Filtr CRC

[Sebastian]

Witam mam pytanie dotyczace filtru CRC..., zauwazulem ze proponujecie aby pojemnosc zwiekszac np. 100u opor 200u, o ile wiem to stosowalo sie w ukladach z prostownikiem lampowym, czy daje cos w prostowniku polprzewodnikowym? Ja zawsze zmniejszam pojemnosc w razem ze spadkiem napiecia i co zatym idzie mniejszym pradem pobieranym przez anode.
Pozdrawiam

[Vault_Dweller]

IMHO jest to skuteczne też przy "semikonduktorach" . Sam miałem okazję sprawdzić na oscyloskopie- i w konfiguracji CRC i CLC (z dławikiem od świetlówki). Mostek dawałem różny- albo scalony albo cztery 1N4007.

[tszczesn]

Witam mam pytanie dotyczace filtru CRC..., zauwazulem ze proponujecie aby pojemnosc zwiekszac np. 100u opor 200u, o ile wiem to stosowalo sie w ukladach z prostownikiem lampowym, czy daje cos w prostowniku polprzewodnikowym? Ja zawsze zmniejszam pojemnosc w razem ze spadkiem napiecia i co zatym idzie mniejszym pradem pobieranym przez anode.

Wartości elementów filtru nie zależą od rodzaju prostownika (lampowy czy półprzewodnikowy)[1], a wyłącznie od obciążenia i wartości napięcia wyjściowego zasilacza[2]. Wartość pojemności przy filtrze z jednym kondensatorem można wyliczyć ze wzoru C = I*∆t/∆U, gdzie ∆t to okrę tętnień (10ms dla prostownika dwupołówkowego i 20ms dla jednopołówkowego), I to maksymalny prąd obciążenia, a ∆U to maksymalne napięcie tętnień (A, s, V). Taki filtr jednak nie zawsze jest praktyczny (zwłaszcza dla prostowników lampowych), bo potrzebna pojemność kondensatora wychodzi zbyt duża (udar prądowy, te rzeczy). Dlatego daje się ten kondesator mniejszy (dla układów lampowych typowo max 50µF), a potem dodaje drugi człon filtru - dławik (lub rezystor) i kondensator, otrzymując w ten sposób filtr typu П[3]. Pierwszy kondensator redukuje tętnienia, a drugi człon RC lub LC filtruje je już metodą 'klasyczną'[4]. Od wartości drugiego kondensatora zależy oporność wyjściowa filtru, nie może być ona za mała, bo za bardzo wzrośnie opór wyjściowy i może to doprowadzić do sprzężenia przez zasilacz (zwłaszcza dla małych częstotliwości) i do wzbudzeń. Ogólnie impedancja kondensatora musi być zawsze kilka razy mniejsza od wartości opornika/impedancji dławika dla tej samej częstotliwości w całym zakresie częstotliwości pracy wzmacniacza. Z dławikami jest prościej, ale z ooprnikiem już nie (nie może być zbyt duży, bo spadek napięcia na nim 'zje' zbyt dużo napięcia zasilania) - oznacza to, że trzeba stosowac mniejsze oporniki i większe kondensatory. Owszem, przy zmniejszeniu prądu mozna trochę zwiększyć opornik i zmniejszyć kondensator, ale tylko trochę (w przybliżeniu tyle razy ile razy zmniejszyliśmy prąd).


[1] Oczywiście trochę się różnią - lampowy ma dużą w porównaniu oporność wyjściową, ale nie jest to na ogół specjalnie ważne przy projektowaniu zasilacza.
[2] A konkretnie od napięcia tętnień zasilania (a wiadomo, że 1V przy 5V to duże tętenienia, a przy 300V to małe tętenienia) i prądu obciązenia.
[3] no właśnie, typu П a niue CRC, przez chwilę się zastanawiałem czemu ma służyć zabepieczenie filtru kodem CRC :)
[4]Całego filtru П nie kożna traktowac jak filtru, bo porsotownik ie jest liniowym źródłem prądu/napięcia.

[Romekd]

Po tych słusznych wyjaśnieniach ja tylko zwrócę uwagę na pewne cechy filtru, które warto również wziąć pod uwagę projektując zasilacz z takim właśnie wygładzaniem napięcia. Otóż pierwszy z zastosowanych kondensatorów ma duży wpływ na wartość napięcia wyjściowego. Jeżeli filtr współpracuje z prostownikiem półprzewodnikowym to pierwszy z kondensatorów również powinien mieć dużą pojemność (o ile nawet nie większą od tego kondensatora, który znajduje się na wyjściu filtru), gdyż to zapewnia większą wartość napięcia wyjściowego oraz mniejszą jego zależność od zmian prądu obciążenia zasilacza. Kondensator znajdujący się za rezystorem wygładza i uśrednia w pewien sposób napięcie występujące na pierwszym kondensatorze, więc gdy wartość pojemności pierwszego kondensatora jest zbyt niska w stosunku do pobieranego z zasilacza prądu to poziom tętnień na nim jest wysoki a średnia wartość napięcia stosunkowo niska. W takim przypadku zamiana miejscami kondensatorów (lub najlepiej wymiana kondensatora wejściowego na większy) powoduje wzrost napięcia wyjściowego przy prawie niezmienionym poziomie tętnień 100 Hz. Ponadto wzrasta trwałość pierwszego z kondensatorów.
Pozdrawiam
Romek

