Elektriskie filtri - definīcija, klasifikācija, raksturlielumi, galvenie veidi

Rūpnieciskie enerģijas avoti nodrošina praktisku sinusoidālās sprieguma līknes… Tajā pašā laikā vairākos gadījumos maiņstrāvas un spriegumi, kas ir periodiski, krasi atšķiras no harmoniskajiem.

Elektriskos filtrus var izmantot, lai izlīdzinātu sprieguma viļņus taisngriežos, demodulatoros, kas pārvērš amplitūdas modulētas augstfrekvences svārstības relatīvi lēnās signāla sprieguma izmaiņās un citās līdzīgās ierīcēs.

Vienkāršākajā gadījumā jūs varat aprobežoties ar seriālo savienojumu ar slodzi induktori, kuras pretestība palielinās, palielinoties harmoniskajai kārtībai, un ir salīdzinoši maza zemfrekvences svārstībām un vēl jo vairāk pastāvīgajai komponentei. Efektīvāk ir izmantot U-veida, T-veida un L-veida filtrus.

Elektrisko filtru pamatdefinīcijas un klasifikācija

Filtra selektivitāte ir tā spēja atlasīt noteiktu frekvenču diapazonu, kas raksturīgs noderīgajam signālam no visa tā ieejā ienākošo strāvu frekvenču spektra.

Lai iegūtu labu selektivitāti, filtram ir jāpārlaiž strāvu frekvencēs, kas raksturīgas vēlamajam signālam ar minimālu vājinājumu, un ar maksimālo vājinājumu strāvām visās pārējās frekvencēs. Saskaņā ar šo filtru var sniegt šādu definīciju.

Elektrisko filtru sauc par četru polu ierīci, kas pārraida strāvu noteiktā frekvenču joslā ar nelielu vājinājumu (joslas platumu), un strāvas ar frekvencēm ārpus šīs joslas - ar lielu vājinājumu vai, kā parasti saka, nepāriet (ne- pārraides josla).

Atbilstoši ķēžu uzbūvei filtrus iedala ķēdes (kolonnas) un tilta filtros. Ķēdes filtri ir filtri, kas izgatavoti pēc T-, P- un L-veida tilta ķēdēm. Tilta filtri ir filtri, kas izgatavoti uz tilta ķēdes.

Atkarībā no elementu veida filtrus iedala:

• LC — kuras elementi ir induktivitāte un kapacitāte;

• RC — kuru elementi ir aktīvās pretestības un jaudas;

• rezonators — kura elementi ir rezonatori.

Atkarībā no enerģijas avotu klātbūtnes filtra ķēdē tos iedala:

• pasīvs — nesatur ķēdē enerģijas avotus;

• aktīvs - satur enerģijas avotus ķēdē lampas vai kristāla pastiprinātāja veidā; dažreiz saukti par aktīvo elementu filtriem.

Lai pilnībā raksturotu filtra veiktspēju, ir jāzina tā elektriskie raksturlielumi, kas ietver vājinājuma, fāzes nobīdes un raksturīgās pretestības frekvences atkarības.

Labākais ir filtrs, kuram ar minimālu elementu skaitu ir:

• amortizācijas raksturlieluma maksimālais stāvums;

• augsta vājināšanās nepārraides joslā;

• minimāla un pastāvīga vājināšanās caurlaides joslā;

• raksturīgās pretestības maksimālā noturība caurlaides joslā;

• lineārā fāzes reakcija;

• iespēja viegli un vienmērīgi regulēt frekvenču joslu un tās platumu;

• raksturlielumu noturība, kas nav atkarīga no: spriegumiem (strāvām), kas darbojas filtra ieejā, vides temperatūras un mitruma, kā arī ārējo elektrisko un magnētisko traucējumu ietekmes;

• spēja strādāt dažādos frekvenču diapazonos;

• filtra izmērs, svars un izmaksas ir jāsamazina līdz minimumam.

Diemžēl nav viena elementāra filtra, kura īpašības atbilstu visām šīm prasībām. Tāpēc atkarībā no konkrētajiem apstākļiem tiek izmantoti tādi filtru veidi, kuru raksturlielumi vislabāk atbilst tehniskajām prasībām. Ļoti bieži ir nepieciešams piemērot filtrus sarežģītām shēmām, kas sastāv no dažāda veida elementāriem savienojumiem.

