Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электротехническая промышленность играет важную роль в решении задач электрификации, технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства, механизации автоматизации и интенсификации производственных процессов.

В этих условиях правильная организация труда электромонтера и грамотное ведение им эксплуатации электроустановок становятся весьма сложным и ответственным делом, так как любая ошибка эксплуатации может привести к значительным материальным ущербам, выводу из строя дорогостоящего оборудования, большим потерям продукции, нерациональному использованию электроэнергии.

Обслуживание электроустановок промышленных предприятий осуществляют сотни тысяч электромонтеров, от квалификации которых во многом зависит надежная и бесперебойная работа электроустановок. Персонал должен знать основные требования Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ), ГОСТов и других директивных материалов, а также устройство электрических машин, трансформаторов и аппаратов, умело использовать материалы, инструмент, приспособления и оборудование, применяемые при эксплуатации электроустановок.

Все это требует от электротехнического персонала, занимающегося эксплуатацией электрооборудования высокого профессионализма. В данной экзаменационной работе рассмотрены вопросы по техническому обслуживанию и ремонту источников питания и преобразователей электрической энергии.

Работа выполнена на 52 листах.

1. Источники питания

Для работы электронных приборов и устройств необходимы источники питания, которые подразделяются на первичные и вторичные.

К первичным относятся источники, непосредственно вырабатывающие электрическую энергию: аккумуляторы, батареи, солнечные батареи, генераторы постоянного и переменного тока.

Вторичные источники питания преобразуют энергию первичного источника в энергию питания конкретных электронных устройств, радиоэлектронной аппаратуры, измерительных приборов и т.п.

Питание широко используемых электронных устройств и бытовой радиоэлектронной аппаратуры осуществляется в основном вторичными источниками питания, преобразующими энергию переменного сетевого напряжения 127 или 220 В в энергию постоянного тока с номиналами напряжений 5, 9, 12, 15 и 27 В.

Электронная аппаратура разделяется на маломощную (до 10 Вт -- переносные радиоприемники), средней мощности (от 10 до 300 Вт -- звуковая аппаратура и телевизоры), большой мощности (от 300 до 1000 Вт -- мощная звуковая аппаратура, радиопередатчики). Для очень мощной аппаратуры (1... 100 кВт -- звуковая аппаратура концертных залов, радиостанции и т.п.), а также для управления электродвигателями используются мощные выпрямительные установки трехфазного напряжения и электрические генераторы постоянного тока, вращаемые трехфазными двигателями.

В электронной технике применяют также преобразователи напряжений и частоты. В частности, преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение заданной частоты называется инвертором. Такие преобразователи распространены в авиационной технике, где с целью уменьшения веса трансформаторов и двигателей используют нестандартную частоту 400 Гц.

Структурная схема типового вторичного источника питания представлена на рис.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Структурная схема типового вторичного источника питания

В этой схеме цепь с выключателем (Вк) и предохранителем (Пр) необходима для подключения и отключения сетевого напряжения. Защита от замыканий в аппаратуре осуществляется с помощью предохранителя. Трансформатор (Т) служит для понижения сетевого напряжения до напряжения питания, требуемого для аппаратуры. Выпрямитель (Вп) с помощью диодов преобразует переменное напряжение в пульсирующее напряжение одной полярности. Сглаживающий фильтр (СФ) строится на основе RC- и RLC-цепочек и обеспечивает снижение пульсаций напряжения питания. Стабилизатор постоянного напряжения (СПН) обеспечивает дальнейшее снижение пульсаций напряжения, а также его стабильность на выходе преобразователя при наличии колебаний сетевого напряжения или изменениях тока в нагрузочной цепи. При необходимости задачу обеспечения стабилизации тока нагрузки выполняет стабилизатор постоянного тока (СПТ). Потребляемая мощность и ток нагрузки (Н) изменяются в широких пределах. При этом резко меняется внутреннее сопротивление нагрузки, что вызывает резкое падение напряжения на выходе источника питания.

2. Выпрямители

Выпрямители могут быть управляемые и неуправляемые, однофазные и трехфазные. Они также могут иметь сглаживающие фильтры и устройства стабилизации выходного тока или напряжения.

Однофазные неуправляемые выпрямители. Электрические схемы и диаграммы напряжений на входе и выходе одного полупериодного и двухполупериодного выпрямителей представлены на рис. 2. Из диаграммы на рис. 2, а видно, что в этой схеме диод пропускает только положительный полупериод входного напряжения Uвх(t) и на выходе выпрямителя наблюдается пульсирующее напряжение Uвых(t). В схеме на рис. 2. б диоды пропускают два полупериода напряжений, сдвинутых по фазе на 180° во вторичной обмотке трансформатора со средней точкой (по времени на половину периода).В этом случае пульсации напряжения на нагрузке Uн(t) значительно снижаются.



Рис. 2 Электрические схемы и диаграммы напряжений полупериодного (а) и двухполупериодного (б) выпрямителей

В настоящее время большее распространение получила мостовая схема двухполупериодного выпрямителя (рис. 3, а), не требующая использования трансформатора со средней точкой. В таком выпрямителе обратное напряжение на диодах не превышает максимального напряжения в полупериоде, в то время как в двухполупериодном выпрямителе обратное напряжение на диодах близко к удвоенному напряжению вторичной обмотки трансформатора. Диодные мостовые схемы выполняются в виде монолитных сборок в одном корпусе (выпрямительный блок и диодный мост) с указанием мест подсоединения переменного напряжения и нагрузки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Электрическая схема (а) и диаграммы напряжений (б) мостового выпрямителя

В мостовой схеме выпрямителя при больших токах может наблюдаться подмагничивание и насыщение сердечника трансформатора, что приводит к его перегреву, снижению КПД и искажению формы сигнала. Выбор трансформатора, как и типов диодов (или сборок), а также радиатора для их охлаждения, определяется мощностью, необходимой для нагрузки.

