Введение в электронику

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.

Простейшим фильтром является конденсатор, включенный параллельно выходу выпрямителя (рис. 27–11). На рис. 27–12 сравнивается выходное напряжение выпрямителя без фильтра и с фильтрующим конденсатором.

Рис. 27–11.Однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром.

Рис. 27–12. 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, показанной на рис. 27–11. 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 (рис. 27–13).

Рис. 27–13.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 описанные емкостной фильтр в однополупериодном выпрямителе. На рис. 27–14 показано выходное напряжение двухполупериодного или мостового выпрямителя. Частота пульсаций этого напряжения вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя.

Рис. 27–14.Влияние фильтрующих конденсаторов различной емкости на выходное напряжение двухполупериодного или мостового 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 однополупериодной.

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 рис. 27–15 изображены однополупериодный и двухполупериодный выпрямители с фильтрующим конденсатором.

Рис. 27–15.Однополупериодный выпрямитель (А) и двухполупериодный выпрямитель (В) с фильтрующим конденсатором.