П-образные фильтры

П-образный фильтр относится к многозвенным фильтрам, так как состоит из емкостного фильтра () и Г-образного LC-фильтра (, на рис. 1.8, а) или RC-фильтра (, на рис. 1.8, б). Коэффициент сглаживания многозвенных фильтров равен произведению коэффициентов составных звеньев. Поэтому коэффициент сглаживания П-образного фильтра:

,

где , - коэффициенты сглаживания С-фильтра и Г-образного фильтра.

П-образные CRC-фильтры применяют при большом сопротивлении нагрузки (несколько килоом), CLC-фильтры при малых сопротивлениях нагрузки (несколько ом). Наибольший коэффициент сглаживания П-образного фильтра достигается при условии . П-образные фильтры целесообразно применять когда коэффициент сглаживания должен составлять 100 – 1000 и более.

2.

2 Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется в программе MicroCap.

1. Собрать схему однополупериодного выпрямителя (описание его работы см. пункт 1.1), изображенный на рисунке 2.1.

Источник напряжения V1 находится по пути: Analog Primitives - Waveform sources - Sine Source.

Трансформатор К1 можно найти: Analog Primitives – Passive components – Transformer.

Диод D1 находится по пути: Analog Primitives – Passive components – Diode.

Резистор R1: Analog Primitives – Passive components – Resistor.

Заземление: Analog Primitives – Connectors – Ground.

Рисунок 2.1 – Однополупериодный выпрямитель

2. После расположения указанных элементов в рабочей области занести в них значения согласно таблице 2.1. Для того чтобы отредактировать элемент нажать на него двойным щелчком левой кнопки мыши. Пример окна редактирования источника напряжения (Sine Source) приведен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Окно редактирования источника напряжения (Sine Source)

Первоначально необходимо задать имя модели в строке Model. После чего в нижней части окна ввести значения, взятые из таблицы 2.1 в поля А (амплитуда) и F (частота). На рисунке 2.2 установлены значения 220 В и 50 Гц, соответственно.

Так же из таблицы 2.1 взять имя диода и значение сопротивления R1, которые аналогично выбрать в диоде D1 и ввести в поле value в резисторе R1.

Таблица 2.1 – Значения элементов схемы 2.1

3. Произвести настройку трансформатора согласно рисунку 2.3. Для этого в строке Value ввести три значения. Первое – это индуктивность первичной обмотки. Во всех вариантах оно равно 10мГн. Поэтому первое число стоит 10m. Второе число обозначает индуктивность второй обмотки трансформатора, оно так же равно 10мГн. Третье число – это коэффициент трансформации. Его необходимо взять из таблицы 2.1. Обратите внимание, что все значения разделены между собой запятыми, а целая часть отделена от долей точками.

Рисунок 2.3 – Диалоговое окно настройки трансформатора

4. Далее необходимо обозначить каждый участок схемы цифрой. Для этого необходимо нажать на кнопку (Node Number), которая находится в панели инструментов программы. После ее нажатия каждый участок схемы будет обозначен соответствующей цифрой (см. рис. 2.4). Это понадобится нам для дальнейшего анализа однополупериодного выпрямителя.

Рисунок 2.4 – Однополупериодный выпрямитель с «подсвеченными участками схемы»

5. Теперь непосредственно получим графики:

– входного напряжения;

– напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

– напряжения на диоде;

– тока и на нагрузке;

– напряжения на нагрузке.

Для этого необходимо нажать кнопку Analysis и выбрать пункт Transient, как это изображено на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Начало выполнения анализа однополупериодного выпрямителя

6. После нажатия на строку Transient в меню Analysis мы окажемся в новой вкладке, где перед нами появится диалоговое окно Transient Analysis Limits. Его необходимо заполнить в соответствии с рисунком 2.6.

Рисунок 2.6 – Окно анализа

В нижней части диалогового окна, показанного на рисунке 2.6, представлена таблица, состоящая из 6 столбцов. Первый (Page) отвечает за номер страницы с графиком, его мы оставляем пустым. Второй столбец (Р) – это номер графика на странице. Третий (X Expression) – переменная, откладываемая по оси Х. Четвертый столбец (Y Expression) - переменная, откладываемая по оси Y. Пятый и шестой – это масштабирование по осям Х и Y. В них по умолчанию написано слово Auto. Для получения графиков характеристик, приведенных в пункте 5, необходимо производить определенную запись в четвертом столбце, соответствующим оси Y. По оси X во всех случаях откладывается время, поэтому там уже стоит буква T. Например, для того, чтобы снять характеристику входного напряжения в первой строке столбца Y Expression необходимо записать: v(v1). Первая буква обозначает, что нужно получить. В данном случае напряжение (v). Обозначение в скобках показывает, на каком участке мы будем производить замер результатов. В случае с примером это будет происходить на элементе, который обозначается V1. По заданию необходимо получить график тока. Он обозначается буквой i (например, строка 4 или 5 в таблице рисунка 2.6). Для получения тока на определенных участках в скобках рядом с буквой i необходимо указать номер этого участка. К примеру надпись i(2) означает, что на графике будет изображена осциллограмма тока на втором участке.