Если на выходе двухполупериодного выпрямителя установить конденсатор большой емкости Сф, он будет играть роль простейшего сглаживающего фильтра-накопителя. Изменение напряжения на нагрузке Uн.ф.(t).(0 при этом показано утолщенной сплошной линией на рис. 3, б. Так как токи в диодах проходят только в одном направлении на заряд конденсатора, то в моменты максимальных значений напряжения в полупериодах конденсатор подзаряжается, а в промежутках между максимумами напряжения он медленно разряжается через нагрузку с внутренним сопротивлением RH. В качестве фильтров-накопителей обычно используют электролитические конденсаторы большой емкости с требуемым номиналом напряжения. В зависимости от мощности нагрузки и требований по стабильности напряжения на выходе, емкость конденсатора выбирают в пределах от 20 до 200 мкФ. Следует заметить, что такой фильтр-накопитель довольно хорошо сглаживает пульсации напряжения, но не может обеспечить высокой стабильности его уровня на выходе. Более сложные схемы фильтров и стабилизаторов напряжения будут рассмотрены далее.

Многофазные неуправляемые выпрямители. Во многих электротехнических устройствах используется трехфазное переменное напряжение, для преобразования которого применяют трехфазный выпрямитель с нулевым выводом от трехфазного трансформатора (рис. 4, а). В таком выпрямителе каждый диод проводит ток только в положительный полупериод колебания напряжения своей фазы: А, В и С. Так как напряжение в фазах сдвинуто на 120°, то выпрямленные токи накладываются и на выходе формируется положительное напряжение с малыми пульсациями. Подобные трансформаторные схемы выпрямителей используют, когда нужно одновременно понизить или повысить выпрямляемое напряжение.



Размещено на http://www.allbest.ru/

На рис. 4, б показана мостовая схема бестрансформаторного выпрямителя. В такой схеме не нужен нулевой вывод, так как положительный полупериод одной из фаз подключается здесь через обратно включенные диоды двух других фаз. Максимальное значение выпрямленного напряжения такого выпрямителя составляет v3Umax (где Umax -- амплитуда линейного межфазового напряжения). Многофазные неуправляемые выпрямители применяют при нагрузках средней и большой мощности (от одного до сотен киловатт при токах от одного до сотен килоампер). КПД неуправляемых выпрямителей достигает 98 %.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 Электрические схемы выпрямителей, управляемых тиристорами: а -- двухполупериодная; б -- с сглаживающим фильтром; в -- используемая для зарядки аккумуляторов

Управляемые выпрямители. Часто для работы электрических устройств требуется изменять напряжение или ток в зависимости от режима работы нагрузки. Для этого используют регуляторы тока или напряжения с управляющими устройствами в виде мощных транзисторов и тиристоров. Тиристорные схемы более эффективны, так как они обеспечивают одновременно управление и выпрямление на одном элементе. Применяются также оптоэлектронные схемы выпрямителей, в которых управление осуществляется светом.

В управляемых выпрямителях используются те же схемы, что и в неуправляемых, но диоды заменяют тиристорами (управляемыми вентилями). Программа включения тиристоров задается системой управления (СУ) напряжением или током. Для примера рассмотрим принцип действия управляемого тиристорного однофазного выпрямителя (рис. 5, а). Два плеча такого выпрямителя работают как однофазные независимо один от другого со сдвигом на полпериода. Момент включения каждого тиристора определяется напряжением, подаваемым на управляющий электрод. В результате ток I1 , проходит через тиристор VS1 не весь полупериод, а только часть его. Также работает тиристор VS2 во втором полупериоде. Соответственно падает среднее напряжение на выходе выпрямителя, и при этом оно может регулироваться системой управления. Следует отметить, что на выходе управляемых выпрямителей имеют место большие скачки тока и напряжения, поэтому они применяются только с сглаживающими фильтрами. В качестве фильтрующего элемента используется катушка индуктивности L или дроссель, включаемые последовательно с нагрузкой (рис. 5, б). Управляемые выпрямители используют для зарядки аккумуляторов, включая их, как показано на рис. 5, в (на схеме аккумулятор обозначен как источник напряжения Е с внутренним сопротивлением Rвн).

Трехфазные управляемые выпрямители работают по схеме, приведенной на рис. 4, а, только диоды в ней заменяют тиристорами, как и в однофазной схеме. В системе управления выпрямителя предусмотрены устройство сравнения полученного напряжения с заданным эталонным и исполнительное устройство (регулятор) -- тиристор. В управляемые выпрямители также встраиваются устройства защиты от перегрузок и коротких замыканий.

3. Инверторы, преобразователи напряжения и частоты

Инвертированием называют процесс обратный выпрямлению, т. е. получение переменного тока из постоянного. Инверторы подразделяются на ведомые сетью и автономные. Первые служат для передачи энергии в сеть с переменным током заданной частоты, а последние -- для питания автономных приемников или сетей, и частота преобразования в них задается системой управления инвертором.

Инверторы, ведомые сетью. Если в схеме на рис. 5, б вместо нагрузки установить аккумулятор (Е) и индуктивность (L), включить их, как показано на рис. 5, в, то аккумулятор сможет питать через трансформатор внешнюю цепь переменного напряжения.

Процесс переключения тиристоров аналогичен процессу переключения в выпрямителе. Например, примем, что к моменту времени t = 0 тиристор VS2 был открыт, а тиристор VS1 -- закрыт. Переключения тиристоров задаются двумя последовательными импульсами управления с периодом повторения Т, сдвинутыми на половину периода. Первый импульс управления Uy1 открывает тиристор VS1, т.е. напряжение между его катодом и анодом становится равным нулю, и возникает ток в левой цепи трансформатора. На выходе другой ветви вторичной обмотки трансформатора второй импульс Uу2 наводит отрицательное напряжение, запирающее тиристор VS2. Запирание ранее проводившего ток тиристора может произойти и раньше под действием переменного тока первичной обмотки трансформатора, что и определяет название инвертора -- ведомый сетью.

Через половину периода под действием напряжения сети тиристор VS1 начнет запираться, а тиристор VS2 откроется под действием второго импульса управления. Таким образом, процесс переключения тиристоров начнет повторяться. При этом импульсы тока, возникающие во вторичной обмотке трансформатора, наводят ЭДС в его первичной обмотке, передавая энергию от аккумулятора в цепь переменного напряжения. Наводимая в первичной обмотке трансформатора ЭДС, зависящая от фазового сдвига а между напряжением в сети и поступившим импульсом на тиристор VS1, определяется по формуле

Е = 2 Umax cos (180° - б)/р + Rвт Iн

где 0 < б < 90°; Rвт -- сопротивление вторичной цепи; Iн -- ток нагрузки.

