Ένα τυπικό φίλτρο μπορεί εύκολα να κατανοηθεί αν το κυκλωματικό διάγραμμα του το χωρίσουμε σε δυο μέρη. Τον πυκνωτή εξομάλυνσης και το χαμηλοπερατό φίλτρο. Καθένα από αυτά τα μέρη συμβάλει με τον δικό του τρόπο στην αφαίρεση της κυμάτωσης της DC ανορθωμένης τάσης.

Πυκνωτές εξομάλυνσης

Το σχήμα δείχνει ένα ηλεκτρολυτικό πυκνωτή συνδεμένο στο κύκλωμα ανόρθωσης, ο οποίος χρησιμοποιείται σαν προσωρινό μέσο αποθήκευσης για το ρεύμα εξόδου του τροφοδοτικού. Η δίοδος ανόρθωσης παρέχει ρεύμα για τη φόρτιση του πυκνωτή σε κάθε κύκλο της ανορθωμένης τάσης.

Αυτός ο πυκνωτής είναι ένας ηλεκτρολυτικός μεγάλης τιμής συνήθως εκατοντάδες ή χιλιάδες μικροφαράντς. Αυτή η μεγάλη τιμή του πυκνωτή είναι αναγκαία τέτοια ώστε ο πυκνωτής να παρέχει DC ρεύμα στο φορτίο κατά την απουσία του ρεύματος που έχουμε στο κενό μεταξύ δυο θετικών παλμών στο οποίο η δίοδος δεν άγει.

Η λειτουργία του πυκνωτή εξομάλυνσης στο μισό κύκλο της ανορθωμένης τάσης φαίνεται στο σχήμα. Σε κάθε θετική ημιπερίοδο η τάση στην άνοδο της διόδου αυξάνει μέχρι την τάση κορυφής V_pk Σε κάποιο σημείο κοντά και πριν στο  V_pk η ανορθωμένη τάση πολώνει ορθά τη δίοδο με αποτέλεσμα η δίοδος να άγει και ένας παλμός ρεύματος φορτίζει τον πυκνωτή εξομάλυνσης στην τιμή V_pk ενώ ταυτόχρονα παρέχεται ρεύμα στο φορτίο.

Στη συνέχεια στο κενό των δύο θετικών ημικυκλίων, η δίοδος δεν άγει και ο πυκνωτής εκφορτίζεται παρέχοντας ρεύμα στο φορτίο. Φυσικά αν και ο πυκνωτής έχει μεγάλη τιμή, όταν εκφορτίζεται παρέχοντας ρεύμα στο φορτίο, η τάση στα άκρα του πέφτει αλλά όχι τόσο πολύ. Σε κάποια χρονική στιγμή στον επόμενο κύκλο, η τάση στη δίοδο γίνεται μεγαλύτερη από την τάση του μερικώς αποφορτισμένου πυκνωτή με αποτέλεσμα να φορτιστεί πάλι κοντά στην τάση κορυφής V_pk.

AC κυμάτωση

Το ποσό της ηλεκτρικής ενέργειας το οποίο ο πυκνωτής εξομάλυνσης δίνει εκφορτίζοντας καθορίζεται από το ρεύμα στο φορτίο. Όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο τόσο περισσότερο ο πυκνωτής εκφορτίζεται και έχουμε μεγαλύτερη τάση κυμάτωσης από κορυφή σε κορυφή. Τυπικά το πλάτος της κυμάτωσης από κορυφή σε κορυφή δεν ξεπερνά το 10% της DC τάσης εξόδου.

Χρησιμοποιώντας πυκνωτή εξομάλυνσης μεγάλης τιμής έχει σαν αποτέλεσμα η εκφόρτιση του να γίνεται πιο σταθερή μειώνοντας έτσι την τάση κυμάτωσης. Από το σχήμα βλέπουμε ότι η φόρτιση του πυκνωτή γίνεται κοντά στην κορυφή της ημιπεριόδου και την στιγμή που η τάση της διόδου γίνει μεγαλύτερη από εκείνη του μερικώς αποφορτισμένου πυκνωτή.

Χρησιμοποιώντας τις σχέσεις από τον ηλεκτρισμό για τον πυκνωτή: Q = I‧t και C = Q / V αποδεικνύονται τα ακόλουθα: Η φόρτιση του πυκνωτή γίνεται όταν άγει η δίοδος με παλμούς ρεύματος. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής τόσο λιγότερο πέφτει η τάση στα άκρα του, που αυτό σημαίνει μικρότερη τάση κυμάτωσης, αλλά εδώ έχουμε πιο στενούς και υψηλούς παλμούς φόρτισης του πυκνωτή από τον ανορθωτή. Υψηλοί παλμοί ρεύματος φόρτισης σημαίνει ότι ο μετασχηματιστής και η δίοδος θα πρέπει να είναι ικανοί να το παρέχουν, διαφορετικά θα προκληθεί βλάβη σε αυτά τα στοιχεία κυκλώματος.

Σύμφωνα με τα παραπάνω υπάρχει πλεονέκτημα στο να μειώσουμε το μέγεθος του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή, αλλά αυτό προκαλεί αύξηση της κυμάτωσης της τάσης στο φορτίο. Όμως αυτό δεν είναι μεγάλο πρόβλημα, μιας που μπορούμε να βάλουμε ένα βαθυπερατό φίλτρο ή/και ένα σταθεροποιητή μεταξύ του ανορθωτή και στο φορτίο.

