Фильтр схема: Электрический фильтр | Практическая электроника

Базовые аналоговые фильтры: теория и практика

В рамках этой заметки мы поговорим про фильтры нижних частот (low-pass filter), фильтры верхних частот (high-pass filter), а также полосно-пропускающие (band-pass filter) и полосно-заграждающие фильтры (band-stop filter / notch filter). Существует множество схем соответствующих фильтров, но на этот раз мы рассмотрим только самые базовые. Еще мы спаяем один из фильтров и сравним его реальное поведение с теоретическим, а также с поведением, предсказанным SPICE-симуляцией в KiCad.

Важно! Вопреки интуиции, фильтры нижних частот не отфильтровывают нижние частоты, а наоборот, пропускает нижние и отфильтровывает верхние. Аналогичная ситуация с фильтрами верхних частот. Здесь русскоязычная терминология могла бы быть и более удачной, но уж какая прижилась.

Теория

Итак, АЧХ (зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты входного) названных фильтров выглядят таким образом:

Схемы простейших реализаций фильтров:

Обе иллюстрации были позаимствованы из замечательной книги Practical Electronics for Inventors, 4th Edition. Книга переведена на русский язык, в переводе она называется Электроника. Теория и практика. Очень рекомендую к прочтению.

Для полноты картины следует отметить, что в фильтровать нижние и верхние частоты могут не только RC- и LR-фильтры, но также и LC-фильтры. Обратите также внимание, что из двух фильтров, один из которых low-pass, а второй high-pass, можно получить один band-pass или один band-stop фильтр.

Выглядит не слишком сложно. Допустим, меня интересуют только частоты до 1.6 кГц и я хотел бы подавить все, что выше. Нет проблем, возьмем RC-фильтр нижних частот и попробуем подобрать подходящие R и C:

>>> 1 / (2 * math.pi * 1000 * (0.1 / 1000 / 1000))
1591.5494309189535

Выходит, сопротивление резистора должно быть 1 кОм, а емкость конденсатора составлять 0.1 мкФ.

Для пущей уверенности давайте проверим фильтр на SPICE-симуляторе, который встроен в KiCad начиная с версии 5. 0. Для этого нарисуем вот такую схему, используя компоненты из библиотеки pspice:

Обратите внимание на необходимость ввести значение «dc 0 ac 1» для vsource, а затем поместить на схему текст (Place → Graphic Text) «.ac dec 10 1 100k». Увидев его, симулятор поймет, что от него требуется перебрать частоты от 1 Гц до 100 КГц с 10 точками на декаду.

Идем в Tools → Simulator и жмем Run Simulation. Затем идем в Simulation → Add Signals, добавляем на график «V (out)». В результате получаем потрясающую картинку:

Симулятор согласен, что наш фильтр должен работать.

Практика

Спаянный мною фильтр выглядит таким образом:

Вооружившись генератором сигналов, осциллографом и LibreOffice я аккуратно выписал зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты, а затем перевел это в децибелы, используя формулу:

Gain [dB] = 20 * log10( Vout / Vin )

В результате была получена следующая АЧХ:

Как видно, график получился чуть более пологим, чем было предсказано симулятором. Но в остальном все сходится. В частности, не сложно убедиться, что точка подавления сигнала на 3 dB (или до 0.707 от peak-to-peak входного сигнала) приходится на предсказанные 1.6 кГц. Предсказанный фазовый сдвиг также несложно увидеть осциллографом. Впрочем, меня он интересовал не так сильно, как амплитуда.

Заключение

Как видите, все оказалось не так уж сложно. В качестве домашнего задания предлагаю вам спаять любой тип фильтра для любой частоты и проверить, отличается ли его поведение от теоретического. А у меня на этом все. Как обычно, буду рад вашим вопросам и дополнениям.

Дополнение: См также статью про LC-фильтры и далее по ссылкам в конце.

Метки: Электроника.

Фильтр вч схема | Assa59.ru

Первая схема с неинвертирующим включением ОУ, вторая – с инвертирующим.
Это фильтр первого порядка с ослаблением ненужного сигнала – крутизной – 6дБ на октаву. Определить частоту среза можно, рассчитывая реактивное сопротивление конденсатора. Когда оно станет равным сопротивлению резистора, включенного последовательно с конденсатором – это будет самое то.
Формула следующая:

Где F – частота в Герцах, C – емкость в Фарадах, Ec – сопротивление в Омах.
Если крутизна фильтра первого порядка кажется недостаточной, можно справить фильтр второго порядка – с крутизной 12 дБ на октаву как показано на рисунке.

Это – так называемый, фильтр Баттерворта. Назван так, в честь товарища Баттерворта, который изобрел много чего математического, в том числе функции полиномиального вида, которыми впоследствии физики описали АЧХ и прочие физические проявления природы. (Спасибо Оля-ля за уточнение личности гражданина Баттерворта.)
Чтобы посчитать его граничную частоту можно воспользоваться следующими соотношениями:
R1=R2; С1=2С2;

При выборе резисторов надо учесть, что их номиналы должны лежать в пределах 10-100 кОм, поскольку выходное сопротивление фильтра растет вместе с частотой и если номиналы резисторов выходят за вышеуказанные рамки это может сказаться на работе фильтра. Отрицательно, разумеется – иначе зачем предупреждать?

Фильтр Низких Частот (ФНЧ, Low-Pass – как угодно)
Работа этого фильтра прямо противоположна предыдущему – он отрезает сигнал, частота которого выше частоты среза. В принципе, все то же самое, что и в предыдущем случае, только конденсатор включается не последовательно с резистором, а параллельно ему.

Первая схема – неинвертирующее включение, вторая – инвертирующее. Частота среза считается ровно таким же способом, как и в случае ФВЧ.

Ну и схема фильтра второго порядка – того же самого гражданина Баттерворта.

Опять же – считается все точно так же, как было описано выше.

Полосовой Фильтр (Band-Pass)
Полосовой фильтр применяется в тех случаях, когда необходимо выделить некую полосу частот из всего спектра. Например, в спектроанализаторах или вроде того.

Формулы расчета приводить тут не буду – дюже они забористые. Для расчета полосовых фильтром советую воспользоваться замечательной программой – Filter Wiz Pro от Schematica Software. Впрочем, ей так же можно воспользоваться и для расчетов любых других фильтров.

Фильтр-пробка (Notch Filter)
Если вам нужно ослабить (практически до нуля) некую выбранную частоту, то это фильтр как раз для вас.

Формула расчета вот такая:

где R=R3=R4, C=C1=C2;
При построении этого фильтра очень важна точность номиналов компонентов – от этого зависит степень “убивания” выбранной частоты. Так, при применении резисторов и конденсаторов с допуском 1%, можно получить ослабление частоты до 45дБ, хотя, теоретически, можно добиться и 60дБ. Например, если вы хотите грохнуть ненавистную всем частоту 50Гц, то берем следующие номиналы: R1=R2=10кОм, R3=R4=68кОм, С1=С2=47нФ.

