți de sarcină scăzută și un filtru inductiv la curenți de sarcină mari. $R_{{H}}$

Filtru LC

Filtrul inductiv-capacitiv în formă de L este cel mai utilizat. Pentru a netezi ondulațiile cu un astfel de filtru, este necesar ca capacitatea condensatorului pentru frecvența inferioară a spectrului de ondulare să fie mult mai mică decât rezistența de sarcină și, de asemenea, mult mai mică decât rezistența inductivă a inductorului pentru prima armonică.

Când sunt îndeplinite aceste condiții, neglijând rezistența activă a inductorului, coeficientul de netezire al unui astfel de filtru în formă de L va fi egal cu:

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

Deoarece este frecvența naturală a filtrului, atunci $1/{\sqrt {LC}}=\omega _{0}$

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

Una dintre principalele condiții pentru alegere este asigurarea răspunsului inductiv al filtrului. O astfel de reacție este necesară pentru o mai mare stabilitate a caracteristicilor externe ale redresorului, precum și în cazurile în care în redresoare sunt utilizate supape de germaniu, siliciu [8] sau de descărcare în gaz . $L$ $C$

Pentru a asigura impedanța inductivă , este necesar să se îndeplinească inegalitatea:

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

La proiectarea filtrului, este, de asemenea, necesar să se asigure un astfel de raport al reactanțelor inductorului și condensatorului, la care rezonanța nu ar putea apărea la frecvența de ondulare a tensiunii redresate și frecvența curentului de sarcină se modifică.

Un filtru în formă de U poate fi reprezentat ca un filtru cu două secțiuni constând dintr-un filtru capacitiv cu o capacitate și un filtru în formă de L cu și . $LC$ $C_{{0}}$ $L$ $C_{1}$

Coeficientul de netezire al unui astfel de filtru va fi egal cu:

K_{{c}}=

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

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

Într-un filtru în formă de U, coeficientul de netezire atinge valoarea maximă atunci când capacitățile sunt egale $C_{1}=C_{0}.$

Dacă este necesar să se asigure un coeficient de netezire mare, se recomandă utilizarea unui filtru multi-link, un filtru compus din două sau mai multe filtre single-link. Coeficientul de netezire al unui astfel de filtru va fi egal cu:

K_{c}=

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

adică coeficientul global de netezire va fi egal cu produsul coeficienților de netezire ai tuturor filtrelor conectate în serie.

Dacă toate legăturile de filtrare constau din aceleași elemente ( și ), care este practic cel mai convenabil, atunci: $C_{1}=C_{2}=\cdot =C_{n)$ $L_{1}=L_{2}=\cdot =L_{n)$

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

și

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

unde este coeficientul de netezire al fiecărei legături;

K_{{zv}}

C_{{zv}}

, - respectiv, inductanța și capacitatea fiecărei legături;

L_{{zv}}

n

- numărul de linkuri.

Filtru RC

În redresoarele de putere mică , în unele cazuri, se folosesc filtre, care includ rezistența activă și capacitatea. Într-un astfel de filtru, căderea de tensiune și pierderea de energie pe rezistor sunt relativ mari , dar dimensiunile și costul unui astfel de filtru sunt mai mici decât cele ale unuia inductiv-capacitiv. Coeficientul de netezire al unui astfel de filtru va fi egal cu: $R$

K_{{c}}=

mw_{{c}}CR

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

Valoarea rezistenței filtrului este determinată pe baza valorii optime a eficienței acestuia. Valoarea optimă a eficienței se află în intervalul de la 0,6 la 0,8. $R$

Calculul filtrului activ-capacitiv în formă de U se realizează în același mod ca și în cazul filtrului LC în formă de U, prin împărțirea acestui filtru în filtre RC capacitive și în formă de L.

