Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.4 Prvky elektronických obvodů Kapitola 12 Filtry Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 FILTRY... 2 1.1 ČINITEL ZVLNĚNÍ... 2 1.2 ČINITEL FILTRACE... 2 1.3 VÝPOČET FILTRAČNÍHO KONDENZÁTORU... 3 1.4 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál popisuje filtraci usměrněného napětí. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními elektronickými prvky jako dioda, tranzistor, tyristor, rezistor, kondenzátor, cívka a další, které jsou základem pro složitější elektronické obvody. Po prostudování všech kapitol bude student znát úpravu elektrických signálů a základní elektronické obvody. 1
1 Filtry Usměrněné napětí za usměrňovačem není stále, ale je zvlněné. Průběh zvlnění napětí je závislé na typu usměrňovače. Elektronické obvody vyžadují stejnosměrné napětí s malým zvlněním. Připojení kondenzátoru za diodu usměrňovače nebo paralelně k zátěži se vyhladí průběh střídavého napětí usměrněné usměrňovačem. Volba typu filtru záleží na velikosti odebíraného proudu a na tom jaké potřebujeme mít vyhlazené napětí. Obrázek 1 - základní rozdělení filtrů 1.1 Činitel zvlnění Velikost zvlnění se vyjadřuje činitelem zvlnění. Obrázek 2 - činitel zvlnění 1.2 Činitel filtrace Je-li činitel zvlnění příliš velký, zařazuje se mezi usměrňovač a napájené obvody vyhlazovací filtr. Vlastnosti tohoto filtru, tj. jeho vyhlazovací schopnost, vyjadřuje činitel vyhlazení. U ZV1 napětí před filtrem a U ZV2 napětí za filtrem. Obrázek 3 - činitel filtrace 2
Činitel filtrace a hodnota napětí U 2 jsou velmi závislé na zátěži Rz. Usměrňovací dioda je velmi namáhána proudovými špičkami, kterými se dobíjí kondenzátor. Obrázek 4 - průběh jednocestného usměrňovače s filtrem 1.3 Výpočet filtračního kondenzátoru Aby napětí za usměrňovačem bylo hladké s co nejmenším zvlněným napětím, je potřeba jej dobře vyfiltrovat - vyhladit. K tomu právě slouží kondenzátor na výstupu usměrňovače. Zpravidla se odhaduje, a to zcela nesprávným způsobem, že na každý 1A proudového odběru použijeme kondenzátor o kapacitě 1000uF. Lépe je potřebnou kapacitu vypočítat. C = k. I / Uzv C - kapacita kondenzátoru v μf k - koeficient zvlnění (z tabulek) Ubr - brumové napětí ve voltech I- odebíraný proud (maximální) v ma Příklad: Pro zdroj 12V/1A a pro max. kolísání výstupního napětí 1V potřebujeme kondenzátor o kapacitě: C = k. I / Uzv Zvlnění 1V odpovídá 8% z napětí 12V, tedy k = 8,5 Dosazením C = 8,5.1000 /1 = 8500μF 1.4 Kontrolní otázky 1. Jaký je účel filtru za usměrňovačem? 2. Popište základní rozdělení filtrů. 3. Co je to činitel zvlnění a uveďte vztah. 4. Co je to činitel filtrace a uveďte vztah. 5. Uveďte příklad výpočtu filtračního kondenzátoru. 6. Nakreslete a popište výstupní průběh z filtru. 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ FILTRŮ... 2 OBRÁZEK 2 - ČINITEL ZVLNĚNÍ... 2 OBRÁZEK 3 - ČINITEL FILTRACE... 2 OBRÁZEK 4 - PRŮBĚH JEDNOCESTNÉHO USMĚRŇOVAČE S FILTREM... 3 6