[tszczesn]

Jeżeli filtr współpracuje z prostownikiem półprzewodnikowym to pierwszy z kondensatorów również powinien mieć dużą pojemność (o ile nawet nie większą od tego kondensatora, który znajduje się na wyjściu filtru),

To nie do końca tak jest. Tzn. oczywiście średnia wartość napięcia wyprostowanego zależy od tego elementu, ale bez przesady z tym zwiększaniem pojemności. Po pierwsze podany przeze mnie wzór na tętnienia to amplituda tętnień, wartości chwilowa napięcia będą osiągały wartości od Umax (amplituda napięcia za transformatorem) do Umax-Ut (amplituda napięcia za transformatorem, Ut - amplituda tętnień)[1], średnia wartość napięcia jest gdzieś pomiędzy nimi. Powyżej pewnej wartości kondensatora efektywnej różnicy już nie ma - bo np. średnie napięcie wzrośnie z 300 V do 302 V.
Wartość pierwszego kondensatora jest limitowana głównie jedną rzeczą - udarem prądowym przy włączaniu. Lampy mają podaną maksymalną pojemność w katalogach, półprzewodniki nie, a za to tu udary są większe (kondensator nie jest ładowany na jeszcze chłodnej katodzie). Duży udar może doprowadzić do szybkiej awarii diod prostowniczych i konieczności zastosowania większego bezpiecznika.

[1] Pomijając oporność prostownika i transformatora)

[Romekd]

Z udarem prądowym podczas ładowania kondensatorów łatwo sobie poradzić stosując większe diody lub któryś z wielu możliwych do zastosowania układów „miękkiego startu” a ponadto już sama rezystancja uzwojenia anodowego transformatora sieciowego dość skutecznie ogranicza wartość prądu. Za to parametry zasilacza z większymi pojemnościami kondensatorów są dużo lepsze, więc może jednak warto takowe zastosować. Prosty przykład: jako filtr zastosuję dwa kondensatory o pojemnościach 68 uF i 220 uF oraz rezystor 12 Ω a obciążeniem będzie żarówka 100 W 230 V. Napięcie z transformatora sieciowego dobieram w taki sposób, aby na nieobciążonym wyjściu filtru uzyskać 232 V napięcia stałego. Gdy jako pierwszy kondensator użyję 68 uF to w moim próbnym układzie napięcie pod obciążeniem spadnie do 219 V przy tętnieniach około 9 Vp.p., natomiast jak zamienię kondensatory miejscami i jako pierwszy zastosuje kondensator 220 uF napięcie wyjściowe przy tym samym rodzaju obciążenia wyniesie 226 V przy tętnieniach około 9,5 Vp.p. Jak widać zastosowanie najpierw pojemności dużej a później małej skutkuje wzrostem napięcia wyjściowego o 7 V i wzrostem poziomu tętnień o zaledwie 0,18 V (wartości skutecznej). Ponadto wartość tętnień na pierwszym kondensatorze filtru w pierwszym przypadku wynosi około 23 Vp.p. a w drugim 13 Vp.p.

Podane przeze mnie wartości napięć nie wynikają z wyliczeń a są zmierzone w konkretnym układzie testowym. Nie mierzyłem pojemności nowych kondensatorów użytych w układzie a jedynie podałem deklarowaną przez producenta pojemność, więc jeżeli ktoś z szanownych kolegów uzyskałby nieco odmienne wyniki to mogłyby one wynikać z rozrzutu parametrów zastosowanych podzespołów.
Pozdrawiam
Romek

[tszczesn]

Z udarem prądowym podczas ładowania kondensatorów łatwo sobie poradzić stosując większe diody lub któryś z wielu możliwych do zastosowania układów „miękkiego startu” a ponadto już sama rezystancja uzwojenia anodowego transformatora sieciowego dość skutecznie ogranicza wartość prądu.

Owszem, ale trzeba sobie z tego zdawać sprawę.

Gdy jako pierwszy kondensator użyję 68 uF to w moim próbnym układzie napięcie pod obciążeniem spadnie do 219 V przy tętnieniach około 9 Vp.p., natomiast jak zamienię kondensatory miejscami i jako pierwszy zastosuje kondensator 220 uF napięcie wyjściowe przy tym samym rodzaju obciążenia wyniesie 226 V przy tętnieniach około 9,5 Vp.p. Jak widać zastosowanie najpierw pojemności dużej a później małej skutkuje wzrostem napięcia wyjściowego o 7 V i wzrostem poziomu tętnień o zaledwie 0,18 V (wartości skutecznej). Ponadto wartość tętnień na pierwszym kondensatorze filtru w pierwszym przypadku wynosi około 23 Vp.p. a w drugim 13 Vp.p.

