Principiul general de construcție a filtrelor LC pasive (LPF și HPF)

Când este necesar să suprimați curenții alternativi cu un anumit spectru de frecvență în circuit, dar în același timp trec efectiv curenții cu frecvențe peste sau sub acest spectru, poate fi util un filtru LC pasiv pe elemente reactive - un filtru trece-jos pe un filtru trece-jos (dacă este necesar trecerea efectivă a oscilațiilor cu o frecvență sub setată) sau filtru trece-înalt HPF (dacă este necesar, trecerea efectivă a oscilațiilor cu o frecvență mai mare decât setarea).

Principiul construcției acestor filtre se bazează pe proprietățile inductoarelor și condensatoarelor de a se comporta diferit în circuitele de curent alternativ.

Este bine cunoscut faptul că rezistența inductivă bobine este direct proporțională cu frecvența curentului care trece prin ea, prin urmare, cu cât frecvența curentului care trece prin bobină este mai mare, cu atât este mai mare. reactivitate afișează acest curent, adică încetinește mai mult curenții alternativi la frecvențe mai mari și trece mai ușor curenții la frecvențe inferioare.

Condensator — dimpotrivă, cu cât frecvența curentului este mai mare, cu atât acest curent alternativ pătrunde mai ușor prin el și cu cât frecvența curentului este mai mică, cu atât acest condensator este mai mare obstacol în calea curentului. Schematic, filtrele low-pass și high-pass sunt în formă de L, în formă de T și în formă de U (multi-joncțiune).

Filtru LC în formă de L

Filtrul în formă de L este un filtru electronic elementar format dintr-o bobină de inductanță L și un condensator de capacitate C. Răspunsul în frecvență al unui astfel de circuit depinde de ordinea conexiunii a două elemente (L și C) față de punctul în care se aplică un semnal filtrat și la valorile L și C ...

În practică, valorile L și C sunt selectate astfel încât reactanța lor în intervalul de frecvență de funcționare să fie de aproximativ 100 de ori mai mică decât rezistența de sarcină, pentru a reduce semnificativ efectul de manevră al acesteia din urmă asupra răspunsului în frecvență al unui filtru. .

Frecvența la care amplitudinea semnalului aplicat filtrului scade la 0,7 din valoarea sa inițială se numește frecvență de tăiere. Un filtru ideal are o deformare verticală abruptă.

Deci, în funcție de secvența de conectare a inductorului L și a condensatorului C în raport cu sursa de semnal și magistrala neutră, obțineți un filtru trece-înalt - HPF sau un filtru trece-jos - LPF.

De fapt, aceste circuite sunt divizoare de tensiune, iar elementele reactive sunt instalate în brațele divizorului, a căror rezistență la curent alternativ depinde de frecvență.

Aici puteți calcula cu ușurință căderea de tensiune în fiecare dintre elementele de filtrare, ținând cont de faptul că la frecvența de tăiere, căderea de tensiune la ieșirea filtrului ar trebui să fie egală cu 0,7 din amplitudinea tensiunii de intrare.Aceasta înseamnă că raportul dintre reactivi ar trebui să fie de 0,3 / 0,7 - pe baza acestui raport se calculează separatorul care alcătuiește filtrul.

Când circuitul de sarcină este deschis, în filtrele trece-jos, când frecvența semnalului de intrare depășește frecvența de rezonanță a circuitului LC al filtrului, amplitudinea ieșirii începe să scadă brusc. În filtrele de trecere înaltă, atunci când frecvența semnalului de intrare scade sub frecvența de rezonanță a circuitului LC al filtrului, amplitudinea ieșirii începe de asemenea să scadă. În practică, filtrele LC nu sunt utilizate ca atare fără sarcină.

Filtru LC în formă de T

Pentru a slăbi efectul de manevră al filtrului asupra circuitelor sensibile conectate în spatele lui, se folosesc filtre în formă de T. Aici, un element reactiv suplimentar este adăugat la conexiunea L, pe partea de ieșire.

Capacitatea sau inductanța calculată practic pentru filtrul LC în formă de L se înlocuiește cu conexiunea în serie a unei perechi de elemente identice astfel încât rezistența lor totală să fie egală cu elementul calculat care este înlocuit cu această pereche (se pun două jumătăți de inductanțe sau doi condensatori, care au o capacitate de două ori mai mare).

Filtru LC în formă de U

Prin adăugarea unui element suplimentar la legătura în formă de L, dar nu în spate, ci în față, se obține un filtru în formă de U. Acest circuit polarizează mai mult sursa de intrare. Aici elementul adăugat este jumătate din capacitatea calculată pentru conexiunea L (care este pur și simplu împărțită în două elemente capacitive) sau de două ori valoarea inductanței obținută acum prin conectarea a două bobine în paralel.

Cu cât sunt mai multe conexiuni în filtru, cu atât filtrarea va fi mai precisă.Ca urmare, cea mai mare amplitudine a sarcinii va avea frecvența care pentru acest filtru va fi cea mai apropiată de frecvența sa de rezonanță (condiția este ca componenta inductivă a conexiunii să fie egală cu această frecvență a componentei sale capacitive), restul de spectrul va fi suprimat.

Utilizarea filtrelor cu mai multe niveluri face posibilă separarea foarte precisă a semnalului frecvenței dorite de semnalul zgomotos. Chiar dacă amplitudinea la frecvența de tăiere este relativ mică, restul intervalului va fi suprimat de efectul general al robineților filtrului.