Elektriniai filtrai – apibrėžimas, klasifikacija, charakteristikos, pagrindiniai tipai

Pramoniniai energijos šaltiniai yra praktiški sinusinės įtampos kreivės… Tuo pačiu metu kai kuriais atvejais kintamos srovės ir įtampos, kurios yra periodinės, smarkiai skiriasi nuo harmoninių.

Elektriniai filtrai gali būti naudojami įtampos bangoms išlyginti lygintuvuose, demoduliatoriuose, kurie amplitudės moduliuotus aukšto dažnio virpesius paverčia santykinai lėtais signalo įtampos pokyčiais ir kituose panašiuose įrenginiuose.

Paprasčiausiu atveju galite apsiriboti nuosekliu ryšiu su apkrova induktoriai, kurio varža didėja didėjant harmoninei tvarkai ir yra santykinai maža žemo dažnio virpesiams ir juo labiau pastoviajai dedamajai. Veiksmingiau naudoti U formos, T formos ir L formos filtrus.

Pagrindiniai elektrinių filtrų apibrėžimai ir klasifikacija

Filtro selektyvumas yra jo galimybė pasirinkti tam tikrą dažnių diapazoną, būdingą naudingam signalui, iš viso srovių, patenkančių į jo įvestį, dažnių spektro.

Kad būtų pasiektas geras selektyvumas, filtras turi praleisti sroves tokiais dažniais, kurie būdingi norimam signalui su minimaliu susilpnėjimu, o visų kitų dažnių srovėms – didžiausias. Pagal šį filtrą galima pateikti tokį apibrėžimą.

Elektrinis filtras vadinamas keturių polių įtaisu, kuris perduoda sroves tam tikroje dažnių juostoje su nedideliu susilpnėjimu (juostos plotis), o sroves, kurių dažniai yra už šios juostos ribų – su dideliu slopinimu arba, kaip paprastai sakoma, nepraeina (nepraeina). perdavimo juosta).

Pagal grandinių sandarą filtrai skirstomi į grandininius (koloninius) ir tiltinius. Grandininiai filtrai yra filtrai, pagaminti pagal T, P ir L formos tilto grandines. Tilto filtrai yra filtrai, pagaminti tilto grandinėje.

Priklausomai nuo elementų pobūdžio, filtrai skirstomi į:

• LC — kurių elementai yra induktyvumas ir talpa;

• RC — kurių elementai yra aktyvios varžos ir talpos;

• rezonatorius – kurio elementai yra rezonatoriai.

Pagal energijos šaltinių buvimą filtro grandinėje jie skirstomi į:

• pasyvus – grandinėje nėra energijos šaltinių;

• aktyvus - turintis energijos šaltinių grandinėje lempos arba kristalo stiprintuvo pavidalu; kartais vadinami aktyviųjų elementų filtrais.

Norint visiškai apibūdinti filtro veikimą, būtina žinoti jo elektrines charakteristikas, įskaitant slopinimo, fazės poslinkio ir charakteringos varžos priklausomybę nuo dažnio.

Geriausias yra filtras, kuris su minimaliu elementų skaičiumi turi:

• didžiausias slopinimo charakteristikos statumas;

• didelis slopinimas neperdavimo juostoje;

• minimalus ir pastovus slopinimas praėjimo juostoje;

• didžiausia būdingos varžos pastovumas pralaidumo juostoje;

• tiesinis fazės atsakas;

• galimybė lengvai ir sklandžiai reguliuoti dažnių juostą ir jos plotį;

• charakteristikų pastovumas, nepriklausantis nuo: filtro įėjime veikiančių įtampų (srovių), aplinkos temperatūros ir drėgmės, taip pat išorinių elektrinių ir magnetinių trikdžių įtakos;

• gebėjimas dirbti įvairiuose dažnių diapazonuose;

• filtro dydis, svoris ir kaina turi būti kuo mažesni.

Deja, nėra vieno elementaraus filtro tipo, kurio charakteristikos atitiktų visus šiuos reikalavimus. Todėl, atsižvelgiant į konkrečias sąlygas, naudojami tokie filtrų tipai, kurių charakteristikos geriausiai atitinka techninius reikalavimus. Labai dažnai reikia taikyti filtrus sudėtingoms grandinėms, susidedančioms iš įvairių tipų elementarių jungčių.