Фильтр-пробка с двойным Т-мостом.

С помощью этого фильтра можно не только ослаблять выбранную частот, но и регулировать степень её ослабления переменным резистором R4. Формула расчета номиналов такая же, как и в предыдущем случае.

С фильтрами все, в следующей части еще кое-что интересное.

Схемы пассивных LC фильтров

Наиболее известными пассивными фильтрами являются LC фильтры, названные так потому, что строятся при помощи индуктивностей L и емкостей C. В настоящее время наиболее распространены сетевые фильтры или антенные фильтры.

Простейшим LC фильтром является колебательный контур, в котором могут возникать затухающие колебания, но нас интересует то его свойство, что LC-контур обладает частотной зависимостью коэффициента передачи. Колебательный контур может быть использован для реализации полосового фильтра. На рисунке 1 приведена схема параллельного колебательного контура, реализующая простейший пассивный LC фильтр.

Рисунок 1. Схема пассивного полосового фильтра на параллельном колебательном контуре

Пример амплитудно-частотной характеристики приведенной на рисунке 1 схемы LC фильтра приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Амплитудно-частотная характеристика схемы пассивного фильтра на параллельном контуре

По графику амплитудно-частотной характеристики данного LC фильтра можно определить, что его схема обладает одним полюсом и двумя нулями коэффициента передачи. Один ноль АЧХ соответствует нулевой частоте (постоянному току). Он определяется нулевым сопротивлением индуктивности на нулевой частоте. Второй ноль АЧХ приходится на частоту, равную бесконечности. Этот ноль соответствует нулевому сопротивлению конденсатора на бесконечной частоте. Именно наличием нулей объясняется несимметричность амплитудно-частотной характеристики полосовых LC фильтров. Во всех рассуждениях принимается, что конденсаторы и индуктивности идеальны, в реальных схемах LC фильтров придется учитывать паразитные составляющие элементов схемы.

На графике амплитудно-частотной характеристики пассивного фильтра, приведенной на рисунке 2, отчетливо видна несимметричность, которую приходится учитывать при переходе от полосового фильтра к ФНЧ-прототипу. Еще одна особенность, которая бросается в глаза на данном графике, это коэффициент передачи, больший единицы. В приведенном примере более 50 дБ. Выходной сигнал больше входного почти в тысячу раз! Пассивный LC фильтр обладает усилением? Нет и еще раз нет! Увеличено выходное напряжение, но ток при этом уменьшен. Просто этот фильтр трансформирует сопротивление. Его входное сопротивление меньше выходного. Параллельный контур нельзя шунтировать малым сопротивлением. LC фильтр, показанный на рисунке 1, работает подобно обычному трансформатору напряжения.

Полюс в схеме пассивного фильтра, приведенной на рисунке 1, реализуется параллельным LC контуром. Поэтому остановимся на свойствах параллельного контура подробнее. Известно, что в параллельном контуре возникает резонанс на частоте, определяемой следующей формулой:

(1),

Именно эта резонансная частота LC контура определяет частоту полюса пассивного фильтра. Следующим важным параметром параллельного LC контура (и полюса передачи разрабатываемого LC фильтра) является добротность. Добротность параллельного LC контура определяется как отношение его резонансной частоты к полосе пропускания амплитудно-частотной характеристики по уровню 3 дБ:

(2),

В схеме пассивного LC фильтра, приведенной на рисунке 1, добротность контура определяет, насколько напряжение на выходе схемы будет больше напряжения, поданного на его вход. Одновременно на выходе схемы уменьшится ток, отдаваемый в нагрузку.

Добротность параллельного LC контура зависит от многих факторов. Различают конструктивную добротность контура и нагруженную добротность. Конструктивная добротность зависит от качества исполнения элементов контура (индуктивностей и конденсаторов), а нагруженная добротность LC контура учитывает влияние сопротивления нагрузки.

(3),

Следует отметить, что схема пассивного LC фильтра, приведенная на рисунке 1, реализует не только полюс амплитудно-частотной характеристики, но и два нуля. Конденсатор C1 обеспечивает нулевой коэффициент передачи на частоте, стремящейся к бесконечности. Индуктивность L1 обеспечивает нулевой коэффициент передачи фильтра на нулевой частоте (постоянном токе). Подобная схема LC фильтра подходит для реализации полосовых фильтров Баттерворта и фильтров Чебышева.

Подобным же образом может работать и последовательный LC контур. Для этого он должен быть подключен между источником сигнала и нагрузкой. Пример включения последовательного LC контура для реализации полюса передачи амплитудно-частотной характеристики приведен на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема LC фильтра на последовательном колебательном контуре

Особенность данной схемы пассивного фильтра заключается в том, что сопротивление источника сигнала R1 и нагрузки R2 должны быть как можно меньше при реализации полюса большей добротности. Это связано с тем, что в схеме LC фильтра, реализованной на последовательном контуре, используется резонанс токов.

Амплитудно-частотная характеристика пассивного фильтра, реализованного на последовательном LC контуре, ничем не отличается от АЧХ фильтра, реализованного на параллельном LC контуре. Амплитудно-частотная характеристика, приведенная на рисунке 2, может быть получена и схемой LC фильтра, приведенной на рисунке 3.

Для реализации фильтра низких частот LC контур в схеме пассивного фильтра можно включить немного по-другому. Например, так, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема пассивного фильтра на LC контуре

В этом случае нули функции передачи, формируемые индуктивностью L1, и ёмкостью C1, совпадут и будут расположены на частоте, равной бесконечности. Амплитудно-частотная характеристика при этом преобразуется к виду, приведенному на рисунке 5.

Рисунок 5. Амплитудно-частотная характеристика схемы пассивного НЧ фильтра на LC контуре

Подобная схема пассивного фильтра подходит для реализации фильтра низких частот с аппроксимацией АЧХ по Баттерворту или Чебышеву. Тем не менее, LC фильтр c АЧХ, показанной на рисунке 5 (очень высокая добротность контура), может использоваться как полосовой фильтр, приводящий сопротивление нагрузки к сопротивлению источника сигнала.

Аналогичным образом может быть реализована схема LC фильтра высоких частот. Для реализации фильтра высоких частот в схеме пассивного фильтра необходимо оба нуля фунции передачи передвинуть на нулевую частоту (постоянный ток). Для этого схему LC контура включают следующим образом:

Рисунок 6. Схема пассивного фильтра высоких частот на LC контуре

Амплитудно-частотная характеристика данной схемы LC фильтра приобретает вид, показанный на рисунке 7. Естественно, для фильтра высоких частот обычно добротность выбирается меньше показанной на рисунке, и тогда она приобретает вид АЧХ фильтра Чебышева или Баттерворта.