Reactor de netezire

Un dispozitiv electromagnetic static conceput pentru a-și folosi inductanța într-un circuit electric pentru a reduce conținutul de armonici superioare (ondulări) în curentul redresat. Se foloseste la statiile de tractiune DC , pe material rulant electric AC (locomotive electrice, trenuri electrice). Reactorul de netezire este de obicei conectat în serie cu redresorul, astfel încât întregul curent de sarcină circulă prin el.

Note

↑ Sazhnev A. M., Rogulina L. G. Dispozitive de conversie electrică ale sistemelor radio-electronice: manual. indemnizatie. / 3.5 Filtre de netezire. / Novosibirsk, 2011. - 220 p., UDC 621.314.2 (075.8) С147
↑ Zhdankin V. Suprimarea interferențelor electromagnetice în circuitele de intrare ale convertoarelor de tensiune DC. . Preluat la 29 noiembrie 2020. Arhivat din original la 5 august 2017. (nedefinit)
↑ Efectul tensiunii de ondulare asupra tensiunii de ieșire . Consultat la 31 mai 2012. Arhivat din original la 19 iulie 2011. (nedefinit)
↑ Sedra, Adel; Smith, Kenneth C. Microelectronic Circuits, 3 ed (nedefinit) . — Saunders College Publishing, 1991. - S. 60 . — ISBN 0-03-051648-X .
↑ Stăpânirea ferestrelor: Îmbunătățirea reconstrucției . Consultat la 30 mai 2012. Arhivat din original la 22 septembrie 2017. (nedefinit)
↑ Factorul de zgomot psofometric . Preluat la 31 mai 2012. Arhivat din original la 3 aprilie 2018. (nedefinit)
↑ Curent alternativ monofazat . Data accesului: 31 mai 2012. Arhivat din original pe 7 iunie 2012. (nedefinit)
↑ Diode cu germaniu și siliciu

Literatură

Kitaev V. E., Bokunyaev A. A., Kolkanov M. F. Alimentarea cu energie a dispozitivelor de comunicație. - M . : „Comunicare” , 1975. - S. 328.

Bushuev V. M., Deminsky V. A., Zakharov L. F. Alimentarea cu energie a dispozitivelor și a sistemelor de telecomunicații. - M . : „Comunicare” , 2009. - S. 383.

Raymond Mack. Comutarea surselor de alimentare . - M . : Editura „Dodeka XXI”, 2008. - S. 272 .

Mitrofanov A. V., Shchegolev A. I. Surse de impulsuri de alimentare secundară în echipamentele radio de uz casnic. - M . : Radio şi Comunicare , 1985. - S. 37.

Veresov GP Alimentarea echipamentelor radio-electronice de uz casnic . - M . : Radio şi comunicare, 1983. - 128 p. — 60.000 de exemplare. Arhivat pe 27 iulie 2009 la Wayback Machine

Kostikov V. G., Parfyonov E. M., Shakhnov V. A. Surse de alimentare pentru dispozitive electronice. Circuiterie și design: manual pentru licee. - 2. - M . : Hot line - Telecom, 2001. - 344 p. - 3000 de exemplare. — ISBN 5-93517-052-3 .

Vezi și

Link -uri

Articole utile

Calculul online al filtrelor RC (LPF și HPF)
„Filtre de netezire a tranzistorilor” (rusă)
„Redresoare” (rusă)
„Filtre de netezire” (rusă)
„Filtre cu mai multe legături” (rusă)
„Filtre în formă de L” (rusă)
"filtru LC "
"filtru RC "
„Ventil” (rusă)
„Inductanță” (rusă)
„Condensator” (rusă)
"filtru liniar "
"filtru RL "
"filtru RLC "
„Curenți polifazici” (rusă)
Eficiență - articol din Marea Enciclopedie Sovietică . (Rusă)
impedanta _
Principalele caracteristici și parametri ai filtrelor (rusă)
Filtru trece jos
Filtru trece jos (rusă)

Video

„Filtru de netezire a tranzistorului”, CHIP AND DIP (rusă)

Note

Toate filtrele de netezire sunt aplicate în funcție de puterea de sarcină