Изменяя угол фазового сдвига б, можно менять ток Iн нагрузки и, следовательно, мощность, отдаваемую в сеть Р = Е Iн.

Инверторы часто применяют для питания двигателей постоянного тока от сети переменного тока. На транспорте такие двигатели могут работать и как генераторы, причем при использовании одного и того же устройства преобразования. Это устройство может служить и выпрямителем для обеспечения питания двигателя при движении транспорта на подъем, и инвертором для обеспечения использования энергии, генерируемой электродвигателем при движении транспорта на спуске. Мощность таких инверторов может достигать 100 кВт и более.

Автономные инверторы. Различают автономные инверторы тока и напряжения. Инверторы тока используются с сглаживающим фильтром большой индуктивности Lф (рис. 6), а инверторы напряжения подключают непосредственно к источнику питания.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Автономный инвертор работает почти так же, как инвертор, ведомый сетью, но его работа полностью определяется запускающими импульсами системы управления. Предположим сначала, что тиристор VS1 закрыт, а тиристор VS2 открыт. Конденсатор С в цепи источника тока и вторичной обмотки трансформатора заряжен, как показано на рисунке знаками зарядов без скобок.

Первый импульс от системы управления (СУ) открывает тиристор VS1, и начинается разрядка конденсатора по контуру, отмеченному пунктиром. При этом ток разрядки обеспечивает наведение напряжения во вторичной обмотке трансформатора, закрывающего тиристор VS2. При закрытом тиристоре VS2 конденсатор перезаряжается, как показано на рисунке знаками зарядов в скобках, поддерживая тиристор VS1 в открытом состоянии. После перезарядки напряжение на тиристоре VS1 снижается.

Через половину периода из СУ поступит второй импульс, который откроет тиристор VS2, и конденсатор начнет перезаряжаться, поддерживая его в открытом состоянии. При этом ток перезарядки обеспечит наведение напряжения в вторичной обмотке трансформатора, закрывающего тиристор VS1. Далее процесс будет повторяться, создавая периодические прямоугольные импульсы тока в вторичной обмотке трансформатора, которые будут вызывать периодические изменения напряжения в первичной обмотке трансформатора, включенного на нагрузку. Наличие индуктивности Lф в цепи приводит к стабилизации тока, потребляемого от источника.

Мощность автономных инверторов, как правило, меньше мощности инверторов, ведомых сетью, а преобразование напряжения в них происходит практически без потерь энергии.

Преобразователи напряжения. Преобразователями постоянного напряжения (конверторами) называют устройства, изменяющие постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого уровня. Конверторы основаны на импульсных устройствах, позволяющих осуществлять преобразование с минимальными потерями. Схемы преобразователей, работающих с понижением напряжения, приведены на рис. 7. В схеме рис. 7, а используется источник питания с напряжением ЭДС Е, электронный ключ S, диод VD, индуктивный элемент (дроссель) L и конденсатор большой емкости С. Ключ включается на время длительности импульса фи с постоянной частотой ѓ и периодом Т. За это время конденсатор заряжается до напряжения Uc= Uн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7 Схемы преобразователей постоянного напряжения с последовательным (а) и параллельным (б) включением электронных ключей

После прекращения импульса конденсатор разряжается через сопротивление нагрузки Rн. Так как постоянная времени CRH ? Т, а индуктивность с конденсатором образуют LC-фильтр, выходное напряжение преобразователя изменяется мало и можно приближенно считать напряжение нагрузки UH, как и ток в цепи нагрузки, постоянным. Регулирование напряжения на выходе преобразователя осуществляется изменением длительности фи импульса, подаваемого на ключ S.

Напряжение на выходе преобразователя определяется соотношением

UH=E фи /T.

В схеме на рис. 7, б, содержащей источник питания с напряжением ЭДС Е, электронный ключ S включает импульсами длительностью фи цепь с индуктивным элементом (дросселем) L с постоянной частотой ѓ За время фи в дросселе L накапливается электромагнитная энергия. При отключении ключа конденсатор большой емкости С заряжается через диод VD напряжением индукции от дросселя L. В этом случае напряжение на выходе преобразователя определяется соотношением

UH=E/(l - фи /T).

В преобразователях малой и средней мощности (до 1 кВт) в качестве ключа используют биполярные и полевые транзисторы, а в преобразователях большей мощности -- тиристоры.

Преобразователи частоты. Это устройства, преобразующие напряжение одной частоты в напряжение другой частоты. Обычно такое преобразование выполняется через выпрямление первичного напряжения с последующим инвертированием его в переменное напряжение другой частоты импульсным методом, используя включение электронного ключа с определенной частотой.

4. Схемы выпрямления с умножением напряжения

При помощи схем с умножением можно получить на выходе выпрямителя напряжение в два или более раз выше, чем напряжение, снимаемое с трансформатора. Это позволяет снизить вес и габаритные размеры выпрямителя.

Схема выпрямителя с удвоением выходного напряжения и соответствующие диаграммы приведены на рис. 8, а. Данный выпрямитель работает следующим образом. В первом (положительном) полупериоде входного напряжения диод VD1 открыт, а диод VD2 закрыт. При этом конденсатор С1 быстро заряжается, и напряжение на его обкладках UC1(t) достигает значения максимального напряжения Umах. После окончания первого полупериода диод VD1 закрывается, а напряжение на конденсаторе С1 постепенно падает, так как он разряжается через сопротивление нагрузки. Во втором (отрицательном) полупериоде диод VD2 открыт, а диод VDI закрыт. Конденсатор С2 быстро заряжается через диод VDI, и его напряжение UC2(t) растет до максимального значения Umax. После окончания второго полупериода конденсатор С2 начинает медленно разряжаться через сопротивление нагрузки.

Полярности заряда конденсаторов показывают, что напряжение на нагрузке равно сумме напряжений на конденсаторах: UH = UС1+ UC2. Если номиналы диодов и конденсаторов одинаковы, то на выходе выпрямителя получают постоянное напряжение, близкое к удвоенному напряжению вторичной обмотки трансформатора: UH = 2UCI ? 2Umax. Такая схема хорошо работает при больших сопротивлениях нагрузки RH. Для уменьшения пульсаций напряжения на выходе выпрямителя увеличивают емкости конденсаторов С1 и С2.

