Filtre v Napájacích Zdrojoch

Pri rozbore vlastností zdrojov s rôznymi typmi usmerňovačov sme si ako jeden z dôležitých parametrov všímali činiteľ zvlnenia j_zv. Ten úzko súvisí s veľkosťou napätia zvlnenia U_zv výstupného jednosmerného napätia zdroja. Ak by sme napájali obvod, ktorým prechádza užitočný signál napätím so zdroja, ktorý má veľký činiteľ zvlnenia  j_zv, potom napätie U_zv by sa prenášalo do cesty s užitočným signálom a spôsobovalo by rušenie v tomto užitočnom signáli. Na minimalizovanie tohto nežiadúceho javu slúžia v napájacích obvodoch elektronické obvody, nazývané  filtre.  Filtre zapájame medzi usmerňovač a napájaný obvod. Teda môžeme povedať :  “Filtre v napájacích zdrojoch slúžia na zníženie veľkosti činiteľa zvlnenia na požadovanú úroveň potrebnú pre napájaný obvod.” 

Účinok filtra posudzujeme podľa veľkosti činiteľa vyhladenia j_v, ktorý udáva, koľkokrát daný filter zmenšuje amplitúdu harmonického napätia a zvlnenia U_zv , na jeho výstupe oproti jeho vstupu (alebo aj činiteľa zvlnenia, ak úbytok jednosmerného napätia na filtri nie je veľký).

Je daný vzťahom :

Ak je filter viacstupňový, výsledný činiteľ vyhladenia sa rovná súčinu činiteľov vyhladenia jednotlivých stupňov.

Najčastejšie sa používajú základné dva druhy filtrov :

RC filtre

Zapojenie jednoduchého RC filtra:

Činiteľ vyhladenia j_v tohto filtra môžeme odvodiť z pomeru impedancií a po úprave dostaneme vzťah :

m .. je počet usmerňovacích ciest
w .. je uhlová frekvencia siete 

Pre  m = 1  je bežná veľkosť činiteľa vyhladenia  j_v = 10 až 20 a pre  m = 2,  dvojnásobok tejto hodnoty.

Pri návrhu RC  filtra postupujeme zvyčajne tak, že zo známeho úbytku jednosmerného napätia na filtri sa vypočíta odpor rezistora R  a zo zadanej veľkosti činiteľa vyhladenia  j_v  sa určí kapacita kondenzátora C.  Ak sa vyžaduje väčší činiteľ vyhladenia ako 20, alebo ak má byť úbytok napätia na filtri čo najmänší, je výhodné použiť dvojstupňový filter.

Zo skutočnosti, že v obvode filtra je zapojený rezistor, na ktorom vzniká úbytok napätia vyplýva, že RC filtre sú vhodné pre použitie len v obvodoch s malým odberom prúdu. V praxi sa táto podmienka v plnej miere rešpektuje a RC filtre sa zapájajú len do napájacích vetiev obvodov s malým odberom prúdu, napr.: predzosilňovacie stupne výkonových zosilňovačov, stupne s operačnými zosilňovačmi atď.

LC filtre

   Zapojenie jednoduchého LC filtra

Činiteľ vyhladenia j_v tohto filtra môžeme odvodiť z pomeru impedancií, na ktorých pôsobia napätia  U_zv1  a  U_zv2.  Jeho absolútna hodnota je určená vzťahom :
m .. je počet usmerňovacích ciest
w .. je uhlová frekvencia siete 

Bežná hodnota činiteľ vyhladenia j_v  pre  m = 2 je niekoľko desiatok. 

Na rozdiel od RC filtrov sa takéto LC filtre používajú do napájacích vetiev obvodov s veľkým odberom prúdu z dôvodu, že ideálna cievka (tlmivka) vo svojej impedancii nemá reálnu zložku, t.j. odpor, ale len imaginárnu zložku, tvorenú indukčnosťou cievky. Z toho vyplýva, že na ideálnej cievke teoreticky nevzniká žiaden úbytok jednosmerného napätia prietokom jednosmerného prúdu ňou. V súčasnosti sa už LC filtre bežne nepoužívajú (problematické sú najmä rozmery cievok). Ich použitie sa uplatňuje aj dnes napr.: v obvodoch napájania výkonových elektrónok v rozhlasových a televíznych vysielačoch a pod.