Рисунок 7. Амплитудно-частотная характеристика схемы пассивного ВЧ фильтра на LC контуре

Наличия полюсов достаточно для реализации фильтров Чебышева, Баттерворта и Бесселя. Все рассмотренные выше схемы являются цепями второго порядка. Для реализации LC фильтров более высокого порядка их можно соединять последовательно. В качестве примера на рисунке 7 приведены схемы пассивных LC фильтров низкой частоты.

Рисунок 8. Схемы пассивных LC фильтров низкой частоты

Точно так же реализуются и фильтры Чебышева, Баттерворта и Бесселя высокой частоты. Отличие заключается в том, что индуктивность пересчитывается в емкость, а емкость пересчитывается в индуктивность. Полученные схемы пассивных фильтров высокой частоты приведены на рисунке 9.

Рисунок 9. Схемы пассивных LC фильтров высокой частоты

Применение расчета фильтров через ФНЧ-прототип позволяет рассчитать и полосовые фильтры. Преобразование фильтра низких частот в полосовой фильтр осуществляется заменой емкостей ФНЧ прототипа параллельными контурами, а индуктивностей — последовательными. Пример полосовых фильтров приведен на рисунке 10.

Рисунок 10. Схемы пассивных полосовых LC фильтров

В настоящее время пассивные LC фильтры рассчитываются при помощи специализированных программ, наиболее известные из которых входят в состав программных пакетов MicroCAP и AWR Office. Однако продолжают сохранять актуальность справочники по расчету фильтров такие как Ханзел Г. Е. Справочник по расчету фильтров [2] и Зааль Р. Справочник по расчету фильтров [1].

Следует отметить, что фильтры, рассчитываемые в MicroCAP и у Ханзела имеют одинаковое входное и выходное сопротивления, а фильтры, расчитываемые в AWR Office и у Зааля позволяют одновременно осуществлять трансформацию сопротивлений. Это свойство пассивных LC фильтров очень полезно при разработке высокочастотных усилителей (УВЧ).

Что касается полосовых LC фильтров, то в настоящее время они практически вытеснены кварцевыми или ПАВ-фильтрами, в области относительно низких частот (сотни килогерц) пьезокерамическими фильтрами. Исключение составляют перестраиваемые LC фильтры.

Это связано с достаточно высокой стоимостью изготовления индуктивностей, которые наматываются на ферритовых сердечниках. В случае сетевых фильтров, где широко применяются кольцевые ферритовые сердечники стоимость дополнительно повышается из-за сложности намотки обмотки индуктивности.

Вместе со статьёй “Схемы пассивных фильтров” читают:

Онлайн расчёт LC – фильтров.

Калькуляторы ФНЧ, ФВЧ, резонансных, полосовых LC – фильтров.

LC – фильтры я оставил на десерт, подобно бутылке благородного вина, покрытой слоем вековой пыли. Это антиквариат, который на Сотбисе не купишь!

Как ни крути, а не получил бы Александр Степаныч наш Попов звание почётного инженера-электрика, не направь он искровой разряд напрямик в колебательный контур для обретения благословения свыше и резонанса с передающей антенной.
И заскучала бы братва копателей свободной энергии эфира, не изобрети Никола Тесла свой резонансный трансформатор и электрический автомобиль с неведомой коробочкой. А то и вовсе, заширялась бы в подъездах, лишённая идей вселенского масштаба.

И начнём мы с расчёта самого простого LC-фильтра – колебательного контура.

Включённый по приведённой на рис.1 схеме, он представляет собой узкополосный полосовой фильтр, настроенный на частоту fо= 1/2π√ LС .
На резонансной частоте сопротивление контура равно:
Rо = pQ, где р – характеристическое сопротивление, равное реактивному сопротивлению катушки и конденсатора.
Оно в свою очередь рассчитывается по формуле р = √ L/C .

На низких (звуковых) частотах конденсаторы практически не вносят потерь, поэтому добротность контура равна добротности катушки индуктивности, величина которой напрямую зависит от активного сопротивления катушки. Чем ниже частота, тем больше витков и тоньше провод, тем проще его измерить тестером. Если эта попытка удалась, то Q=2πfL/R, где R – активное сопротивление катушки индуктивности.
На радиочастотах значение активного сопротивления катушки может составлять доли ома, поэтому для расчёта добротности надо – либо найти сопротивление в Омах по формуле R= 4ρ*L/(πd²), где ρ — удельное сопротивление меди, равное 0,017 Ом•мм²/м, L – длина в метрах, d – диаметр провода в мм, либо вооружиться генератором сигналов, каким-либо измерителем уровня выходного сигнала с высоким внутренним сопротивлением, и определить добротность экспериментально.
К тому же на высоких частотах возможно проявление влияния добротности конденсатора, особенно если он окажется варикапом, хотя современные недорогие керамические изделия (например, фирмы Murata) имеют значение параметра добротности – не менее 800.

Нарисуем табличку с расчётом фильтра для низкочастотных приложений.

ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ НЧ.

Если параметр активного сопротивления катушки R опущен, его значение принимается равным 200 омам.
Необходимо отметить, что все полученные в таблице данные верны и для последовательного колебательного контура. При этом, если мы хотим использовать свойства контура полностью, т. е. получить острую резонансную кривую, соответствующую конструктивной добротности, то параллельный контур надо нагружать слабо, выбирая R1 и Rн намного больше Rо (на практике десятки кОм), для последовательного же контура, сопротивление генератора R1 наоборот должно быть на порядок меньше характеристического сопротивления ρ.

Теперь, нарисуем таблицу для расчёта высокочастотных резонансных контуров.
Тут на добротность влияет не только активное сопротивление катушек, но и другие факторы, такие как – потери в ферритах, наличие экрана, эффект близости витков и т. д. Поэтому вводить этот параметр в качестве входного я не стану – будем считать, что добротность катушки вы измерили, или подсмотрели в документации на готовые катушки. Естественным образом значение добротности катушки должно измеряться на резонансной частоте контура, ввиду прямой зависимости этой величины от рабочей частоты (Q=2πfL/R).
К тому же я добавлю сюда параметр добротности конденсатора, особенно актуальный в случае применения варикапов.
По умолчанию (для желающих оставить эти параметры без внимания), добротность катушки примем равной 100, конденсатора – 1000, а для испытывающих стремление измерить эти параметры в радиолюбительских условиях, рекомендую посетить страницу ссылка на страницу .

ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ ВЧ.

Теперь плавно переходим к LC фильтрам верхних и нижних частот (ФВЧ и ФНЧ).

Рис.2

Крутизна спада АЧХ этих фильтров в полосе подавления – 12 дБ/октаву, коэффициент передачи в полосе пропускания К=1 при R1 Однако наилучшие параметры, с точки зрения равномерности АЧХ и передачи максимальной мощности в нагрузку, обеспечиваются при R1=Rн=ρ. В этом случае фильтр является согласованным, правда коэффициент передачи в полосе пропускания становится равным К=0.5.
Ну да ладно, ближе к делу.

