Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

В некоторых случаях используют трехзвенный фильтр, показанный на Р-170;3. Со второго звена снимают выпрямленное напряжение с несколько большими пульсациями, с третьего — напряжение, сглаженное лучше. Удобство такого фильтра связано вот с чем: некоторые цепи не очень-то чувствуют изменения питающего напряжения, для иных же недопустимы даже малейшие пульсации. Поэтому нет смысла весь выпрямленный ток фильтровать с одинаковой тщательностью, часть его можно пропустить только по одному из двух резисторов фильтра, получить при этом более высокое напряжение U_пит и одновременно уменьшить мощность, теряемую в фильтре. В качестве примера потребителя, для которого удобна такая система питания, можно назвать мощный усилитель НЧ — коллекторную цепь его выходного каскада может питать напряжение с пульсациями 1–2 % (отсчет от уровня постоянного напряжения), а на предварительные каскады нужно подавать напряжение, у которого пульсации не превышают 0,01-0,05 %.

Это легко объясняется: пульсации, попавшие в первые каскады, в дальнейшем усиливаются. Кстати, плохая фильтрация питающего напряжения в усилителях НЧ проявляется в виде фона с частотой 50 или 100 Гц в зависимости от схемы выпрямителя.

Кондиционеры фильтра не только сглаживают пульсации, они, особенно первый С_ф1, влияют еще и на величину выпрямленного напряжения U_пит, подводимого к нагрузке. Импульсы тока через диод выпрямителя заряжают конденсатор С_ф1, и потом он постепенно разряжается через нагрузку R_н. Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее он разряжается и тем больше среднее напряжение на нем (Р-170;4). В этом процессе, правда, есть еще одно действующее лицо, от которого тоже зависит скорость разряда конденсатора С_ф1. Это сама нагрузка: чем меньше сопротивление R_н, тем быстрей разряжается конденсатор, тем меньше выпрямленное напряжение и выше уровень пульсаций. Отсюда практический вывод: чем меньше сопротивление нагрузки R_н, то есть чем больше потребляемый от выпрямителя ток, тем больше должна быть емкость конденсаторов фильтра С_ф1 и С_ф2. И еще: выпрямленное напряжение определяется не только подводимым к выпрямителю переменным напряжением, но также потребляемым током и емкостью первого конденсатора фильтра С_ф1: чем меньше этот ток и чем больше С_ф1, тем больше выпрямленное напряжение (Р-170;4). При достаточно большой емкости С_ф2 выпрямленное напряжение довольно близко к амплитуде переменного.

В приближенных расчетах можно считать, что выпрямленное напряжение получится таким, как эффективное значение напряжения на вторичной обмотке. И если, скажем, нужно питать усилитель напряжением 22 В, то нужен силовой трансформатор с коэффициентом трансформации 0,1 (при напряжении сети 220 В). Конденсаторы фильтра, однако, во всех случаях нужно рассчитывать на амплитуду напряжения — в какой-то момент выпрямитель может остаться без нагрузки, конденсаторы разряжаться не будут, и напряжение на них поднимется до уровня амплитуды. При этом в такие моменты к нему будет добавляться сама амплитуда переменного напряжения и общее напряжение как раз и станет равным удвоенной амплитуде; на нее должны быть рассчитаны диоды.

Т-285. Транзистор оказывает малое сопротивление постоянному току и большое переменному, он может быть элементом фильтра. Открытый транзистор легко пропускает постоянный ток, его сопротивление для этого тока мало, и падение напряжения на участке коллектор — эмиттер составляет несколько вольт. В то же время коллекторное напряжение слабо влияет на величину коллекторного тока, и поэтому изменения напряжения U_к вызывают незначительные изменения I_к. То есть для меняющегося тока транзистор представляет большое сопротивление. Сочетание этих свойств (малое сопротивление для постоянного тока и большое для переменного) делает открытый транзистор идеальным элементом фильтра выпрямителя (Р-170;5) — он не пропускает к нагрузке переменную составляющую выпрямленного тока и в то же время не оказывает препятствий постоянной составляющей, не снижает выпрямленного напряжения.

Т-286. Кремниевый стабилитрон, особенно в сочетании с транзисторами, позволяет создавать стабилизаторы напряжения. Включение транзистора в качестве элемента фильтра позволяет воспользоваться эффективными системами стабилизации напряжения. Стабилизатор напряжения, как об этом говорит само название, поддерживает неизменным выпрямленное напряжение, если по каким-то причинам изменится напряжение на его входе (это может произойти из-за изменений напряжения в сети или если изменится режим самой нагрузки, например увеличится или уменьшится потребляемый ток).