Активный сглаживающий фильтр

Из-за ряда достоинств активные фильтры нашли широкое распространение при небольших выходных мощностях. К таким достоинствам относятся:

· высокие качественные и энергетические показатели;

· широкий диапазон частот;

· простота конструкции;

· малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки;

· малые магнитные поля из-за отсутствия индуктивности в схеме фильтра;

· отсутствие опасных режимов при возникновении переходного процесса, т.к. нет перенапряжения при “сбросе” тока нагрузки.

К недостаткам схемы можно отнести: снижение к.п.д. устройства при увеличении тока нагрузки из-за увеличения потерь на транзисторе; необходимость защиты транзистора в переходных режимах.

Принцип действия активных фильтров основан на свойстве транзистора создавать различные сопротивления для переменного и постоянного токов. Характерны два способа построения фильтров. Первый способ состоит в том, что транзистор включается по схеме с общим коллектором.

Ток коллектора I_К в схеме фильтра ОК мало зависит от величины приложенного к переходу коллектор- эмиттер напряжения U_К при постоянном значении тока базы. На рисунке приведены графики зависимости I_К = f (U_К) при I_б = const.

Если провести на графике нагрузочную прямую (U_К = U_ВХ при I_КО = 0 и I_К = U_ВХ / R_Н при U_К = 0) и выбрать на ней рабочую точку А { U_К0, I_КО }, то сопротивление транзистора переменой составляющей тока в точке А

R_Д = D U_К / DI_К будет много больше его сопротивления постоянному току

R_С = U_К0 / I_КО , т.е. R_Д >> R_С . Соответственно переменная составляющая выпрямленного напряжения U_В.ПЕР. на входе фильтра вызывает небольшие изменения тока коллектора DI_К при условии, что ток базы I_б = const. Переменная составляющая напряжения на выходе фильтра ОК U_{ВЫХ.ПЕР.} = DI_К R_Н получается значительно ослабленной по сравнению с U_В.ПЕР.

Таким образом, сглаживание пульсаций в фильтре ОК обеспечивается RC фильтром в базовой цепи, а транзистор VT предназначен для усиления сигнала по мощности (эмиттерный повторитель!). Резистор R задаёт режим работы транзистора по постоянному току, устанавливая ток базы.

Второй способ построения активного фильтра состоит в том, что транзистор включается по схеме с общей базой:

Режим работы транзистора по постоянному току определяется величиной Rб, а сглаживающее действие – постоянной времени цепочки R1C1. Эта цепь стабилизирует ток эмиттера, если R1C1 >> Tn, где Tn – период пульсации. В этом режиме транзистор обладает большим дифференциальным сопротивлением и малым статическим, что эквивалентно дросселю в LC–фильтрах.

Коэффициент сглаживания S схемы рассчитывается так же, как в RC пассивном фильтре: