Общ принцип на изграждане на пасивни LC-филтри (LPF и HPF)

Когато е необходимо да се потиснат променливите токове с определен честотен спектър във веригата, но в същото време ефективно преминават токове с честоти над или под този спектър, може да бъде полезен пасивен LC филтър върху реактивни елементи — нискочестотен филтър на нискочестотен филтър (ако е необходимо ефективно преминаване на трептенията с честота под зададената) или високочестотен филтър HPF (ако е необходимо, ефективно пропускане на трептенията с честота по-висока от зададената).

Принципът на конструиране на тези филтри се основава на свойствата на индукторите и кондензаторите да се държат по различен начин във вериги с променлив ток.

Добре известно е, че индуктивното съпротивление бобини е правопропорционален на честотата на тока, преминаващ през него, следователно, колкото по -висока е честотата на тока, протичащ през намотката, толкова по -голяма реактивност той изобразява този ток, тоест по -силно забавя променливите токове при по -високи честоти и по -лесно преминава токове с по -ниски честоти.

Кондензатор — напротив, колкото по -висока е честотата на тока, толкова по -лесно този променлив ток прониква през него и колкото по -ниска е честотата на тока, толкова по -голяма пречка за тока е този кондензатор. Схематично нискочестотните и високочестотните филтри са L-образни, Т-образни и U-образни (многовръзки).

L-образен LC филтър

L-образният филтър е елементарен електронен филтър, състоящ се от бобина с индуктивност L и кондензатор с капацитет С. Честотната характеристика на такава верига зависи от реда на свързване на два елемента (L и C) спрямо точката, където филтриран сигнал се подава и на стойностите на L и C …

На практика стойностите на L и C са подбрани така, че техните реактивност в диапазона на работната честота да бъде приблизително 100 пъти по -малка от съпротивлението на натоварването, за да се намали значително маневреният ефект на последната върху честотната характеристика на филтър.

Честотата, при която амплитудата на сигнала, подаден към филтъра, пада до 0,7 от първоначалната му стойност, се нарича гранична честота. Идеалният филтър има стръмно вертикално отклонение.

Така че, в зависимост от последователността на свързване на индуктора L и кондензатора C по отношение на източника на сигнал и нулевата шина, получавате високочестотен филтър — HPF или нискочестотен филтър — LPF.

Всъщност тези вериги са разделители на напрежение, а в рамената на разделителя са монтирани реактивни елементи, чието съпротивление за променлив ток зависи от честотата.

Тук можете лесно да изчислите спада на напрежението във всеки от филтърните елементи, като вземете предвид, че при граничната честота спадът на напрежението на изхода на филтъра трябва да бъде равен на 0,7 от амплитудата на входното напрежение. Това означава, че съотношението между реактивите трябва да бъде 0,3 / 0,7 — въз основа на това съотношение се изчислява разделителят, който съставя филтъра.

Когато веригата на натоварване е отворена, в нискочестотните филтри, когато честотата на входния сигнал надвишава резонансната честота на LC-веригата на филтъра, амплитудата на изхода започва рязко да намалява. При високочестотните филтри, когато честотата на входния сигнал падне под резонансната честота на LC веригата на филтъра, амплитудата на изхода също започва да пада. На практика LC филтрите не се използват като такива без натоварване.

Т-образен LC филтър

За да се отслаби маневреният ефект на филтъра върху чувствителните вериги, свързани зад него, се използват Т-образни филтри. Тук към L-образната връзка се добавя допълнителен реактивен елемент, отстрани на нейния изход.

Капацитетът или индуктивността, практически изчислени за L-образния LC филтър, се заменят от последователното свързване на двойка идентични елементи, така че общото им съпротивление да бъде равно на изчисления елемент, който се заменя с тази двойка (те поставят две половини индуктивности или два кондензатора, които са два пъти по -големи по капацитет).

U-образен LC филтър

Чрез добавяне на допълнителен елемент към L-образната връзка, но не отзад, а отпред се получава U-образен филтър. Тази верига отклонява повече източника на вход. Тук добавеният елемент е половината от изчисления капацитет за L-образната връзка (която е просто разделена на два капацитивни елемента) или два пъти стойността на индуктивността, която сега се получава чрез свързване на две намотки паралелно.

Колкото повече връзки има във филтъра, толкова по -точно ще бъде филтрирането. В резултат на това най -високата амплитуда на товара ще има честотата, която за този филтър ще бъде най -близо до неговата резонансна честота (условието е индуктивната компонента на връзката да е равна на тази честота на нейната капацитивна компонента), останалата част от спектърът ще бъде потиснат.

Използването на многостепенни филтри дава възможност за много точно разделяне на сигнала на желаната честота от шумния сигнал. Дори ако амплитудата при граничната честота е относително малка, останалата част от обхвата ще бъде потисната от общия ефект на филтърните кранове.