Електрически филтри — определение, класификация, характеристики, основни видове

Индустриалните енергийни източници осигуряват практически криви на синусоидално напрежение… В същото време в редица случаи променливите токове и напрежения, които са периодични, се различават рязко от хармоничните.

Електрически филтри може да се използва за изглаждане на вълните на напрежението в токоизправители, демодулатори, които преобразуват амплитудно модулирани високочестотни трептения в относително бавни промени на напрежението на сигнала и в други подобни устройства.

В най -простия случай можете да се ограничите до последователно свързване с товара индуктори, чието съпротивление се увеличава с нарастващ ред на хармониката и е относително малко за нискочестотните трептения и още повече за постоянната компонента. По-ефективно е използването на U-образни, Т-образни и L-образни филтри.

Основни определения и класификация на електрическите филтри

Селективността на филтъра е способността му да избира определен диапазон от честоти, присъщи на полезния сигнал, от целия спектър от честоти на токове, влизащи във входа му.

За да се получи добра селективност, филтърът трябва да премине токове с честоти, присъщи на желания сигнал с минимално затихване, и да има максимално затихване за токове на всички останали честоти. В съответствие с този филтър може да се даде следното определение.

Електрически филтър се нарича четириполюсно устройство, което предава токове в определена честотна лента с малко затихване (честотна лента), и токове с честоти извън тази лента — с голямо затихване или, както обикновено се казва, не преминава (не -предавателна лента).

Според структурата на схемите филтрите се делят на верижни (стълбовидни) и мостови филтри. Верижните филтри са филтри, направени съгласно T-, P- и L-образни мостови вериги. Мостовите филтри са филтри, направени на мостова верига.

В зависимост от естеството на елементите, филтрите се разделят на:

• LC — елементи от които са индуктивност и капацитет;

• RC — елементи от които са активни съпротивления и капацитети;

• резонатор — елементите на който са резонатори.

По наличието на източници на енергия във филтърната верига те се разделят на:

• пасивни — не съдържащи енергийни източници във веригата;

• активни — съдържащи енергийни източници във веригата под формата на лампа или кристален усилвател; понякога се наричат ​​филтри за активни елементи.

За цялостна характеристика на работата на филтъра е необходимо да се знаят неговите електрически характеристики, които включват честотните зависимости на затихването, фазовото изместване и характеристичния импеданс.

Най -добрият е филтър, който с минимален брой елементи има:

• максималната стръмност на характеристиката на затихване;

• голямо затихване в непредавателната лента;

• минимално и постоянно затихване в пропускателната лента;

• максимално постоянство на характерния импеданс в пропускателната лента;

• линейна фазова реакция;

• възможност за лесно и плавно регулиране на честотната лента и нейната ширина;

• постоянство на характеристики, които не зависят от: напрежения (токове), действащи на входа на филтъра, температура и влажност на околната среда, както и влиянието на външни електрически и магнитни смущения;

• способност за работа в различни честотни диапазони;

• размерите, теглото и цената на филтъра трябва да бъдат сведени до минимум.

За съжаление, няма нито един елементарен тип филтър, чиито характеристики да отговарят на всички тези изисквания. Следователно, в зависимост от специфичните условия, се използват такива видове филтри, чиито характеристики най -много отговарят на техническите изисквания. Много често е необходимо да се прилагат филтри на сложни схеми, състоящи се от елементарни връзки от различни видове.

Най -често срещаните видове филтри

На фиг. 1 показва диаграмата прост L-образен филтър с индуктор L и кондензатор С, свързани между приемника rpr и токоизправител V.

Променливите токове на всички честоти отговарят на значително съпротивление на индуктора, а паралелно свързан кондензатор преминава остатъчните високочестотни токове по паралелния клон. Това значително намалява вълните на напрежението в товара. rNS.

Могат да се използват и филтри, състоящи се от две или повече подобни връзки. Понякога вместо индуктори се използват опростени филтри с резистори.

Ориз. 1. Най-простият изглаждащ се L-образен електрически филтър

По -напреднали са резонансните филтри, които използват резонансни явления.

Когато индукторът и кондензаторът са свързани последователно, когато fwL = 1 / (кwВ), веригата ще има най -високата проводимост (активна) при честота fw и доста високи проводимости в честотната лента, близка до резонансната. Тази схема е прост лентов филтър.

Когато индукторът и кондензаторът са свързани паралелно, такава верига ще има най -ниската проводимост на резонансната честота и относително ниската проводимост в честотната лента, близка до резонансната честота. Такъв филтър е блокиращ филтър за определена честотна лента.

За подобряване на производителността прост лентов филтър възможно е да се използва схема (фиг. 2), в която индуктор и кондензатор са свързани паралелно един на друг успоредно на приемника. Такава схема също е настроена в резонанс с честотата на козите и представя много високо съпротивление за токове в избраната честотна лента и много по -малко съпротивление за токове от други честоти.

Ориз. 2. Схема на прост лентов електрически филтър

Подобен филтър може да се използва в модулатори, които произвеждат модулирани трептения с определена честота. Към модулатора М се прилага нискочестотно сигнално напрежение Uc, което се преобразува в модулирани високочестотни трептения, а филтърът отделя напрежението от необходимата честота, което се подава към товара rNS.

Да предположим например, че през веригата протича несинусоидален променлив ток и че много големи токове на трета и пета хармоника трябва да бъдат елиминирани от кривата на тока на приемника. След това последователно във веригата ще включим две вериги, настроени на резонанс за третата и петата хармоника (фиг. 3, а).

Импеданс на лявата линия, настроен на резонанс за честота 3w, ще бъде много голям за тази честота и малък за всички останали хармонични; подобна роля играе дясната верига, настроена на резонанс за честота 5w… Следователно, кривата на тока на входящия приемник почти няма да съдържа третата и петата хармоника (фиг. 3, б), които ще бъдат потиснати от филтъра.

Ориз. 3. Схема със последователно свързани резонансни вериги, настроени на резонанс за трета и пета хармоника: а — електрическа схема; б — криви на напрежение и верига и ток inp на приемника

Ориз. 4. Крива на напрежението на изхода на лентовия филтър

В някои случаи се извършват по-усъвършенствани лентови филтри, както и режещи филтри, които преминават или не преминават трептения, започвайки от определена честота. Такива филтри се състоят от Т-образни или U-образни връзки.

Принципът на действие на филтрите е, че в честотната лента на честотите, например лентов филтър, резонансът възниква при n + 1 честоти, където n е броят на връзките. Крива Uout = f (w) за такъв филтър, съставен от три връзки, е показан на фиг. 4. Резонансът възниква при честоти w1,w2, w3 и w4.

Вижте също по тази тема: Захранващи филтри иВходни и изходни филтри за честотни преобразуватели