Схемы удвоения можно включать каскадно, наращивая при этом кратность увеличения напряжения на выходе.

Схема выпрямителя с учетверением выходного напряжения показана на рис. 2, б. Этот выпрямитель работает следующим образом. В течение отрицательного полупериода входного напряжения конденсатор С1 быстро заряжается через диод VD1 и напряжение на нем достигает максимального значения на выходе трансформатора Umax. В это время диод VD2 закрыт.

В следующем (положительном) полупериоде открыт диод VD2, конденсатор С2 заряжается и напряжение на нем доходит до максимального значения Umax.

В последующем (отрицательном) полупериоде открывается диод VD3, конденсатор СЗ заряжается и напряжение на нем доходит до максимального значения Umax. Одновременно на конденсатор С1 подается удвоенное напряжение (напряжение полупериода трансформатора и напряжение конденсатора С2), и он заряжается через диод VD2no достижения удвоенного максимального значения 2Umax.

В следующем (положительном) полупериоде открывается диод VD4 и конденсатор С4 заряжается до максимального напряжения Umax. Одновременно на конденсатор С2 подается утроенное напряжение (напряжение полупериода трансформатора и напряжение конденсатора С1, равное 2 Umax), и он заряжается через диод VD2 до утроенного максимального значения 3Umах. В следующих циклах напряжение от конденсатора С1 передается конденсатору СЗ, а от С2 -- к С4, и на конденсаторах С 1 и С2 напряжение растет до значения 4Umах. В итоге на выходе выпрямителя получают постоянное напряжение, равное учетверенному максимальному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора

Umах, т.е. Uвых =4 Umах

Наращивая число каскадов с диодами и конденсаторами, можно увеличить выходное напряжение в шесть и более раз. Однако при этом растет внутреннее сопротивление выпрямителя и снижается его КПД.

электронный выпрямитель инвертор фильтр

5. Сглаживающие фильтры на основе емкости и индуктивности

Сглаживающие фильтры служат для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке выпрямителя.

Вместе с тем они не должны ухудшать протекание постоянной составляющей тока, так как это приводит к тепловым потерям и снижению КПД источника питания.

Важной характеристикой является коэффициент пульсации напряжения на выходе фильтра, который определяется как отношение амплитуды первой гармоники Ur выходного напряжения к усредненной постоянной составляющей выходного напряжения U0:

Кп = Ur /U0.

В отсутствие сглаживающего фильтра при большой активной нагрузке (т.е. малом сопротивлении нагрузки) коэффициент пульсации может достигать больших значений: Кп = 0,5... 0,8.

При подключении хорошего фильтра коэффициент пульсации снижается до значения 0,001, т.е. колебания напряжения на выходе выпрямителя с фильтром составляют менее 0,1 %.

Эффективность работы фильтра оценивают коэффициентом сглаживания:

Кс.ф = Кп.вых /Кп.н

где Кп.н и Кп.вых -- коэффициенты пульсации напряжения на выходе выпрямителя и нагрузке (т.е. на входе и выходе фильтра).

С учетом выражения для определения коэффициента пульсации и того факта, что у качественного фильтра постоянная составляющая не изменяется, коэффициент сглаживания можно записать в следующем виде:

Кс.ф = Uг.вых /Uг.н

где Uг.вых и Uг.н -- амплитуды первой гармоники напряжения на выходе выпрямителя и нагрузке (т.е. на входе и выходе фильтра).

Емкостной и индуктивный фильтры. Рассчитаем коэффициент сглаживания простейшего емкостного фильтра, схема которого приведена на рис. 9, а.

С учетом того, что коэффициент сглаживания можно выразить через отношение токов на входе и выходе фильтра, запишем:

Кс.ф = I1 /I1н

где I1, и I1н -- амплитуды первой гармоники токов соответственно на входе и выходе фильтра.

Соотношение токов в цепи в этом случае будет определяться распределением токов в емкости фильтра Сф и нагрузке на частоте первой гармоники щ:

I1Н = I1 [1/(jщСф])] / [1/ (jщСф +RH)],

где j=v-1 -- обозначение мнимой части комплексного выражения для сопротивления.

Рис. 9 Электрические схемы фильтров: а -- емкостного; 6 -- индуктивного; в -- Г-образного LC; г -- Г- образного RC

Подставляя комплексные выражения для токов в приведенную для Кс.ф формулу, получим коэффициент сглаживания для емкостного фильтра:

Ке.ф = jщСф RH + 1.

Переходя от комплексного выражения к действительному и пренебрегая единицей, запишем:

Ке.ф ? щСф RH

Формула показывает, что коэффициент сглаживания возрастает при увеличении выпрямляемой частоты и емкости фильтра и что емкостной фильтр эффективен при больших сопротивлениях нагрузки.

Обычно величины щ и RH жестко установлены, а емкость для получения заданного коэффициента сглаживания фильтра Кеф можно определить по формуле

Сф = Кеф /(щRн).

Электрическая схема простейшего индуктивного фильтра приведена на рис. 9, б. В схеме индуктивность в виде катушки из медного провода включена последовательно с нагрузкой.

Иногда используется катушка, намотанная на замкнутый железный или другой ферромагнитный сердечник, которая называется дросселем.

Для постоянного тока сопротивление этой катушки мало, поэтому постоянный ток проходит через нее без потерь.

Для получения высокого коэффициента сглаживания фильтра Ксф необходимо, чтобы сопротивление по переменной составляющей импеданс для первой гармоники было велико.

Используем для анализа Кс.ф соотношение напряжений на входе и выходе фильтра:

U1 = (jщLф+ RH)I1

U1Н = RH I1

где I1, -- амплитуда тока первой гармоники в цепи индуктивности и нагрузки.

По формуле получим коэффициент сглаживания индуктивного фильтра в виде

Ки.ф = U1 /U1Н =( jщLф+ RH )/RH = jщLф /RH + 1.

Переходя от комплексного выражения к действительному через модуль и пренебрегая единицей, так как щLф > RH ,получим

Ки.ф ?щLф / RH.

Согласно этому выражению индуктивный фильтр эффективен при больших частотах первой гармоники, большой индуктивности и малых сопротивлениях нагрузки.

