Назначение, принцип работы и основные параметры емкостного фильтра

Емкостной сглаживающий фильтр представляет собой кондер, включенный параллельно нагрузке. Как же происходит сглаживание этих самых пульсаций? Давайте взглянем на форму выходного напряжения, скажем, однополупериодного выпрямителя, показанную ниже на рисунке.

Рис. 1 - Форма выходного напряжения однополупериодного выпрямителя

На рисунке Uср - это среднее значение выпрямленного напряжения. Если проще, то это напряжение, которое покажет обычный вольтметр, по науке называемый вольтметр среднеквадратических значений, или любой авометр (тестер). Как видим, это напряжение меньше амплитудного значения, но самое главное - бешеные пульсации.

А теперь впендюрим параллельно нагрузке выпрямителя кондер, как показано ниже на рисунке:

Рис. 2 - Пример выпрямителя с простейшим сглаживающим фильтром

Что же получилось? Воткнем щупы осциллы (осциллограф - это такой прибор, позволяющий наблюдать форму сигналов и ешчё много чего интересного) параллельно нагрузке и увидим следующую картину:

Рис. 3 - Форма выходного напряжения выпрямителя со сглаживающим фильтром

Опаньки! Вот эта красная хреновина называется пилой или пилообразным напряжением. Теперь разберем все это. Итак, на выходе выпрямителя образуется пульсирующее напряжение. Допустим кондер разряжен. При подаче напряжения на кондер он начинает заряжаться - короткий отрезок пилы на рисунке. Достигнув максимального значения, амплитуда выходного напряжения выпрямителя начинает уменьшаться до нуля. Соответственно, заряженный до максимального значения кондер начинает разряжаться через нагрузку - длинный отрезок пилы. При следующем нарастании амплитуды процесс повторяется. Естественно, что размах амплитуды пилы, а это тоже пульсации, напрямую зависит от емкости кондера и от величины сопротивления нагрузки, конечно. Чем больше емкость, тем меньше пульсации, чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше пульсации. Если нагрузку вообшче выкинуть, то и пульсаций не будет.

Итак, подведем итоги. Запихнув кондер в схему выпрямителя мы добились сглаживания пульсаций выходного напряжения, к тому же, посмотрите на рисунок, увеличилось среднее значение выпрямленного напряжения. Ешче эффектней это выглядит с двуполупериодным выпрямителем. Поскольку частота пульсаций двуполупериодного выпрямителя вдвое больше, то кондер разряжается через нагрузку намного медленней, естественно при соответствующем выборе его емкости. Другими словами, уровень пульсаций будет намного меньше, а Uср - выше. Некоторые думают, что втыкая кондер параллельно нагрузке, он увеличивает выходное напряжение. Хотя всего-то кондер заряжается до амплитудного значения напряжения, которое и является выходным.

Процесс фильтрации можно объяснить и в другом аспекте. Считается, что выходное напряжение выпрямителя содержит постоянную и переменную составляющую. Поскольку емкостное сопротивление кондера есть X = 1 / ωC, где ω = 2πf, то нетрудно заметить, что при увеличении емкости сопротивление уменьшается. Аналогично и для частоты. Но для постоянного тока частота равна 0, значит емкостное сопротивление будет стремиться к бесконечности. Таким образом, переменная составляющая проходит через кондер и замыкается на общий провод не попадая в нагрузку, тогда как постоянная составляющая полностью выделяется в нагрузке.