Цепи фильтрации. Фильтрующий конденсатор.

Выпрямитель выдает пульсирующее напряжение постоянного тока, которое не годится для питания большинства электронных цепей, поэтому в блоках питания, как правило, после выпрямителя стоит фильтр. Фильтр преобразует пульсирующее напряжение в гладкое напряжение постоянного тока.

Однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром

Простейшим фильтром является конденсатор, включенный параллельно выходу выпрямителя. На рисисунке сравнивается выходное напряжение выпрямителя без фильтра и с фильтрующим конденсатором.

Выходное напряжение однополупериодного выпрямителя без фильтра и с фильтрующим конденсатором

Конденсатор работает в такой цепи следующим образом. Когда на аноде диода положительный потенциал, по цепи течет ток. В это время фильтрующий конденсатор заряжается в полярности. За четверть периода входного сигнала конденсатор заряжается до максимального потенциала цепи.

Когда напряжение входного сигнала начинает падать, конденсатор разряжается через нагрузку. Скорость разряда конденсатора зависит от постоянной времени RC, а, следовательно, от сопротивления нагрузки. Постоянная времени разряда велика по сравнению с периодом переменного тока. Следовательно, период заканчивается раньше, чем конденсатор может разрядиться. Поэтому после первой четверти периода ток через нагрузку поддерживается разряжающимся конденсатором. Как только конденсатор начинает разряжаться, напряжение на нем уменьшается. Однако до того, как конденсатор полностью разрядится, начнется следующий период синусоиды. На аноде диода опять появится положительный потенциал, что позволит ему проводить ток. Конденсатор зарядится снова, и цикл повторится. В результате, пульсации напряжения сгладятся, и выходное напряжение фактически повысится

Влияние фильтрующих конденсаторов различной емкости на выходное напряжение однополупериодного выпрямителя

 

Чем больше емкость конденсатора, тем больше постоянная времени RC. Это приводит к более медленному разряду конденсатора, что повышает выходное напряжение. Наличие конденсатора позволяет диоду в цепи проводить ток в течение короткого периода времени. Когда диод не проводит, конденсатор обеспечивает нагрузку током. Если нагрузка потребляет большой ток, то должен использоваться конденсатор большой емкости.

Емкостной фильтр в двухполупериодном или мостовом выпрямителе ведет себя точно так же, как и описанный емкостной фильтр в однополупериодном выпрямителе. На рисунке показано выходное напряжение двухполупериодного или мостового выпрямителя.

Влияние фильтрующих конденсаторов различной емкости на выходное напряжение двухполупериодного или мостового выпрямителя.

 

Частота пульсаций этого напряжения вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя. Когда к выходу выпрямителя подсоединяется емкостной фильтр, конденсатор не успевает сильно разрядиться до начала следующего импульса. Выходное напряжение достаточно высокое. Если используется конденсатор большой емкости, то выходное напряжение равно максимальному напряжению входного сигнала. Следовательно, конденсатор лучше фильтрует напряжение в двухполупериодной цепи, чем в однополупе- риодной.

Назначение фильтрующего конденсатора — сглаживание пульсаций постоянного напряжения выпрямителя. Качество работы фильтра определяется величиной пульсаций, остающихся в постоянном напряжении. Величину пульсаций можно уменьшить путем использования конденсатора большей емкости или путем увеличения сопротивления нагрузки. Обычно сопротивление нагрузки определяется при расчете цепи. Следовательно, емкость фильтрующего конденсатора диктуется допустимой величиной пульсаций.

Необходимо отметить, что фильтрующий конденсатор создает дополнительную нагрузку на диоды, используемые в выпрямителе. На рисунке изображены однополупери- одный и двухполупериодный выпрямители с фильтрующим конденсатором.

Однополупериодный выпрямитель (А) и двухполупериодный выпрямитель (В) с фильтрующим конденсатором.

Конденсатор заряжается до максимального значения напряжения вторичной обмотки и удерживает это значение в течение всего цикла входного напряжения. Когда диод становится смещенным в обратном напряжении, он запирается, и максимальное отрицательное напряжение попадает на анод диода. Фильтрующий конденсатор удерживает максимальное положительное напряжение на катоде диода. Разность потенциалов на диоде в два раза превышает максимальное значение напряжения вторичной обмотки. Для выпрямителя должен быть выбран диод, выдерживающий такое напряжение.

Максимальное напряжение, которое может выдержать диод, будучи смещенным в обратном направлении, называется импульсным обратным напряжением диода. Импульсное обратное напряжение диода, выбранного для выпрямителя, должно быть выше, чем удвоенное максимальное напряжение вторичной обмотки. В идеале диод должен работать при 80% номинального значения обратного напряжения для того, чтобы выдержать изменения входного напряжения. Это касается как однополупериодного, так и двухполупериодного выпрямителя. Но это не так для мостового выпрямителя.

К диодам в мостовом выпрямителе никогда не прикладывается напряжение, большее чем максимальное напряжение вторичной обмотки. На рисисунке ни к одному из диодов не приложено напряжение, превышающее максимальное значение входного сигнала.

Мостовой выпрямитель с фильтрующим конденсатором

Использование диодов с более низкими значениями импульсного обратного напряжения является еще одним преимуществом мостового выпрямителя.

Рейтинг: 5 / Голосов: 1