Требуемую индуктивность катушки или дросселя для заданного Ксф определяют по формуле

Lф ? RH Kи.ф /щ

При этом чем больше частота со выпрямляемого напряжения, тем меньше требуемая индуктивность Lф катушки или дросселя. Соответственно будут меньше их масса и габаритные размеры. Поэтому на самолетах, вертолетах и других летательных аппаратах используется сетевая частота 400 Гц. При такой сетевой частоте меньше также масса и габаритные размеры всех используемых трансформаторов и двигателей по сравнению с аналогичными устройствами эквивалентной мощности, работающими на стандартной частоте бытовой сети 50 Гц. Недостатком использования частоты 400 Гц является постоянный сильный звук, исходящий от дросселей и трансформаторов.

Г-образные, П-образные и активные сглаживающие фильтры. Электрическая схема Г-образного индуктивного фильтра с емкостью (LC-фильтра) приведена на рис. 9, в. Этот фильтр можно представить в виде последовательного соединения двух фильтров: индуктивного и емкостного. Удачное сочетание характеристик этих двух фильтров обеспечивает Г-образному LC-фильтру большой коэффициент сглаживания:

Кг.ф = Ки.ф Ке.ф

где Ки.ф и Ке.ф -- коэффициенты сглаживания соответственно индуктивного и емкостного фильтров.

Подставив в эту формулу выражения, получим

Кг.ф = щ2LфСф.

Из полученного выражения видно, что коэффициент сглаживания Г-образного фильтра не зависит от сопротивления нагрузки. Это важно для многих устройств (усилителей, генераторов и регуляторов), у которых мощность, а следовательно, и внутреннее сопротивление могут меняться в широких пределах.

Из формулы найдем выражение для параметров сглаживающей цепи:

Lф Сф = Кг.ф/щ2.

Г-образные фильтры используются при больших токах нагрузки, так как даже при большом постоянном токе потери в дросселе незначительны.

При малых токах нагрузки часто используют Г-образный RC-фильтр, схема которого приведена на рис. 9, г. По сравнению с Г-образными LC-фильтрами Г-образные RC-фильтры имеют меньшие габаритные размеры, массу и стоимость. Однако при больших токах такой фильтр имеет большие потери.



Рис. 10 Электрические схемы активного (а) и П-образного (б) фильтров

Коэффициент сглаживания RС-фильтра определяется выражением

KRCф = щ2 СфRф RH / Rф +RH

Для повышения коэффициента сглаживания Г-образного RC-фильтра используют активные фильтры, включающие в себя активный элемент в виде операционного усилителя.

Схема RС-фильтра с операционным усилителем приведена на рис. 2, а. Такой фильтр эффективен при сглаживании низких частот. Коэффициент сглаживания этого фильтра повышается за счет повышения эффективной емкости интегрирующей цепи в К раз (здесь К-- коэффициент усиления усилителя на ОУ). Так как обычно составляет от 10 до 100, эффективная емкость в формуле и коэффициент сглаживания КRСф возрастают во столько же раз.

Для повышения коэффициента сглаживания используют и многозвенные фильтры. Примером многозвенного фильтра является широко используемый П-образный фильтр, схема которого приведена на рис. 10, б. Коэффициент сглаживания такого фильтра можно определить как произведение коэффициентов сглаживания емкостного фильтра и Г-образного LC-фильтра:

KП.Ф = KП.Ф KГ.Ф ?щСфRн • щ2 Lф Cф = щ3Lф C2ф Rн.

Данные фильтры эффективны для выпрямления напряжения частотой 50 Гц при достаточно больших нагрузках. Недостатком является большая масса фильтра, предназначенного для мощных электронных устройств.

6. Стабилизаторы напряжения и тока

Большинство устройств радиоэлектронной и контрольно-измерительной аппаратуры требует высокой стабильности постоянного напряжения питания.

Характеристики стабилизаторов напряжения. Требование к стабильности напряжения задается коэффициентом нестабильности:

КНС = ?UП /UП

где ?UП -- отклонение напряжения питания от требуемого напряжения UП.

В некоторых случаях коэффициент нестабильности не должен превышать 0,01 %.

Обеспечить выполнение этого условия с помощью сглаживающего фильтра трудно вследствие нестабильности напряжения в сети.

Повышенные требования к фильтрам приводят к росту их массы и габаритных размеров, снижению КПД, увеличению стоимости.

Поэтому, как правило, в схему источника питания после фильтров оптимальной конструкции включают стабилизатор постоянного напряжения.

Основным параметром, характеризующим работу стабилизатора напряжения, является коэффициент пульсации выходного напряжения.

По существу он представляет собой коэффициент нестабильности по отношению к быстрым изменениям напряжения, выраженный в процентах. Пульсация -- это быстрое изменение напряжения на выходе стабилизатора напряжения.

В общем случае стабилизатор напряжения постоянного тока характеризуют следующие параметры:

коэффициент пульсации, %, КП = КНС •100 = 100?UП / UП

коэффициент стабилизации выходного напряжения при постоянной нагрузке (при RН = const)

КСТ = ?UВХ / UВХ

?UН / UН

выходное сопротивление стабилизатора (при UBX = const)

RВЫХ = ?UН/?IН;

коэффициент полезного действия стабилизатора

з=PН /PВХ= UHIH(UBXIBX).

Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения. Простейшим является параметрический стабилизатор напряжения на основе стабилитрона, схема которого приведена на рис. 11, а



Рис. 11 Параметрический стабилизатор на основе стабилитрона: а -- электрическая схема; б -- ВАХ стабилитрона; в -- диаграммы напряжений

Характеристики стабилизатора зависят от параметров нелинейного элемента -- стабилитрона. Особенностью ВАХ стабилитрона (рис. 11, б) является наличие в области отрицательных напряжений участка, где напряжение не зависит от тока (участка пробоя стабилитрона). Каждый стабилитрон имеет свое определенное напряжение пробоя UПР, которое определяет напряжение стабилизации UСТ стабилизатора: UСТ ? UПР. Стабилитрон включается последовательно с гасящим сопротивлением R и параллельно по отношению к нагрузке (см. рис. 11, а). Обычно напряжение на входе стабилизатора превышает напряжение пробоя стабилитрона Uпр (напряжение (Uст), поэтому в стабилитроне протекает слабый ток, параллельный току в нагрузке. Эти токи создают падение напряжения ?UR на сопротивлении R. При этом напряжение на нагрузке UСТ будет меньше входного напряжения UBX стабилизатора. Если напряжение на входе стабилизатора увеличится, то ток через стабилитрон соответственно также увеличится, что приведет к увеличению падения напряжения на сопротивлении R и гашению избыточного напряжения (рис. 11, в). Если напряжение на входе стабилизатора уменьшится, то ток в стабилитроне тоже уменьшится, и соответственно уменьшится падение напряжения на сопротивлении R. В результате напряжение на нагрузке стабилизируется.