Labiausiai paplitę filtrų tipai

Fig. 1 parodyta paprasto L formos filtro su induktoriumi L ir kondensatoriumi C, sujungtais tarp imtuvo rpr ir lygintuvo V, schema.

Visų dažnių kintamoji srovė atitinka didelę induktoriaus varžą, o lygiagrečiai prijungtas kondensatorius liekamąsias aukšto dažnio sroves praleidžia lygiagrečia šaka. Tai žymiai sumažina įtampos bangavimą apkrovoje. rNS.

Taip pat gali būti naudojami filtrai, sudaryti iš dviejų ar daugiau panašių nuorodų. Kartais vietoj induktorių naudojami paprasti filtrai su rezistoriais.

Ryžiai. 1.Paprasčiausias išlyginamasis L formos elektrinis filtras

Pažangesni yra jų naudojami rezonansiniai filtrai rezonanso reiškiniai.

Kai induktorius ir kondensatorius sujungti nuosekliai, kai fwL = 1 / (kwV), grandinė turės didžiausią laidumą (aktyvų) esant dažniui fw ir gana didelius laidumus dažnių juostoje, artimoje rezonansui. Ši grandinė yra paprastas juostos pralaidumo filtras.

Kai induktorius ir kondensatorius yra sujungti lygiagrečiai, tokia grandinė turės mažiausią laidumą rezonansiniame dažnyje ir santykinai mažą laidumą dažnių juostoje, artimoje rezonansiniam dažniui. Toks filtras yra tam tikros dažnių juostos blokuojantis filtras.

Norint pagerinti paprasto pralaidinio filtro veikimą, galima naudoti schemą (2 pav.), kurioje induktorius ir kondensatorius yra sujungti lygiagrečiai vienas kitam lygiagrečiai imtuvui. Tokia grandinė taip pat derinama pagal rezonansą su ožkų dažniu ir suteikia labai didelę varžą srovėms pasirinktoje dažnių juostoje ir daug mažesnę varžą kitų dažnių srovėms.

Ryžiai. 2. Paprasto pralaidumo filtro schema

Panašus filtras gali būti naudojamas moduliatoriuose, kurie sukuria moduliuotus virpesius tam tikru dažniu. Modulatoriui M įvedama žemo dažnio signalo įtampa Uc, kuri paverčiama moduliuotais aukšto dažnio virpesiais, o filtras atskiria įtampą nuo reikiamo dažnio, kuri tiekiama į apkrovą rNS.

Tarkime, kad, pavyzdžiui, grandine teka nesinusinė kintamoji srovė ir kad iš imtuvo srovės kreivės turi būti pašalintos labai didelės trečiosios ir penktosios harmoninės srovės.Toliau mes pakaitomis įtrauksime dvi grandines, suderintas su rezonansu trečiajai ir penktajai harmonikai į grandinę (3 pav., a).

Kairiosios linijos varža, suderinta su rezonansu 3 W dažniui, bus labai didelė tokiam dažniui ir maža visoms kitoms harmonikoms; panašų vaidmenį atlieka dešinioji grandinė, sureguliuota į rezonansą 5w dažniui... Todėl įvesties imtuvo srovės kreivėje beveik nebus trečios ir penktos harmonikų (3 pav., b), kurias slopins filtras.

Ryžiai. 3. Schema su nuosekliai sujungtomis rezonansinėmis grandinėmis, suderintomis su trečiosios ir penktosios harmonikos rezonansu: a — grandinės schema; b — imtuvo įtampos ir grandinės bei srovės inp kreivės

Ryžiai. 4. Pralaidumo filtro išėjimo įtampos kreivė

Kai kuriais atvejais atliekami sudėtingesni juostos pralaidumo filtrai, taip pat atjungiami filtrai, kurie praleidžia arba nepraleidžia virpesius, prasidedančius tam tikru dažniu. Tokie filtrai susideda iš T formos arba U formos jungčių.

Filtrų veikimo principas yra tas, kad dažnių dažnių juostoje, pavyzdžiui, juostos filtras, rezonansas atsiranda n + 1 dažniuose, kur n yra jungčių skaičius. Tokio filtro, sudaryto iš trijų jungčių, kreivė Uout = f (w) parodyta Fig. 4. Rezonansas atsiranda dažniuose w1,w2,w3 ir w4.

Taip pat žiūrėkite šia tema: Galios filtrai irDažnio keitiklių įvesties ir išvesties filtrai