Схема замещения и критерии качества сглаживающих свойств фильтров

В телефонии чаще всего качество питающего напряжения оценивают совокупным действием гармоник пульсации в полосе частот слухового восприятия. Для этой цели введено понятие псофометрического напряжения, т.е. напряжения, учитывающего чувствительность микрофона телефона и уха человека:

Сравнение требований аппаратуры и возможностей выпрямителей показывает, что без применения специальных устройств подавления пульсаций ни одна из схем выпрямителей не обеспечивает необходимого качества питающих напряжений. Для уменьшения переменной составляющей в кривой выпрямленного напряжения, т.е. для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой устанавливается специальное устройство, называемое сглаживающим фильтром. Он относится к классу низкочастотных фильтров. Критерием качества сглаживающих свойств фильтров является коэффициент сглаживания q:

Как правило, низшая гармоника пульсаций выпрямленного напряжения имеет наибольшую амплитуду, а сглаживающее действие фильтра на этой частоте наименьшее, поэтому качество фильтра оценивается по первой гармонике.

Также работа фильтра оценивается коэффициентом полезного действия:

Для удовлетворения фильтрующих свойств необходимо выполнение условий: U_m2<<U_m1, U₀₂ @ U₀₁. Представим сглаживающий фильтр в виде Г-образной схемы замещения.

Выразим коэффициент сглаживания через параметры схемы замещения:

К параметрам схемы замещения предъявляются следующие требования:

Для получения высокого значения коэффициента сглаживания Z₁ и Z₂ должны быть представлены реактивными элементами. В качестве Z₁выбирается дроссель. Так как дроссель установлен в цепи постоянного тока, то для исключения намагничивания сердечника ему предъявляется ряд требований: следует выбирать материалы, обладающие как можно меньшей остаточной индукцией, как можно большей индукцией насыщения и минимальной напряженностью магнитного поля, при которой достигается насыщения ферромагнетика. На высокой частоте используют альсифер, т.к. этот материал имеет достаточный запас по намагничиванию сердечника.

К сожалению, характеристики реальных материалов таковы, что даже у самых лучших представителей класса ферромагнетиков остаточная индукция примерно равна половине индукции насыщения. Поэтому необходимо пользоваться другими методами снижения остаточной индукции. Воздушный зазор, созданный в сердечнике, имеет мощный размагничивающий эффект, приводящий к сдвигу петли гистерезиса и заметному понижению проницаемости высокопроницаемых материалов. Величина эффекта воздушного зазора зависит от длины средней магнитной линии и характеристик сердечника. Введение воздушного зазора увеличивает эффективную длину средней линии, уменьшает остаточную индукцию Br и таким образом увеличивает полезный размах индукции. Эквивалентная проницаемость сердечника становится приблизительно равной отношению длин средней линии и зазора (проницаемость сердечника должна быть высокой). Однако размеры оптимальных зазоров составляют сотые доли миллиметра, что вызывает значительные трудности при их изготовлении, а температурная стабильность невысока. Нагреваясь, сердечник расширяется, и зазор начинает “плыть”. В реальных индуктивных элементах зазор снижает проницаемость сердечника. Принято считать, что во сколько раз снизилась проницаемость из-за введения зазора, во столько же раз упала и величина остаточной индукции.

На рисунке показаны эскизы магнитопроводов дросселей фильтров(пунктиром показан путь магнитного потока):

Разработаны и более эффективные методы снижения остаточной индукции без потери магнитопроводом проницаемости, например, введение дополнительной размагничивающей обмотки, называемой рекуперационной. Но этот метод широко не используется.

В качестве Z₂используют электролитический конденсатор, так как он удовлетворяет требованию:

Электролитическому конденсатору присущи следующие особенности:

униполярность (при неверном подключении – взрывоопасен);

необходима постоянная тренировка напряжением, т.к. он имеет свойство высыхать, при этом все параметры изменяются;

чувствительность к пульсациям тока, напряжения и превышению максимально допустимого уровня напряжения.

Таким образом, расчет и выбор параметров сглаживающего фильтра источника электропитания проводится не только из условия получения необходимого коэффициента сглаживания пульсаций, но и с учетом ряда дополнительных требований (допустимого перенапряжения или сверхтока при переходных процессах, допустимых частотных искажений, вносимым в питаемое устройство, высокая надежность работы, малые габариты, масса и стоимость).

к оглавлению

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира

Сглаживающие фильтры

Схема замещения и критерии качества сглаживающих свойств фильтров