На титульной картинке статьи схема фильтра (или звена многозвенного фильтра) с дросселем, имеющим, помимо основной обмотки, дополнительную компенсационную. Смысл компенсационной обмотки в том, чтобы устранить имеющуюся после фильтра остаточную пульсацию, компенсировав напряжение пульсации равным по величине, но противоположным по фазе, для чего дополнительная обмотка дросселя включается встречно (т.е. невозможно намотать одну обмотку с отводом, либо же следует, сделав отвод, изменить направление намотки, но это явно не практический совет, а лишь прием, помогающий понять принцип работы схемы).
В теории подобная схема может свести пульсации к нулю, но в описаниях схемы и ее достоинств осторожно указывают, что уровень пульсаций удается уменьшить в 2-4 раза. Так что это за схема, и что с ней оказалось не так, поскольку в настоящее время она практически не применяется?
Проблема в том, что соотношение между количеством витков основной и дополнительной обмоток должно строго выдерживаться, и на практике дроссель выполняли с отводами от компенсационной обмотки, подбирая нужный отвод в процессе наладки схемы по минимуму пульсаций. Соотношение витков находится из следующих соображений.
Первое звено фильтра LоснC1 обеспечивает подавление пульсаций на входе фильтра U~ в число раз, равное отношению пульсаций на входе фильтра к пульсациям на конденсаторе C1, а оно определяется отношением реактивного сопротивления основной обмотки дросселя Lосн к реактивному сопротивлению конденсатора C1 на частоте основных пульсаций выпрямителя (50 Гц при однополупериодном выпрямлении и 100 Гц при двухполупериодном), т.е. в конечном счете величинами индуктивности и емкости.
Здесь кроется масса допущений - напряжения на дросселе и конденсаторе должны быть противоположны по фазе, не должно сказываться изменение подключенной к конденсатору активной или иного рода нагрузки, должны отсутствовать потери в конденсаторе и дросселе и пр. Оттого и декларируется подавление пульсаций всего в 2-4 раза, и практикуется подбор витков на практике.
В любом случае явственно одно - при неправильном подключении компенсационной обмотки пульсации возрастут примерно в 2 раза.
И в данной схеме непонятна роль конденсатора C2 на выходе фильтра. Он либо отсутствует (как в титульной картинке статьи), либо отображается пунктиром (что также предполагает его возможное отсутствие), и отсутствуют какие-либо данные по значению емкости этого конденсатора. В любом случае, указаний на то, что эту емкость следует выбрать как можно большей, отсутствуют. Скорей всего оттого, что этот конденсатор замыкает на себя часть компенсационного напряжения, не передавая его в нагрузку, и расчетные соотношения нарушаются.
Ниже пример практической схемы, емкость конденсатора С2 в 100 раз меньше емкости С1, что позволяет применить вместо электролитического конденсатора бумажный.
Схема не нашла широкого применения, поскольку даже при тщательном подборе степени компенсации при наладке схемы, все рассыпается при изменении параметров конденсаторов, при замене вышедшего из строя конденсатора (ввиду большого допуска на параметры электролитических конденсаторов), при изменении характера и величины нагрузки, поскольку индуктивность дросселя зависит от тока нагрузки (подмагничивания постоянным током).
Также, компенсация присутствует лишь на основной частоте пульсаций, и нарушается для гармоник (100, 200, 300, 400 Гц и т.п. для однополупериодного выпрямления, и 200, 300, 400 Гц и т.п. для двухполупериодного выпрямления).
Схема - попытка схемного решения в недавнее время при отсутствии в ассортименте электролитических конденсаторов большой емкости, когда приходилось ограничиваться емкостями порядка 10-20 мкФ. С появлением конденсаторов большой емкости схема потеряла какое-либо практическое значение.
Встречается в описаниях и полное непонимание принципа работы сглаживающего звена с компенсационной обмоткой дросселя, как на рисунке ниже.
На схеме выше либо ошибочно не изображен конденсатор фильтра после основной обмотки дросселя, либо же автор схемы полагал, что оно и так будет работать. По факту же, при встречном включении обмоток витки "компенсационной" обмотки вычтутся из витков основной обмотки, и индуктивность дросселя упадет, с одновременным увеличением его активного сопротивления.
Еще одна схема с компенсационной обмоткой, но для компенсации уже не пульсаций, а постоянного тока намагничивания дросселя. В ней число витков компенсационной обмотки равно числу витков основной обмотки, в итоге потоки подмагничивания постоянным током от 2 обмоток компенсируются, дроссель не нуждается в воздушном зазоре, и его индуктивность гораздо выше индуктивности дросселя без компенсации.
Но возникает законный вопрос - компенсационная обмотка вносит в выпрямленное и отфильтрованное напряжение после основной обмотки дросселя ровно столько пульсаций, сколько было потеряно основным звеном фильтра. Т.е. на выходе фильтра, состоящего из дросселя с 2 обмотками и конденсатора, пульсации равны пульсациям на входе.
И в заключение совершенно курьезная схема включения дросселя с компенсационной обмоткой не для устранения пульсаций выпрямителя, а для снижения фона усилителя низкой частоты.
Предполагается, что "Одним из вариантов уменьшения компенсации фона переменного тока в оконечном каскаде лампового усилителя НЧ с трансформаторным выходом является использование дополнительной обмотки дросселя сглаживающего фильтра выпрямителя. Эта обмотка подключается последовательно со звуковой катушкой и вторичной обмоткой выходного трансформатора. В результате фон переменного тока компенсируется вследствие того, что на звуковую катушку низкочастотного динамика акустической системы подается переменное напряжение, фаза которого противоположна фазе напряжения фона, наводимого во вторичной обмотке выходного трансформатора."
Фазу напряжения с дополнительной обмотки дросселя предлагается подобрать опытным путем, изменяя порядок подключения выводов обмотки, и наверняка требуется точный подбор числа витков обмотки. И не факт, что в цепях усилителя, где масса RC-цепочек и даже трансформаторов, вследствие фазовых сдвигов разница фаз напряжения фона и напряжения компенсации окажется в точности равной 0 или 180°.
И если выпрямитель двухполупериодный, то с дросселя снимется напряжение частотой 100 Гц, фон громкоговорителя же может быть обусловлен не только пульсацией выпрямителя, но и наводками сетевой частоты 50 Гц. Тогда также ни о какой компенсации речь идти не может.
Итак, в процессе попыток усовершенствования электронных устройств была создана масса чудных схем, идеально работающих лишь в теории, но отладка которых на практике сопряжена со сложностями, и вдобавок неустойчива. И тогда остается лишь добрая старая классика, без вывертов.