ТАБЛИЦА LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

А если надо рассчитать L и C при известных значениях Fср и ρ ? Не вопрос,

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

Данные ФВЧ и ФНЧ называются Г-образными.
Для получения более крутых скатов АЧХ используют два или более Г-образных звеньев, соединяя их последовательно, чтобы образовать Т-образное звено (на Рис.3 сверху), или П-образное звено (на Рис.3 снизу). При этом получаются ФНЧ третьего порядка. Обычно, ввиду меньшего количества катушек, предпочитают П-образные звенья.

Рис.3

ФВЧ конструируют подобным же образом, лишь катушки заменяются конденсаторами, а конденсаторы – катушками.

Широкополосные полосовые LC – фильтры получают каскадным соединением ФНЧ и ФВЧ.

Что касается многозвенных LC-фильтров высоких порядков, то более грамотным решением (по сравнению с последовательным соединением фильтров низших порядков) будет построение подобных устройств с использованием полиномов товарищей Чебышева или Баттерворта.

Именно такие фильтры 3-го, 5-го и 7-го порядков мы и рассмотрим на следующей странице.

Поделиться с друзьями:

Твитнуть

Поделиться

Поделиться

Отправить

Класснуть

Фильтр вч схема
Ссылка на основную публикацию

1.

19. RC-фильтры

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Полное и реактивное сопротивление

Благодаря тому что импеданс конденсатора, равный Zc = -j/ωС, зависит от частоты, с помощью конденсаторов и резисторов можно строить частотно-зависимые делители напряжения, которые будут пропускать только сигналы нужной частоты, а все остальные подавлять. В этом разделе вы познакомитесь с примерами простейших RС-фильтров, к которым мы будем неоднократно обращаться в дальнейшем. В гл. 5 описаны более сложные фильтры.

Рис. 1.52. Фильтр высоких частот.

Фильтры высоких частот. На рис. 1.52 показан делитель напряжения, состоящий из конденсатора и резистора. Согласно закону Ома для комплексных величин,

I = U_вх/Z_полн = U_вх/R — (j/ωC) = U_вх[R + j/ωC)]/R² + 1/ω²C².

(Окончательный результат получек после умножения числителя и знаменателя на комплексное число, сопряженное знаменателю.) Итак, напряжение на резисторе R равно

U_вых = IZ_R = IR = U_вх[R + (j/ωС)R]/R²+1/ω²C².

Чаще всего нас интересует не фаза, а амплитуда U_вых:

U_вых = (U_выхU_вых^*)^1/2 = U_вхR/[R² + (1/ω²C²)]^1/2.

Сравните полученный результат с выражением для резистивного делителя:

U_вых = U_вхR₁/(R₁ + R₂).

Векторное представление импеданса RС — цепи (рис. 1.53) показано на рис. 1.54.

Рис. 1.53.

Рис. 1.54.

Итак, если не принимать во внимание сдвиг фаз, а рассматривать только модули комплексных амплитуд, то «отклик» схемы будет определяться следующим образом:

U_вых = U_вхR/[R² + (1/ω²C²)]^1/2 = U_вх2πƒRC/[1 + (2πƒRC)]^1/2.

График этой зависимости представлен на рис. 1.55. Такой же результат мы бы получили, если бы определили отношение модулей импедансов как в упражнении 1.17 и в примере перед этим упражнением; числитель представляет собой модуль импеданса нижнего плеча делителя R, а знаменатель — модуль импеданса последовательного соединения R и С.

Рис. 1.55. Частотная характеристика фильтра высоких частот.

Как вы видите, на высоких частотах выходное напряжение приблизительно равно входному (ω > 1/RC), а на низких частотах выходное напряжение уменьшается до нуля. Мы пришли к важному результату, запомните его. Подобная схема, по понятным причинам, называется фильтром высоких частот. На практике ее используют очень широко. Например, в осциллографе предусмотрена возможность связи по переменному току между исследуемой схемой и входом осциллографа. Эта связь обеспечивается с помощью фильтра высоких частот, имеющего перегиб характеристики в области 10 Гц (связь по переменному току используют для того, чтобы рассмотреть небольшой сигнал на фоне большого напряжения постоянного тока). Инженеры часто пользуются понятием «точки излома» -3 дБ для фильтра (или любой другой схемы, которая ведет себя как фильтр)! В случае простого RC — фильтра высоких частот точка излома -3 дБ определяется выражением:

ƒ_3дб = 1/2πRC.

Обратите внимание, что конденсатор не пропускает ток (ƒ = 0). Самый распространенный пример использования конденсатора-это использование его в качестве блокирующего конденсатора постоянного тока. Если возникает необходимость обеспечить связь между усилителями, то почти всегда прибегают к помощи конденсатора. Например, у любого усилителя звуковой частоты высокого класса все входы имеют емкостную связь, так как заранее не известно, какой уровень постоянного тока будут иметь входные сигналы. Для обеспечения связи необходимо подобрать R и С таким образом, чтобы все нужные частоты (в данном случае 20 Гц — 20 кГц) поступали на вход без потерь (без деления на входе).

Рис. 1.56. а — Изменение реактивного сопротивления индуктивностей и конденсаторов в зависимости от частоты. Все декады одинаковы и отличаются лишь масштабом. б — Увеличенное изображение одной декады из графика А. график построен для стандартных компонентов, имеющих точность 20%.

В качестве примера рассмотрим фильтр, показанный на рис. 1.57. Это фильтр высоких частот с точкой перегиба 3 дБ на частоте 15,9 кГц. Импеданс нагрузки, подключаемой к фильтру, должен быть значительно больше 1 кОм. иначе нагрузка будет искажать выходное напряжение фильтра. Источник сигнала должен обеспечивать возможность подключения нагрузки 1 кОм без значительной аттенюапии (потери амплитуды сигнала), иначе фильтр будет искажать выход источника сигнала.

Рис. 1.57. Рис. 1.58. Фильтр низких частот.

Фильтры низких частот. Если поменять местами R и С (рис. 1.58), то фильтр будет вести себя противоположным образом в отношении частоты. Можно показать, что U_вых = [1/1 + ω²R²С²)^1/2] U_вх. График этой зависимости представлен на рис. 1.59. Такой фильтр называют фильтром низких частот. Точка -3 дБ на характеристике фильтра находится на частоте ƒ = 1/2πRC. Фильтры низких частот находят очень широкое применение. Например, их используют для устранения влияния близлежащих радио — и телевизионных станций (550 кГц — 800 МГц), на работу усилителей звуковых частот и других чувствительных электронных приборов.

Рис. 1.59 Частотная характеристика фильтра низких частот.

Упражнение 1.21. Докажите справедливость выражения для выходного напряжения фильтра низких частот.

Выход фильтра низких частот можно рассматривать в качестве самостоятельного источника сигналов. При использовании идеального источника напряжения переменного тока (с нулевым импедансом) фильтр со стороны выхода низких частот имеет сопротивление R (при расчетах полных сопротивлений идеальный источник сигналов можно заменить коротким замыканием, т. е. его нулевым импедансом для малого сигнала). В выходном импедансе фильтра преобладает емкостная составляюшая. и на высоких частотах он становится равным нулю. Для входного сигнала фильтр представляет собой нагрузку, состоящую на низких частотах из сопротивления R и сопротивления нагрузки, а на высоких частотах — нагрузку, равную просто сопротивлению R.

Рис. 1.60. Фазочастотная и амплитудно-частотная характеристики фильтра низких частот, изображенные в логарифмическом масштабе. В точке 3 дБ фазовый сдвиг составляет 45° и в пределах декады изменения частоты лежит в пределах 6° от асимптотическою значения.

На рис. 1.60 изображена также частотная характеристика фильтра низких частот, но в более общепринятом виде для вертикальной и горизонтальной осей использован логарифмический масштаб. Можно считать, что по вертикальной оси откладываются децибелы, а по горизонтальной — октавы (или декады). На таком графике равные расстояния соответствуют равным отношениям величин. В виде графика изображен также фазовый сдвиг, при этом для вертикальной оси (градусы) использован линейный масштаб, а для оси частот-логарифмический. Такой график удобен для анализа частотной характеристики даже в случае значительной аттенюации (справа): целый ряд таких графиков представлен в гл. 5, посвященной изучению активных фильтров. Отметим, что при значительной аттенюации изображенная на графике кривая вырождается в прямую линию с наклоном -20 дБ/декада (инженеры предпочитают выражение « -6 дБ/октава»). Отметим также, что фазовый сдвиг плавно изменяется от 0° (на частотах ниже точки перегиба) до 90° (на частотах существенно выше точки перегиба), а в точке -3 дБ составляет 45°. Практическое правило для односекционных RС — фильтров говорит о том. что фазовый сдвиг составляет ≈6° от асимптот в точках 0.1ƒ_3дБ и 10ƒ_3дБ.

Упражнение 1.22. Докажите последнее утверждение.

Возникает интересный вопрос: можно ли сделать фильтр с какой-либо другой заданной амплитудной характеристикой и какой-либо другой заданной фазовой характеристикой. Пусть вас это не удивляет, но ответить можно только отрицательно — нельзя. Фазовая и амплитудная характеристики для всех возможных фильтров подчиняются законам причинной связи (т.е. характеристика является следствием определенных свойств, но не их причиной).

Частотные характеристики дифференцирующих и интегрирующих RС — цепей. Схема дифференцирующей RС — цепи, которую мы рассмотрели в разд. 1.14, имеет такой же вид, как и схема фильтра высоких частот, приведенная в настоящем разделе. Чем же считать такую схему, зависит от того, что вас больше интересует: преобразование сигналов во времени или частотная характеристика. Полученное ранее временное условие правильной работы схемы (U_вых « U_вх) можно сформулировать иначе, применительно к частотной характеристике: для того чтобы выходной сигнал был небольшим по сравнению с входным, частота должна быть значительно ниже, чем в точке -3 дБ. В этом легко убедиться. Допустим, что входной сигнал равен U_вх = sinωt. Воспользуемся уравнением, которое мы получили ранее для выхода дифференциатора:

U_вх = RC d/dt sinωt = ωRCcosωt.

Отсюда U_вых « U_вх, если ωRC « 1, т.е. RC « 1/ω. Если входной сигнал содержит некоторый диапазон частот, то условие должно выполняться для самых высоких частот входного диапазона.

Схема интегрирующей RC — цепи (разд. 1.15) имеет такой же вид, как и схема фильтра низких частот: аналогично в хорошем интеграторе самые низкие частоты входного сигнала должны существенно превышать частоту в точке -ЗдБ.

Индуктивности и конденсаторы. Индуктивности, также как и конденсаторы, в сочетании с резисторами образуют схемы фильтров низких (или высоких) частот. Однако на практике RL — фильтры низких и высоких частот встречаются редко. Это связано с тем, что индуктивности более громоздки и дороги, а работают хуже, чем конденсаторы (их характеристики более существенно отличаются от идеальных). Если есть возможность выбора, то предпочтение лучше отдать конденсатору. Исключением из этой общей рекомендации являются ферритовые бусины (маленькие торроидальные сердечники) и дроссели в высокочастотных схемах. Несколько бусин нанизывают на провод, благодаря этому соединение, выполненное с помощью провода, становится в некоторой степени индуктивным; импеданс на высоких частотах увеличивается и предотвращает «колебания» в схеме, при этом в отличие от RС — фильтра активное сопротивление схемы не увеличивается. Радиочастотный дроссель — это катушка, состоящая из нескольких витков провода и ферритового сердечника и используемая с той же целью в радиочастотных схемах.

Диоды и диодные схемы

ФИЛЬТР ПИТАНИЯ

   «Кондиционирование» сетевого питания давно уже стало традицией при прослушивании аудиозаписей на аппаратуре высокого класса. Влияние качества сетевого напряжения на качество звуковоспроизведения способен заметить даже неискушенный слушатель, не обладающий музыкальным слухом. Наличие огромного количества помех в современных электросетях нетрудно объяснить — с каждым годом увеличивается количество различной электронной аппаратуры и различного электроинструмента, которые собственно и вносят искажения в бытовые сети электропитания. К сетевым помехам, вызванным нарушением параметров сети относятся: помехи низких и высоких частот — некоторые из них не слышны на слух, но вносят заметные искажения при питании звуковоспроизводящего тракта в целом, например щелчки при включении холодильника; искажение формы переменного напряжения; фазовые сдвиги (перекос фаз) и т.д. Избавиться от таких неприятных моментов в достижении цели достоверного воспроизведения помогает использование сетевых фильтров питания. Типичный представитель данного вида аппаратуры-сетевой фильтр Light Speed Audio. Но не каждый аудиофил позволит себе иметь такой агрегат в составе своего аудиокомплекса, что уж говорить о тех, кто занимается конструированием и сборкой самодельных ламповых усилителей низкой частоты. Но выход есть! Предлагаемый к сборке фильтр не содержит дефицитных и дорогих деталей, схема его на столько проста, что изготовление такого устройства по плечу даже начинающему электронщику.

   Итак, рассмотрим принципиальную схему первого каскада фильтра питания и займемся подбором деталей. Прежде всего нам понадобится варистор (нелинейное сопротивление) на максимальное напряжение 300-600вольт.

   Обычно варисторы маркируются цифрами,которые и обозначают максимальное напряжение. Далее следует подобрать элементы для RLC фильтра. Резисторы керамические с мощностью рассеивания не менее 5Вт подбирают по наименее меньшему разбросу сопротивления (чтобы в обоих плечах схемы не было перекоса).

   Дроссели фильтра могут быть на тороидальном каркасе — ферритовом кольце, где взаимная компенсация магнитных потоков уравновешивается

   или на ферритовых каркасах типа »гантель» которые тоже работают неплохо и продаются в виде уже готового изделия-дросселя (нужно только подобрать по индуктивности и толщине намотанного проводника-для тока не менее 1А).

   Конденсатор фильтра можно взять керамический или пленочный (на нужное напряжение), хотя лучше всего работают специализированные помехоподавляющие конденсаторы, желательно с пометкой X1 на корпусе (применяются для фильтрации в промышленной аппаратуре специального назначения).

   Токовый размыкатель Sc (пробка-автомат) можно взять от китайского сетевого фильтра, хотя я в большей степени склоняюсь к применению старых добрых предохранителей. Работает данный каскад схемы следующим образом: варистор блокирует импульсные высоковольтные броски напряжения,остальная RLC цепочка подавляет оставшиеся НЧ и ВЧ помехи с частотой среза около 50Hz. Рассмотрим принципиальную схему второго каскада фильтра питания аппаратуры.

   Его основная задача — устранение (задержка) постоянной составляющей тока, что является причиной сильного гудения сетевого трансформатора (из-за насыщения магнитопровода) и слышимого фона переменного тока при прослушивании музыкальных произведений. Схема этого каскада фильтра заимствована из американского усилителя Lamm M1.1 и разработана В.Шушуриным. Данная схема расчитана на применение сетевого трансформатора мощностью 300Вт, если блок питания вашего изделия имеет большую мощность, то придется подобрать большую емкость электролитических конденсаторов. 

   Диоды КД226Д для этой части схемы следует подбирать исходя из одинакового сопротивления перехода (хотя такие мелочи можно и не учитывать). На сетевой шнур фильтра питания желательно закрепить ферритовый фильтр-защелку для устранения мелких ВЧ помех.

   Напоследок остается добавить, что данный простейший фильтр сетевых помех может быть как встроенным в самодельный усилитель, так и использоваться в качестве выносного стационарного агрегата. Можно например собрать в одном корпусе три канала фильтров и вывести их на раздельные качественные розетки на задней панели корпуса — для питания предусилителя, оконечного усилителя,и собственно воспроизводящего устройства (CD транспорта или проигрывателя виниловых дисков).

   Корпус можно оформить в общей (с остальными компонентами системы) стилистике, а на переднюю панель установить старинный вольтметр для контроля входного напряжения. Удачных вам конструкций! Автор: Электродыч.

своими руками, низких частот, активный схема, НЧ, пассивный, саба

Многие меломаны сталкиваются с тем, что качество автомобильных акустических систем невысокое. Фильтр для сабвуфера может быть создан своими руками, для чего требуется небольшой набор инструментов и материалов.

Предназначение

Сабвуфер — динамик для вывода низкочастотных колебаний в диапазоне 5-200 Гц. В продаже встречаются пассивный и активный варианты исполнения. При этом частоты делятся на 3 основные категории:

• Верхние.
• Средние.
• Глубокие.

Фильтры предназначены для разделения звука и повышения качества. Он устанавливается для саба пассивного и активного типа, может использоваться как сумматор, который делает систему более эффективной.

Какую магнитолу рекомендуете покупать:Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.

Предназначение системы заключается в распределении частот между несколькими элементам вывода. Сабвуфер способен выводить только низкий диапазон, для которого он отделяется от всего потока.

Ты водитель автомобиля?! Тогда ты сможешь пройти этот простейший тест и узнать … Перейти к тесту »

Схема фильтра

При создании устройства могут применяться различные схемы. Простейший НЧ фильтр для сабвуфера называют LC. Его принцип работы обладает следующими особенностями:

• Создаваемое сопротивление индуктивности сравнимо с частотой звука. Этот момент определяет то, что катушка пропускает низкие частоты и отделяет высокие. С повышением значения частоты увеличивается и сопротивление индуктивности.
• Сопротивление емкости имеет обратную пропорциональность частоте сигнала, и колебания с высокой частотой затухают на входе.

Подобный пассивный фильтр НЧ прост в исполнении, поэтому его изготавливают чаще других. Более сложна в реализации схема активного фильтра. Она предусматривает применение активного элемента, который повышает эффективность устройства.

Классификация устройств проводится по основным параметрам. Порядок свидетельствует о количестве катушек. Крутизна спада АЧХ определяет то, насколько резко фильтр подавляет сигналы, которые могут стать причиной помехи.

При выборе фильтра также уделяется внимание тому, какая схема расположения динамиков применяется в автомобиле. Наибольшее распространение получили следующие:

• 3 динамика: басовик, средний и низкие частоты, твитер. В большинстве случаев этого достаточно для реализации поставленной задачи.
• Более сложная схема предусматривает использование отдельных динамиков для воспроизведения своей частоты.

Полосно-пропускающие, или полосовые устройства эффективно пропускают свою частоту. Полная противоположность — режекторный вариант исполнения, так как полосы вне интервала усиливаются.

Как сделать своими руками

Пассивный фильтр для сабвуфера своими руками просто изготовить благодаря использованию небольшого количества элементов. Фильтр низких частот собирается с учетом нижеприведенных моментов:

• Сборка может проводиться по схеме, которая скачивается из сети или создается своими руками. В интернете встречается большое количество различных калькуляторов. Их применение существенно упрощает расчеты. Для этого достаточно ввести исходную информацию, и программа при применении формул рассчитывает требуемые показатели.
• Основными параметрами, применяемыми при расчетах, являются индуктивность и емкость.
• Простейшая схема представлена сочетанием конденсатора или катушки. Первый элемент можно приобрести в специализированном магазине, для повышения показателя проводится соединение нескольких. Катушка часто изготавливается самостоятельно, для этого применяется медная проволока и стержень из специального сплава.
• Пайка отдельных элементов должна проводиться с особой осторожностью. Это связано с тем, что слишком высокая температура может привести к перегреву платы и некоторым другим проблемам.

После создания самодельной конструкции следует провести подключение фильтра к сабвуферу. Подключение выполняется следующим образом:

• Фильтр подключается к сабвуферу через выход предварительного усилителя после регулятора, который отвечает за регулировку громкости. Это позволяет существенно повысить качество звука.
• Потенциометр применяется для регулирования соотношения громкости сабвуфера и всего сигнального тракта.
• К выходу проводится подключение усилителя мощности, который работает по классической схеме. Оба применяются для мостового соединения.

Финишный этап заключается в герметизации всех соединительных элементов. В противном случае на контактах со временем может появиться коррозия, которая станет причиной снижения проводимости. Активный изготавливается с применением управляющей платы.

Сглаживающие фильтры: устройство, описание, схемы, диаграммы

Выпрямленное напряжение имеет существенные пульсации, поэтому широко используют сглаживающие фильтры − устройства, уменьшающие эти пульсации. Важнейшим параметром сглаживающего фильтра является коэффициент сглаживания S. По определению S = ε₁ / ε₂, причем ε₁ и ε₂ определяют как коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра соответственно.