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ανόρθωση πλήρους κύματος για να αυξήσουμε την απόδοση του πυκνωτή στη μείωση της κυμάτωσης στο φορτίο για το λόγο ότι οι περίοδοι εκφόρτησης του πυκνωτή είναι μικρότεροι και ο πυκνωτής φορτίζεται με συχνότητα διπλάσια από εκείνη της ανόρθωσης μισού κύματος.

Χαμηλοπερατά φίλτρα αφαίρεσης της κυμάτωσης

Αν και ένα χρήσιμο τροφοδοτικό μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας ένα πυκνωτή εξομάλυνσης για την αφαίρεση της AC κυμάτωσης είναι συχνά απαραίτητο να συμπεριλάβουμε ένα χαμηλοπερατό φίλτρο ή/και ένα σταθεροποιητή μετά τον πυκνωτή εξομάλυνσης για να αφαιρέσουμε την AC κυμάτωση και να αυξήσουμε την σταθερότητα της DC τάσης εξόδου κάτω από συνθήκες μεταβολής του φορτίου.

Χαμηλοπερατά φίλτρα τύπου LC και RC μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αφαίρεση της κυμάτωσης από την τάση εξόδου. Το φίλτρο LC που δείχνεται στο σχήμα είναι περισσότερο αποδοτικό και δίνει καλύτερα αποτελέσματα από το φίλτρο RC του σχήματος, αλλά για ένα τυπικό τροφοδοτικό το φίλτρο LC είναι λιγότερο δημοφιλές από εκείνο του RC, για το λόγο ότι το τσοκ (πηνίο L) που χρειάζεται ώστε το φίλτρο να δουλέψει αποδοτικά στις συχνότητες 50 έως 120Hz πρέπει να είναι μεγάλο και βαρύ (λόγω του σιδηροπυρήνα του) με αποτέλεσμα να είναι ακριβό.

Ένα χαμηλοπερατό φίλτρο επιτρέπει να περάσουν οι χαμηλές συχνότητες, που στη περίπτωση του τροφοδοτικού το DC (0Ηz) διέρχεται απομονώνοντας με το φίλτρο τις υψηλότερες συχνότητες είτε το 50Hz ή τα 120Ηz στα βασικά κυκλώματα τροφοδοτικών ή τα δεκάδες kHz στα διακοπτόμενα τροφοδοτικά.

Η χωρητική αντίδραση X_c του πυκνωτή στα φίλτρα RC και LC είναι πολύ μικρή συγκρινόμενη με την αντίσταση R ή με την επαγωγική αντίδραση X_L του τσοκ στη συχνότητα κυμάτωσης. Στα φίλτρα RC η αντίσταση R πρέπει να είναι αρκετά χαμηλή καθώς όλο το ρεύμα φορτίου, που μπορεί να είναι αρκετά αμπέρ θα πρέπει να περνά από αυτή, παράγοντας μια ποσότητα θερμότητας. Μια τυπική τιμή της αντίστασης R είναι τα 50 Ωμ. Αυτό περιορίζει την απόδοση του τροφοδοτικού καθώς ο λόγος της αντίστασης R προς την χωρητική αντίδραση του πυκνωτή δεν είναι μεγαλύτερος από 25:1. Έτσι λοιπόν συμπεριλαμβάνοντας ένα φίλτρο RC έχουμε μια πτώση τάσης στην αντίσταση, αλλά με αυτό το μειονέκτημα έχουμε μείωση της τάσης κυμάτωσης από όταν χρησιμοποιούμε τον πυκνωτή ανόρθωσης μόνο του.

Με ένα φίλτρο LC έχουμε περισσότερη απόδοση συγκριτικά με ένα RC φίλτρο, διότι μπορούμε να κάνουμε το λόγο μεταξύ X_c και X_L πολύ μεγαλύτερο μεταξύ X_c και R. Τυπικά ο λόγος για ένα LC φίλτρο μπορεί να είναι 1:4000 δίνοντας πολύ μεγαλύτερη απόρριψη της κυμάτωσης από ένα RC φίλτρο. Επίσης, επειδή η DC αντίσταση του τσοκ στο LC φίλτρο είναι πολύ μικρότερη από την R στο RC φίλτρο το πρόβλημα της παραγωγής θερμότητας στα μεγάλα DC ρεύματα, είναι πολύ μειωμένο στα LC φίλτρα.

Με ένα συνδυασμό ενός πυκνωτή εξομάλυνσης και ένα χαμηλοπερατό φίλτρο, είναι δυνατό να αφαιρέσουμε το 95% ή και περισσότερο την AC κυμάτωση και να πάρουμε στην έξοδο μια τάση ίση με την τάση κορυφής της εναλλασσόμενης τάσης που ανορθώνεται.

Για ένα τροφοδοτικό που αποτελείται από τον ανορθωτή, τον πυκνωτή εξομάλυνσης και το χαμηλοπερατό φίλτρο, η τάση εξόδου του τείνει να μειώνεται καθώς περισσότερο ρεύμα τραβάμε στην έξοδο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο πυκνωτής εκφορτίζεται περισσότερο σε κάθε κύκλο, καθώς επίσης έχουμε μεγαλύτερη πτώση τάσης στην αντίσταση ή στο τσοκ του φίλτρου καθώς το ρεύμα εξόδου αυξάνει. Αυτά τα προβλήματα μπορούν να ξεπεραστούν αν προσθέσουμε ένα κύκλωμα σταθεροποίησης στην έξοδο αυτού του τροφοδοτικού.