Для проведения удобного анализа необходимо так же поставить время его протекания в строке Time Range и поставить галочку для автомасштабирования графиков в строчке Auto Scale Ranges, как это изображено на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 – Время анализа и автомасштабирование

Далее необходимо нажать кнопку Run в левом верхнем углу окна настроек (см. рисунок 2.7). В результате, получим графики, как на рисунке 2.8.

Всего должно образоваться четыре координатных оси, в первой из них будет присутствовать два графика (входное напряжение и напряжение на вторичной обмотке трансформатора), в остальных по одному.

Рисунок 2.8 – Графики токов и напряжений в однополупериодном выпрямителе

7. Произвести соответствующие измерения токов и напряжений:

– тока на выходе с трансформатора ();

– напряжения на нагрузке ();

– тока на нагрузке ().

После чего занести полученные результаты в таблицу.

8. Собрать схему однополуперериодного выпрямителя с L-фильтром, как изображено на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Схема однополупериодного выпрямителя с L-фильтром

Значение индуктивности для всех вариантов принять равным 1Гн.

9. Аналогично пункту 6 провести построение графиков. Измеряемые величины такие же как и в предыдущем опыте.

10. Занести результаты , , в таблицу 2.2 в строку опыта 2.

11. Собрать схему однополупериодного выпрямителя с С-фильтром, как изображено на рисунке 2.10. Значение емкости для всех вариантов принять равным 100 мкФ.

Рисунок 2.10 - Схема однополупериодного выпрямителя с С-фильтром

12. Аналогично пункту 6 провести построение графиков. Измеряемые величины такие же как и в предыдущем опыте.

13. Занести результаты , , в таблицу 2.2 в строку опыта 3.

14. Собрать схему однополупериодного выпрямителя с LC-фильтром, как изображено на рисунке 2.11. Значение емкости для всех вариантов принять равным 100 мкФ, а индуктивности 1 Гн.

15. Аналогично пункту 6 провести построение графиков. Измеряемые величины такие же как и в предыдущем опыте.

16. Занести результаты , , в таблицу 2.2 в строку опыта 4.

Рисунок 2.11 - Схема однополупериодного выпрямителя с LC-фильтром

17. Собрать схему однополупериодного выпрямителя с СLC-фильтром, как изображено на рисунке 2.12. Значение емкости для всех вариантов принять равным 100 мкФ, а индуктивности 1 Гн.

Рисунок 2.12 - Схема однополупериодного выпрямителя с СLC-фильтром

18. Аналогично пункту 6 провести построение графиков. Измеряемые величины такие же как и в предыдущем опыте.

19. Занести результаты , , в таблицу 2.2 в строку опыта 5.

20. Собрать схему двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки во вторичной обмотки трансформатора, как показано на рисунке 2.13. Обратите внимание, что в данной схеме используется трансформатор со средней точкой, который находится по пути: Analog Primitives – Passive components –Centap. Воспользуемся его данными, представленными по умолчанию, поэтому редактировать его не нужно.

Рисунок 2.13 - Схема двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки во вторичной обмотки трансформатора

21. Аналогично пункту 6 провести построение графиков. Измеряемые величины такие же как и в предыдущем опыте.

22. Занести результаты , , в таблицу 2.2 в строку опыта 6.

23. Измерить , , для случаев с L, C, LC, CLC фильтрами. Подключение фильтров проводится аналогично схеме однополупериодного выпрямителя. Полученные результаты занести в строки 7-10 таблицы 2.2.

24. Собрать мостовую схему двухполупериодного выпрямителя, изображенную на рисунке 2.14

Рисунок 2.14 - Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя

25. Аналогично пункту 6 провести построение графиков. Измеряемые величины такие же как и в предыдущем опыте.

26. Занести результаты , , в таблицу 2.2 в строку опыта 11.

27. Измерить , , для случаев с L, C, LC, CLC фильтрами. Подключение фильтров проводится аналогично пунктам 8-14. Полученные результаты занести в строчки 12-15 таблицы 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты измерений

№	Схема выпрямления и тип фильтра	Измерено	Вычислено
В	В	А	Ом	р	В	А
	Однополупериодная	-
	L
	C
	LC
	CLC
	С выводом средней точки	-
	L
	C
	LC
	CLC
	Мостовая	-
	L
	C
	LC
	CLC