Для емкостного фильтра, у которого вход и выход фактически совпадают, под ε₁ понимают коэффициент пульсаций до подключения фильтра, а под ε₂ — коэффициент пульсаций после его подключения. Коэффициент сглаживания показывает, во сколько раз фильтр уменьшает пульсации. На выходе фильтра напряжение оказывается хорошо сглаженным, а коэффициент пульсаций может иметь значения в диапазоне 0,001 …. 0,00003.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Простейшим фильтром является емкостной фильтр (С-фильтр). Рассмотрим его работу на примере однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 2.78). Емкостной фильтр подключают параллельно нагрузке (рис. 2.78, а).

На отрезке времени t₁ … t₂диод открыт и конденсатор заряжается (рис. 2.78, б).
На отрезке t₂ … t₃диод закрыт, источник входного напряжения отключен от конденсатора и нагрузки. Разряд конденсатора характеризуется экспонентой с постоянной времени t = R_hC. ток через диод протекает только часть полупериода (отрезок t₁ … t₂). Чем короче отрезок t₁ … t₂, тем больше амплитуда тока диода при заданном среднем токе нагрузки.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Если емкость С очень велика, то отрезок t1 . .. t2 оказывается очень малым, а амплитуда тока диода очень большой, и диод может выйти из строя. Такой фильтр широко используется в маломощных выпрямителях; в мощных выпрямителях он используется редко, так как режим работы диода и соответствующих электрических цепей (к примеру, обмоток трансформатора) достаточно тяжел.

В качестве фильтра можно использовать и индуктивность. Легко доказать, что индуктивный фильтр (L-фильтр) практически не дает полезного эффекта в однофазном однополупериодном выпрямителе. Рассмотрим работу индуктивного фильтра на примере однофазного мостового выпрямителя. Индуктивный фильтр включают последовательно с нагрузкой (рис. 2.79, а). Часто используют катушку индуктивности (реактор) на магнитном сердечнике с зазором.
Предположим, что постоянная времени T, определяемая выражением T= L/R_h, достаточно велика (как это обычно бывает на практике). Тогда ток нагрузки оказывается практически постоянным (рис. 2.79, б).

Такой фильтр широко используется в выпрямителях, особенно мощных. Режим работы диодов (и соответствующих электрических цепей) не является тяжелым.

Н а практике используют также следующие типы фильтров (рис. 2.80): индуктивно-емкостной или Г-образный LC-фильтр (а), Г-образный RС-фильтр (б), П-образный LС-фильтр (в), П-образный RС-фильтр (г).
Обычно Г- и П-образные RC-фильтры применяются только в маломощных схемах, так как они потребляют значительную долю энергии. На практике применяют и другие, более сложные фильтры.

Внешние характеристики выпрямителей с фильтрами.

Внешняя характеристика— это зависимость среднего значения выходного напряжения (напряжения на нагрузке) от среднего значения выходного тока (тока нагрузки). При увеличении выходного тока выходное напряжение уменьшается из-за увеличения падения напряжения на обмотках трансформатора, диодах, подводящих проводах, элементах фильтра.

Рассмотрим типичные внешние характеристики (рис. 2. 81), которые получают, изменяя сопротивление нагрузки, подключенное к выходу фильтра.
Наклон внешней характеристики при том или ином токе 1ср характеризуют выходным сопротивлением R_выx, которое определяется выражением R_выx = | dU_ср/dI_ср|_{Iср − заданный}

Чем меньше величина R_выx, тем меньше выходное напряжение зависит от выходного тока, что обычно и требуется.

Как следует из рис. 2.81, выпрямитель с RC-фильтром характеризуется повышенным выходным сопротивлением. Здесь отрицательную роль играет резистор фильтра.

Особенности сглаживающих фильтров, их схемы и пример расчета — Help for engineer

Особенности сглаживающих фильтров, их схемы и пример расчета

Для чего нужны сглаживающие фильтры?

Способ получения постоянного тока из переменного синусоидального (идеализированный вид) при использовании одно или двух полупериодного выпрямителя имеет ряд недостатков, о которых мы и поговорим далее.

Главным недостатком такого выпрямителя является пульсирующее напряжение. Избавление от пульсаций напряжения, их сглаживание – необходимое условие для корректной работы многих электрических приборов, особенно это касается радиоаппаратуры, где такой вид напряжения вносит хорошо заметные помехи. Так называемые, сглаживающие фильтры применяют для устранения пульсаций выходного тока и напряжения.

Так же используют различные комбинации выше перечисленных фильтров для достижения необходимого качества напряжения.

Как работает С-фильтр?

Принцип работы сглаживающих фильтров основывается на свойствах конденсатора и катушки индуктивности. Они выполняют роль резервуара энергии. Как известно, напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, а на индуктивности ток не может мгновенно возрасти или исчезнуть. Эти свойства и положены в основу работы сглаживающих фильтров, рассмотрим это на примерах.

Схема С-фильтра (емкостной)

На рисунке выше, к первичной обмотке трансформатора подводиться переменное напряжение U, ко вторичной обмотке подсоединена нагрузка R_н, через которую должен протекать постоянный (выпрямленный) ток. Роль выпрямителя в представленной схеме играет диод, как работает полупроводниковый диод, Вы можете прочесть здесь. Конденсатор С – фильтрующий элемент.

Вид выходных тока и напряжения на С-фильтре

Действия диода во вторичной цепи трансформатора описывает серая, пульсирующая кривая. Если быть точным, диод обрезал отрицательную часть переменного напряжения, он пропускает только положительную волну, а при приложении отрицательного напряжения – запирается. Конденсатор С, как уже говорилось раннее – резервуар энергии. Когда диод открыт и ток протекает через нагрузку, то конденсатор (подсоединен параллельно) заряжается до величины напряжения в цепи. А когда диод закрыт (отрицательная волна синусоиды), благодаря наличию емкости, уровень напряжения не может резко снизиться. Конденсатор постепенно разряжается через нагрузку, таким образом, сглаживая огромные скачки уровня напряжения. Разряжается он до следующей положительной волны, а точнее, когда напряжение на катоде диода превысит напряжение на конденсаторе. И он вновь начнет заряжаться. Такая цикличность действий будет происходить постоянно. Красный цвет линии изображает работу такой смоделированной системы.

Если в качестве выпрямителя применять диодный мост, то выходные ток и напряжения приобретут следующий вид:

Благодаря тому, что диодный мост работает и при положительном, и при отрицательном напряжении — пульсность увеличилась в два раза.

Обратите внимание на вид тока (синий), из-за наличия конденсатора ток имеет резкий скачок, что в свою очередь не есть хорошо для любого электроприбора. На помощь в сложившейся ситуации приходит катушка индуктивности.

