Сглаживающие фильтры. 
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА- Хотунцев Ю.Л.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения и выделения постоянной составляющей на выходе выпрямителя подключается линейная цепь — сглаживающий фильтр.

В маломощных выпрямителях при небольшом токе в нагрузке, например в высоковольтном выпрямителе, питающем электроннолучевую трубку школьного осциллографа, используется простейший емкостный фильтр. Такой фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке. Рассмотрим физический принцип работы этого фильтра в схеме однополупериодного выпрямителя (рис. 2.4.1,а).

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора и" приложено к диоду и конденсатору:

Рис. 2.4.1.

Диод открывается, если u_D = и" - и_с > 0, т. е. в момент /, (рис. 2.4.1,6), когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора и_т превышает напряжение на конденсаторе. Ток через открытый диод заряжает конденсатор до момента /₂, когда напряжение становится меньше напряжения на конденсаторе и диод запирается. С момента закрытия диода начинается разряд конденсатора через сопротивление нагрузки Л_и. Как известно из общего курса физики, разряд конденсатора происходит по экспоненте (см. рис. 2.4.1,6):

Скорость разряда определяется постоянной разряда т= R"C. Чем меньше ток в нагрузке, т. е., чем больше сопротивление нагрузки R"

или чем больше емкость конденсатора, тем медленнее происходит разряд конденсатора. Разряд продолжается до момента /₃, когда и_с становится меньше ы._х, затем диод вновь открывается, за это время (!_г — /₃) напряжение на конденсаторе и соответственно на нагрузке не успевает существенно уменьшиться.

В этих условиях (т"Т) емкостный фильтр работает эффективно и пульсации напряжения на нагрузке значительно уменьшаются, причем, чем больше Л_н или С, тем меньше коэффициент пульсаций и больше среднее значение напряжения на нагрузке. При больших токах в нагрузке емкостный фильтр плохо сглаживает пульсации, и в этом случае в двухполупериодных схемах целесообразно использовать индуктивный фильтр: последовательно с нагрузкой подключается дроссель (рис. 2.4.2).

Рис. 2.4.2.

В случае значительной индуктивности дросселя за счет возникающей ЭДС самоиндукции импульс тока в нагрузке существует при падении напряжения до нуля при этом, как известно из общего курса физики, ток самоиндукции уменьшается по экспоненте

Чем больше индуктивность дросселя и меньше сопротивление нагрузки Л_н, тем медленнее падает ток самоиндукции, протекающий через нагрузку, и этот ток может существенно отличаться от нуля вплоть до момента открытия второго диода. Таким образом, при г= L/R" «Т пульсации напряжения на нагрузке выпрямителя с индуктивным фильтром уменьшаются, и чем больше ток в нагрузке или индуктивность дросселя, тем больше сглаживающее действие индуктивного фильтра, т. е. коэффициент пульсаций уменьшается, а постоянная составляющая напряжения увеличивается.

Для более качественного сглаживания на практике применяют ZC-фильтры (рис. 2.4.3,а).

Рис. 2.4.3.

При небольших токах в нагрузке и допустимом изменении напряжения вместо громоздкого и дорогостоящего дросселя используют резистор, т. е. применяют RC фильтр (рис. 2.4.3,6). Например, в универсальном полупроводниковом школьном выпрямителе ВУП-1 напряжение 250 В при максимальном токе в нагрузке 50 мА снимается после 1С-фипьтра, а напряжение 100 В при максимальном токе в нагрузке 10 мА снимается после ЛС-фильтра.