При изменении тока в нагрузке часть тока стабилизатора переходит в нагрузку, при этом напряжение на нагрузке (и стабилитроне) остается постоянным благодаря тому, что напряжение на участке пробоя стабилитрона не зависит от тока.

Значение гасящего сопротивления R выбирается в зависимости от значения напряжения стабилизации, требуемого коэффициента стабилизации и мощности нагрузки (обычно в пределах от 6 до 120 Ом). Чем больше сопротивление R, тем выше КСТ, но при этом падает выходное напряжение стабилизатора. Особенно сильно Uвых падает при повышении тока нагрузки.

Параметры стабилитрона также должны подбираться с учетом требуемого напряжения на выходе стабилизатора и допустимых токов нагрузки. При больших компенсационных токах падает КПД стабилизатора вследствие его нагрева, поэтому необходим радиатор для теплоотвода; при малых токах ограничивается диапазон стабилизации колебаний напряжения.

Из всего сказанного следует, что схемы параметрических стабилизаторов могут применяться только для слаботочных цепей (приборов малой мощности).

Коэффициент стабилизации параметрических стабилизаторов на стабилитронах не превышает 50.

Недостатком параметрических стабилизаторов является также невозможность плавного регулирования выходного напряжения и жесткая привязка к входному напряжению.

Вместе с тем параметрические стабилизаторы просты в исполнении и надежны. Они часто используются в любительской и бытовой аппаратуре.

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения. Для обеспечения высокого коэффициента стабилизации напряжения ( КСТ > 1000) используют компенсационные стабилизаторы. Такой стабилизатор представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с обратной связью, в которой выходное напряжение сравнивается с эталонным опорным напряжением.

В зависимости от способа включения регулирующего элемента различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типа.

Структурная схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа приведена на рис. 12. Данная схема работает следующим образом. Значение выходного напряжения (UВЫХ здесь сравнивается с эталонным опорным напряжением Uоп источника опорного напряжения (ИОН). Сигнал рассогласования ?U = Uвых - Uoп усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) и воздействует на регулирующий элемент (РЭ), в качестве которого, как правило, используется транзистор. Внутреннее сопротивление РЭ изменяется под действием сигнала рассогласования и регулирует выходное напряжение, приближая его значение к значению опорного напряжения. Опорное напряжение может иметь более низкое значение по сравнению с выходным. В этом случае устанавливается потенциометр R, с помощью которого выходное напряжение понижается для выполнения сравнения. Этот потенциометр может использоваться и для плавного регулирования стабильного напряжения, подаваемого на нагрузку (Н).

Электрическая схема компенсационного стабилизатора последовательного типа на двух транзисторах приведена на рис. 13. Здесь транзистор VT1 играет роль регулирующего элемента. Транзистор VT2 является усилителем сигнала рассогласования. Делитель напряжения, служащий для сравнения UВЫХ с опорным напряжением, строится на резисторах R3, R4. Он обеспечивает плавную регулировку напряжения на выходе стабилизатора.



Рис. 12 Структурная схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа

Рис. 13 Электрическая схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа

Обычно компенсационных стабилизаторах источником опорного напряжения является дополнительный источник, являющийся также источником питания для транзистора VT2. Однако в данной схеме напряжение для сравнения формируется за счет падения напряжения между базой и эмиттером, которое сравнивается с опорным напряжением Uoп, задаваемым стабилитроном VD.

Схема работает следующим образом. Пусть напряжение на входе увеличится и составит UВХ + ? UВХ. При этом начнет увеличиваться ток через транзистор VT1, а следовательно, начнет возрастать напряжение на базе транзистора VT2, что повлечет за собой увеличение запирающего положительного потенциала на базе транзистора VT1. Ток в нем начнет уменьшаться, приводя к компенсации увеличения входного напряжения. В результате внутреннее сопротивление транзистора VT1 повысится, компенсируя увеличение напряжения на входе и приводя к стабилизации напряжения на выходе.

При снижении входного напряжения работа схемы происходит в обратном направлении. В этом случае транзистор VT1 в конечном счете переходит в более открытое состояние, компенсируя падение напряжения на входе и обеспечивая заданное стабильное напряжение на нагрузке.

Аналогично работает схема компенсации напряжения на выходе при снижении или увеличении тока нагрузки. Так как снижение тока нагрузки приводит к снижению тока транзистора VT1 за счет увеличения его внутреннего сопротивления под воздействием коллекторного потенциала транзистора VT2, напряжение на нагрузке остается стабильным. Увеличение же тока нагрузки приводит к увеличению тока транзистора VT1 за счет обратной связи через транзистор VТ2 и компенсирует падение напряжения на нагрузке. Следовательно, напряжение на нагрузке снова остается стабильным.

Увеличение коэффициента усиления транзистора VT1 обеспечивает увеличение коэффициента стабилизации напряжения. Однако при больших коэффициентах усиления схема может самовозбуждаться.

Для увеличения коэффициента усиления по току можно заменить транзистор VT1 составным, т. е. состоящим из двух транзисторов с коэффициентами усиления в1 и в2. Коэффициент усиления составного транзистора вс = в1 в2. Использование составного транзистора позволяет создавать стабилизаторы напряжения с коэффициентами стабилизации в несколько тысяч.

Структурная схема компенсационного стабилизатора параллельного типа приведена на рис. 14, а. В этой схеме также имеются источник опорного напряжения и устройство сравнения с усилителем сигнала рассогласования, но в отличие от схемы последовательного типа регулирующий элемент здесь включен параллельно нагрузке. Схема работает примерно так же, как работает схема на основе стабилитрона: сигнал рассогласования поступает на вход усилителя, а затем на регулирующий элемент, увеличивая или уменьшая ток до тех пор, пока выходное напряжение стабилизатора не сравняется с опорным напряжением.