Visizplatītākie filtru veidi

attēlā. 1 parādīta vienkārša L formas filtra diagramma ar induktors L un kondensatoru C, kas savienoti starp uztvērēju rpr un taisngriezi V.

Maiņstrāvas visās frekvencēs saskaras ar ievērojamu induktora pretestību, un paralēli savienots kondensators laiž garām atlikušās augstfrekvences strāvas pa paralēlo atzaru. Tas ievērojami samazina sprieguma viļņus slodzē. rNS.

Var izmantot arī filtrus, kas sastāv no divām vai vairākām līdzīgām saitēm. Dažreiz induktoru vietā tiek izmantoti vienkārši filtri ar rezistoriem.

Rīsi. 1.Vienkāršākais izlīdzinošais L formas elektriskais filtrs

Uzlabotāki ir to izmantotie rezonanses filtri rezonanses parādības.

Ja induktors un kondensators ir savienoti virknē, kad fwL = 1 / (kwV), ķēdei būs visaugstākā vadītspēja (aktīvā) pie frekvences fw un diezgan liela vadītspēja frekvenču joslā tuvu rezonansei. Šī shēma ir vienkāršs joslas caurlaides filtrs.

Ja induktors un kondensators ir savienoti paralēli, šādai ķēdei būs viszemākā vadītspēja rezonanses frekvencē un relatīvi zema vadītspēja frekvenču joslā, kas ir tuvu rezonanses frekvencei. Šāds filtrs ir bloķējošs filtrs noteiktai frekvenču joslai.

Lai uzlabotu vienkārša joslas caurlaides filtra veiktspēju, var izmantot shēmu (2. att.), kurā induktors un kondensators ir savienoti paralēli viens otram paralēli uztvērējam. Šāda ķēde ir noregulēta arī rezonansi ar kazu frekvenci un rada ļoti lielu pretestību strāvām izvēlētajā frekvenču joslā un daudz mazāku pretestību citu frekvenču strāvām.

Rīsi. 2. Vienkārša frekvenču joslas filtra shēma

Līdzīgu filtru var izmantot modulatoros, kas rada modulētas svārstības noteiktā frekvencē. Modulatoram M tiek pielikts zemfrekvences signāla spriegums Uc, kas tiek pārvērsts modulētās augstfrekvences svārstībās, un filtrs atdala spriegumu no vajadzīgās frekvences, kas tiek padots uz slodzi rNS.

Pieņemsim, piemēram, ka caur ķēdi plūst nesinusoidāla maiņstrāva un no uztvērēja strāvas līknes ir jāizslēdz ļoti liela trešā un piektā harmoniskā strāva.Tālāk mēs pārmaiņus iekļausim divas ķēdes, kas noregulētas uz rezonansi trešajai un piektajai harmonikai ķēdē (3. att., a).

Kreisās līnijas pretestība, kas noregulēta uz rezonansi 3 w frekvencei, būs ļoti liela šai frekvencei un maza visām pārējām harmonikām; līdzīgu lomu spēlē pareizā ķēde, kas noregulēta uz rezonansi frekvencei 5w... Līdz ar to ieejas uztvērēja strāvas līkne gandrīz nesaturēs trešo un piekto harmoniku (3. att., b), ko nomāks filtru.

Rīsi. 3. Shēma ar virknē savienotām rezonanses shēmām, kas noregulētas uz rezonansi trešajai un piektajai harmonikai: a — shēmas shēma; b — uztvērēja sprieguma un ķēdes un strāvas inp līknes

Rīsi. 4. Bandpass filtra izejas sprieguma līkne

Dažos gadījumos tiek veikti sarežģītāki joslas caurlaides filtri, kā arī nogriešanas filtri, kas iztur vai neiztur svārstības, sākot ar noteiktu frekvenci. Šādi filtri sastāv no T-veida vai U-veida savienojumiem.

Filtru darbības princips ir tāds, ka frekvenču frekvenču joslā, piemēram, frekvenču joslas filtrā, rezonanse notiek n + 1 frekvencēs, kur n ir savienojumu skaits. Līkne Uout = f (w) šādam filtram, kas sastāv no trim savienojumiem, ir parādīts attēlā. 4. Rezonanse notiek frekvencēs w1, w2, w3 un w4.

Skatīt arī par šo tēmu: Jaudas filtri unFrekvences pārveidotāju ieejas un izejas filtri