No właśnie - jest jak mówiłem. Użyłeś kondensatora ponad trzy razy większego, a uzyskany efekt jest mizerny. IMO znacznie lepiej niż w duży pierwszy kondensator (a tanie one nie chcą być) zainwestować w dławik zamiast opornika. Jak sobie przed chwilą policzyłem filtr złożony z dławika 10 H i kondensatora 100 µF obciążony opornikiem 220 Ω stłumi przydźwięk o częstotliwości 100 Hz ok. 400 razy.

[Romekd]

Użyłeś kondensatora ponad trzy razy większego, a uzyskany efekt jest mizerny.

Tomku ja je tylko zamieniłem miejscami. Uzyskane wyniki wskazują, że w pewnych przypadkach jak to sugerował Sebastian warto dać najpierw kondensatory o pojemności większej a później dopiero coraz mniejszej zwłaszcza, że często zasilacz dostarcza kilku napięć i pierwsze z nich brane jest bezpośrednio z pierwszego kondensatora filtru i to z tego właśnie kondensatora pobierany jest największy prąd. Oczywiście przy prostowniku lampowym pojemność pierwszego kondensatora musi być dostosowana do możliwości prądowych lampy.

IMO znacznie lepiej niż w duży pierwszy kondensator (a tanie one nie chcą być) zainwestować w dławik zamiast opornika. Jak sobie przed chwilą policzyłem filtr złożony z dławika 10 H i kondensatora 100 μF obciążony opornikiem 220 Ω stłumi przydźwięk o częstotliwości 100 Hz ok. 400 razy.

Zastosowanie dławika to oczywiście jedno najlepszych możliwych rozwiązań stosowanych w celu obniżenia poziomu tętnień jednak niestety jest to również rozwiązanie najdroższe z możliwych. Dławik 10 H 0,5 A kosztowałby pewnie drożej niż wykonanie stabilizatora półprzewodnikowego, a ponadto jego rozmiary i waga musiałyby być przy tych parametrach ogromne.

Pozdrawiam
Romek

[Sebastian]

C1=330uF, C2=100uF C3=10uF
R1=ok100 Ohm, R2=1k
Napięcie doprowadzone po prostowniku mostku Gretza Ua=390V
Prąd anodowy ok. Ia=110mA, 100mA na końcowa i ok. 10mA na sterującą
Zakładając ze nie stosujemy dławika, czy są dobrze dobrane elementy.
Napięcie na lampę końcową brane jest z C2, na lampę sterującą z C3.
Według wzoru C = I*∆t/∆U na c1 ∆U=C/ I*∆t=330*10^-6/0,11*10*10^-3=0,3V
Impedancja dla 10 Hz Xc1=1/2pfC=48 Ohm –wraz ze wzrostem f odpowiedni maleje Xc
Obliczenia dotyczą C1 i R1 jak dalej liczyć co się dzieje na elementach C2 itd., przypuszczam ze zmienia się Dt.
Pozdrawiam

[tszczesn]

C1=330uF, C2=100uF C3=10uF
R1=ok100 Ohm, R2=1k
Napięcie doprowadzone po prostowniku mostku Gretza Ua=390V
Prąd anodowy ok. Ia=110mA, 100mA na końcowa i ok. 10mA na sterującą
Zakładając ze nie stosujemy dławika, czy są dobrze dobrane elementy.
Napięcie na lampę końcową brane jest z C2, na lampę sterującą z C3.
Według wzoru C = I*∆t/∆U na c1 ∆U=C/ I*∆t=330*10^-6/0,11*10*10^-3=0,3V
Impedancja dla 10 Hz Xc1=1/2pfC=48 Ohm –wraz ze wzrostem f odpowiedni maleje Xc
Obliczenia dotyczą C1 i R1 jak dalej liczyć co się dzieje na elementach C2 itd., przypuszczam ze zmienia się Dt.
Pozdrawiam

Nie, dalsze sekcje traktujesz jako zwykły filtr RC. Pulsacja granicza filtru RC jest określona bardzo prostym wzorem ω = 1/RC. Oporność kondensatora jak wcześniej. A tłumienie okreslone jest wzorem[1] k = R0*Xc/(R0*Xc + R0*R1 + R1*Xc), R1 - oporność filtru, R0 - oporność obciązenia, Xc - impedancja kondenstora (zespolona!), wszystko w omach.

[1] Jak się nie pomyliłem w wyprowadzeniu wzoru.

[Sebastian]

Czyli mój filtr jest dobry?

[tszczesn]

Czyli mój filtr jest dobry?

Wygląda na to, że tak.

[Sebastian]

Dziekuje to rozwialo moje obawy.
Pozdrawiam

[Einherjer]

Tutaj jest przydatny symulator: https://www.duncanamps.com/psud2/