Электрическая схема компенсационного стабилизатора параллельного типа на двух транзисторах приведена на рис. 14, б. Схема работает следующим образом. Пусть, например, напряжение на входе увеличилось. Следовательно, начнет увеличиваться напряжение на потенциометре, что приведет к увеличению напряжения на базе транзистора VT2, а значит, и его коллекторного тока, и соответственно коллекторного тока транзистора VT1, что, в свою очередь, обеспечит стабилизацию напряжения на выходе стабилизатора и нагрузке. Снижение напряжения на входе приведет к уменьшению коллекторного тока в цепи транзистора VT2 и соответственно уменьшению коллекторного тока транзистора VT1. Следовательно, напряжение на выходе стабилизируется.

Аналогично реагирует стабилизатор на падение напряжения при уменьшении или увеличении тока нагрузки, стабилизируя выходное напряжение.

Сравнивая стабилизаторы последовательного и параллельного типов, можно отметить, что последние менее экономичны, так как у них есть параллельная цепь с компенсирующим током, не используемым нагрузкой, и они имеют меньший КПД. Однако стабилизаторы параллельного типа устойчивы к влиянию короткого замыкания нагрузки.



Рис. 14 Структурная (а) и электрическая (б) схемы компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа: Rбал -- балластное сопротивление

Рис. 15 Электрические схемы стабилизаторов напряжения с использованием ОУ и транзистора (а) и с прямым включением ОУ (б)

В стабилизаторе с регулятором, расположенным последовательно с нагрузкой, при коротком замыкании в нагрузке возникают большие токи в регулирующем элементе, и он разрушается. Однако эта схема все-таки предпочтительнее при больших токах нагрузки, так как в схеме параллельного типа необходимо наличие примерно таких же компенсационных токов. Вместе с тем в последовательной схеме необходимо принимать дополнительные меры по защите от коротких замыканий в нагрузке.

Стабилизаторы напряжений с использованием операционных усилителей и микросхем. В схемах компенсационного типа в качестве устройства сравнения и усиления сигнала рассогласования можно использовать ОУ, так как он является усилителем постоянного тока и хорошо подходит для выполнения этих функций. Две электрические схемы стабилизаторов напряжения с использованием ОУ приведены на рис. 15.

Питание электронных устройств средней мощности можно осуществлять по схеме с транзистором, приведенной на рис. 15, а. В этой схеме использованы эмиттерный повторитель на основе транзистора VT1 и потенциометр R2 отрицательной обратной связи с усилением через операционный усилитель VA. Потенциометр также можно применять для регулировки уровня выходного стабилизированного напряжения. Опорное напряжение в схеме задается стабилитроном VD, включенным последовательно с высокоомным сопротивлением R1.

На рис. 15, б приведена схема стабилизации напряжения на выходе операционного усилителя с отрицательной обратной связью. Такая схема может быть использована только для питания слаботочных цепей или в качестве источника опорного напряжения.

Микросхемы стабилизаторов напряжения серий 142, К142, КР142.

Для низковольтных, маломощных одно- и двуполярных источников питания разработаны и широко применяются интегральные микросхемы стабилизаторов напряжения, выполняемые по планарной технологии. Выходное напряжение стабилизатора может быть положительным, отрицательным, двуполярным, фиксированным или регулируемым. Фиксированное напряжение +5 В используется в устройствах с ТТЛ-логикой, а двуполярное +15 В -- в аналоговых микросхемах с операционными усилителями.

Выпускаемые микросхемы стабилизаторов различаются по назначению, выходному напряжению, возможности регулировки, допустимому току стабилизации. Микросхемы с большими токовыми нагрузками (несколько ампер) имеют приспособление для крепления на радиатор, как и силовые транзисторы. Они также допускают параллельное подсоединение мощных транзисторов. Основные типы микросхем стабилизаторов и их параметры приведены в табл. 1.

Основные типовые схемы включения микросхем 142-й серии в качестве стабилизаторов напряжения показаны на рис. 16. В схеме на рис. 16, а показано стандартное подключение. В схемах на рис. 16, б... г предусмотрено повышение стабильности выходного напряжения соответственно за счет использования делителя напряжения, стабилитрона и светодиода. В схеме на рис. 16, г светодиод играет роль индикатора напряжения и одновременно смещает управляющее напряжение. В схеме на рис. 16, д показано использование микросхемы КР142ЕН5 с внешним транзистором, принимающим основную токовую нагрузку.

Микросхемы стабилизаторов напряжения могут использоваться также в схемах стабилизаторов тока (рис. 17, а) и комбинированных стабилизаторах тока и напряжения (рис. 17, б). Для защиты блока питания от перегрузок может быть использована схема, приведенная на рис. 17, в, в которой ток транзистора VT1 перекрывается при перегрузке транзистором VT2.

Таблица 1 Параметры основных микросхем стабилизаторов

Марка, тип	Параметры	Зарубежные аналоги
КР142ЕН1 А-Г	Uст = 12...30 В; Imax = 0,05А	µA723C
КР142ЕН2 А-Г	Uст = 12...30 В; Imax = 0,05А	µА723С
К142ЕНЗА,Б	Uст = 12...30 В; Imax = 1А	М 300
К142ЕН4 А,Б	Uст = 12...30 В; Imax = 1А	М 300
К142ЕН5А	Uст = 5 В; Imax = 2А	-
142ЕН6 А,Б	Uст = ±(5...25) В; Imax = 0.2А	SG150I
142ЕН8 А,Б,В	Uст = 9(A), 12(Б), 15(B) В; Imax=1,5А	SG7808 (7812, 7815)
142ЕН9 А,Б,В	Uст=20(A),24(Б), 27(B), В; Imax = 1,5А	SG7818 (7824)



Рис. 16 Схемы подключения микросхем стабилизатора напряжения 142ЕН5А: а -- стандартная; б -- с использованием делителя напряжения; в -- с использованием стабилитрона; г -- с использованием светодиода; д -- с параллельным подключением транзистора

В настоящее время микросхемные стабилизаторы широко используются как в источниках питания повышенной мощности, так и для создания эталонных и опорных напряжений, в том числе в малогабаритных переносных электронных устройствах питанием от батареи и аккумулятора.

Компенсационные стабилизаторы тока. В некоторых устройствах требуется стабилизировать не напряжение, а ток. Основным параметром стабилизатора тока является коэффициент стабилизации по току:

Кст.т = (?IВХ / IВХ)(? IН/ IН),

где ?IВХ и IВХ -- соответственно колебания тока и ток на входе стабилизатора; ?IН и 1Н -- соответственно колебания тока и ток на нагрузке.

Рис. 17 Схемы подключения микросхемы стабилизатора напряжения 142ЕН8А для стабилизации тока (а), тока и напряжения (б) и защиты от перегрузок (в)

Вольт-амперная характеристика стабилизатора тока имеет участок, где при изменении напряжения от (Umin до Umах ток практически не изменяется и находится на уровне IH ± ?IН .

Схемы стабилизаторов тока подобны схемам стабилизации напряжения. Они содержат элементы сравнения, усиления сигнала рассогласования и регулирующий элемент. Наиболее часто встречаются схемы стабилизации тока внутрисхемных каскадов. Используются также схемы автоматического поддержания тока с отрицательной обратной связью, которые приводятся в специальной литературе.



Рис. 18 Электрическая схема компенсационного стабилизатора тока

Электрическая схема компенсационного стабилизатора тока на двух транзисторах приведена на рис. 18. Схема работает следующим образом. Положительный потенциал напряжения подается на схему стабилизатора, а отрицательный -- на нагрузку RH. Регулируемый ток нагрузки IН проходит через эталонное сопротивление RЭТ, транзистор VT1 и нагрузку. Регулирующим элементом здесь является транзистор VT1, на базу которого подается управляющее напряжение, формируемое стабильным опорным напряжением UОП и напряжением моста на основе резистора Rк в коллекторной цепи транзистора VT2 и стабилитрона VD. Опорным является напряжение на стабилитроне VD; с ним сравнивается измеряемое напряжение Uи снимаемое с резистора Rэт.

Допустим, внутреннее сопротивление нагрузки RH уменьшилось, при этом начнет возрастать ток 1Н в цепи и соответственно напряжение на эмиттерном резисторе RЭ транзистора VT1. На базе транзистора VT2 увеличится отрицательный потенциал, что эквивалентно появлению сигнала рассогласования ?U между измеряемым напряжением Uи и опорным Uoп. Ток в транзисторе VT2 начнет возрастать, при этом увеличится положительный потенциал на его коллекторе, а следовательно, и на базе транзистора VT1, который начнет перекрываться, т.е. ток в нем будет уменьшаться до стабильного значения Iн0.

Аналогично данная схема будет работать при увеличении входного напряжения, т. е. сразу начнет увеличиваться ток Iн и, следовательно, напряжение Uэт, что приведет к увеличению тока в транзисторе VT2, возрастанию положительного потенциала на базе транзистора VT1, который начнет перекрываться до тех пор, пока не установится стабильный ток Iн0.

Цепь рассуждений можно повторить для случая падения входного напряжения. При этом напряжение Uэт начнет падать, ток транзистора VT2 уменьшится, отрицательный потенциал на базе транзистора VT1 возрастет, и он дополнительно приоткроется, приводя ток к стабильному уровню Iн0.

Регулировать значение стабильного тока Iн0 о можно резистором Rэт.

На параметры компенсационных стабилизаторов тока и напряжения большое влияние оказывает стабильность опорного напряжения. В качестве источника стабильного опорного напряжения могут использоваться литиевые батарейки, работающие длительное время со стабильной разностью потенциалов.

Стабильность тока и напряжения сильно зависит от температуры, так как она влияет на многие элементы компенсационной схемы стабилизатора и источник опорного напряжения. Для устранения влияния температуры применяют термокомпенсационные схемы и термостатирование аппаратуры. Так как термостатирование требует использования довольно сложных устройств и дополнительных затрат энергии, целесообразнее применять термокомпенсационные схемы.

В схеме на рис. 19, а используются р --п-- р - транзисторы. Ток управления, протекающий через транзистор VT1, практически без изменения повторяется в транзисторе VT2. Температурная стабилизация рабочей точки происходит за счет компенсации изменения напряжения база--эмиттер.

На рис. 19, б схема токового зеркала используется в качестве компенсатора температурной зависимости для стабилизатора напряжения с ОУ. Здесь изменение падения напряжения на резисторе R2 складывается с изменением напряжения база -- эмиттер. В результате на выходе токового зеркала при соответствующем подборе резистора R2 получают суммарное напряжение, не зависящее от температуры.

Импульсные стабилизаторы напряжения

Во многих случаях электронная аппаратура работает в тяжелых условиях при сильных колебаниях сетевого напряжения и больших изменениях потребляемой мощности. В этих случаях компенсационные стабилизаторы не эффективны или имеют низкий КПД. В последнее время широкое применение нашли более эффективные импульсные стабилизаторы напряжения.

Структурная схема импульсного стабилизатора напряжения приведена на рис. 20, а, а поясняющие диаграммы напряжений на входе, выходе ключа и выходе сглаживающего фильтра -- на рис. 20, б. Схема состоит из электронного ключа (ЭК), схемы управления электронным ключом (СУ), схемы сравнения (СС) и сглаживающего фильтра (СФ). Принцип работы импульсного стабилизатора следующий.

Электронный ключ включается импульсной схемой управления с определенной частотой импульсов до тех пор, пока напряжение на выходе фильтра не достигает определенного уровня, установленного в схеме сравнения. Как только это напряжение достигнет заданного уровня схема управления начинает регулировать скважность импульсов, таким образом меняя напряжение на выходе фильтра.

Рис. 20 Структурная схема импульсного стабилизатора напряжения (я) и поясняющие диаграммы напряжений (б)

В схеме управления используются:

широтно-импульсная модуляция (ШИМ) -- изменение ширины импульса при постоянной частоте;

частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) -- изменение частоты импульсов при постоянной длительности.

Рис. 21 Электрические схемы простого импульсного стабилизатора напряжения прямым подключением нагрузки (а) и с дополнительным фильтром (б)

...