Роль индуктивности в сглаживании

Схема Г-образного фильтра (L+C)

От ранее описанной схемы L-фильтр отличается лишь тем, что вместо конденсатора, последовательно с нагрузкой подсоединена катушка индуктивности. На индуктивности ток не может измениться моментально. По этому, при положительной части полуволны (нарастание) ток с небольшой задержкой увеличивает свое значение, а когда происходит спадание – катушка наоборот не дает значению тока резко упасть, создается некоторое запаздывание. Результат действия катушки L можете наблюдать на представленном ниже изображении. Благодаря катушке, изменение значения тока происходит более плавно. Первую волну можете не принимать во внимание, при пуске происходят различные переходные процессы, которые и вызывают подобные вещи.

Разница в применении диодного моста и диода

1. Диодный мост работает постоянно (при положительной и отрицательной волне), что увеличивает пульсность выходного напряжения. Соответственно, для получения одного и того же значения напряжения, конденсатор в мостовой схеме нужен меньшей емкости, так как может себе «позволить» разряжаться быстрее.

2. При применении одного диода, имеет место момент времени, когда диод заперт и напряжение между его катодом и анодом равно двухкратному напряжению цепи (на катоде положительное значение благодаря конденсатору, а на аноде отрицательная полуволна, достигшая пика). По этому при выборе диода для выпрямителя, необходимо учесть, что его импульсное обратное напряжение должно превышать 2 значения рабочего напряжения. При работе диодного моста такого нюанса нет, так как диоды в этой схеме работают попарно при + и – волне.

3. Не нужно забывать про свойства полупроводниковых диодов. Ведь при прохождении p-n перехода существует падение напряжения, которое обязательно необходимо учитывать при подборе сглаживающего фильтра. Здесь выигрывает простой диод над диодным мостом. Потому что у него напряжение снижается лишь на одном элементе, а в мостовой схеме, ток в один момент времени протекает по двум полупроводникам. Этот эффект нагляден на рисунках ниже:

Влияние малой нагрузки на эффективность сглаживания

Активное сопротивление катушки индуктивности находится по формуле:

Для конденсатора:

Эффективность индуктивного и емкостного фильтров повышается при соблюдении следующих условий:

Исходя из этого, при очень малой нагрузке (сопротивления потребителя) невозможно будет использовать конденсаторный сглаживающий фильтр. Чем меньше нагрузка, тем большая емкость конденсатора требуется. При уменьшении сопротивления нагрузки, фильтр стает менее эффективным (недостаточный конденсатор для этого потребителя).

Вид выпрямленного напряжения при малой нагрузке (рисунок ниже):

Расчет конденсаторного фильтра

Пример. Допустим, у нас есть источник переменного напряжения U=12 B (действующее значение), в то время как его амплитуда будет равна 17 В. Подробнее о значениях переменного напряжения и их зависимостях читайте по ссылке. Сопротивление нагрузки R_н=300Ом. Выпрямление будем производить одним диодом, а С-фильтр — сглаживающий элемент цепи.

Первым делом, необходимо учесть падение напряжения на диоде, в модели выбран диод, у которого этот параметр равен 0,8 В (для мостовой схемы падение будет равно 0,8 В+0,8 В=1,6 В).

Выходное напряжение будет иметь амплитуду:

Таким образом, 16,2В – максимально возможное напряжение на выходе выпрямителя при бесконечной емкости, но в жизни значение будет, естественно, меньшим.

Емкость фильтра находим из условия:

Откуда следует, что

Для хорошей работы фильтра выбираем емкость конденсатора не менее чем в 10 раз больше расчетного значения. Для примера я выбрал 5,3*10^-4Ф.

Рассчитанная ёмкость при заданных входных параметрах даст следующий результат на выходе:

Недостаточно прав для комментирования

Введение в фильтры — Технические статьи

Узнайте о различных типах фильтров, включая общую терминологию и важные характеристики.

Не знаете, с чего начать чтение о фильтрах в учебнике AAC? Эта статья поможет вам ближе познакомиться с фильтрами.

Что такое фильтр?

Фильтр — это схема, способная пропускать (или усиливать) определенные частоты при ослаблении других частот. Таким образом, фильтр может извлекать важные частоты из сигналов, которые также содержат нежелательные или нерелевантные частоты.

В области электроники фильтры находят множество практических применений. Примеры включают:

• Радиосвязь : Фильтры позволяют радиоприемникам только «видеть» желаемый сигнал, отклоняя все другие сигналы (при условии, что другие сигналы имеют другое частотное содержание).

• Источники питания постоянного тока : Фильтры используются для устранения нежелательных высоких частот (т. Е. Шума), присутствующих на входных линиях переменного тока.Кроме того, на выходе источника питания используются фильтры для уменьшения пульсаций.

• Аудиоэлектроника : кроссоверная сеть — это сеть фильтров, используемых для передачи низкочастотного звука на вуферы, средних частот на среднечастотные динамики и высокочастотных звуков на твитеры.

• Аналого-цифровое преобразование : Фильтры размещаются перед входом АЦП для минимизации наложения спектров.

Четыре основных типа фильтров

Четыре основных типа фильтров включают фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, полосовой фильтр и режекторный фильтр (или полосовой или полосовой фильтр) .Однако обратите внимание, что термины «низкий» и «высокий» не относятся к каким-либо абсолютным значениям частоты, а скорее являются относительными значениями по отношению к частоте среза.

Рисунок 1 ниже дает общее представление о том, как работает каждый из этих четырех фильтров:

Рисунок 1 . Базовое описание четырех основных типов фильтров.

Существует также такая вещь, как универсальный фильтр, но я не рассматриваю его как один из четырех основных типов фильтров для целей этой статьи.

Пассивный и активный фильтры

Фильтры можно отнести к одной из двух категорий: пассивный или активный .

Пассивные фильтры включают только пассивные компоненты — резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Напротив, в активных фильтрах в дополнение к резисторам и конденсаторам используются активные компоненты, такие как операционные усилители, но не катушки индуктивности.

Пассивные фильтры наиболее чувствительны к диапазону частот примерно от 100 Гц до 300 МГц. Ограничение на нижнем конце является результатом того факта, что на низких частотах индуктивность или емкость должны быть довольно большими.Верхний предел частоты обусловлен влиянием паразитных емкостей и индуктивностей. Тщательные методы проектирования могут расширить использование пассивных схем до гигагерцового диапазона.

Активные фильтры способны работать с очень низкими частотами (приближающимися к 0 Гц) и могут обеспечивать усиление по напряжению (пассивные фильтры не могут). Активные фильтры могут использоваться для создания фильтров высокого порядка без использования катушек индуктивности; это важно, потому что индукторы проблематичны в контексте технологий производства интегральных схем.Однако активные фильтры менее подходят для приложений с очень высокими частотами из-за ограничений полосы пропускания усилителя. Радиочастотные цепи часто должны использовать пассивные фильтры.

Некоторые ключевые моменты и термины

Кривые отклика используются для описания поведения фильтра. Кривая отклика — это просто график, показывающий коэффициент затухания (V _OUT / V _IN ) в зависимости от частоты (см. Рисунок 2 ниже). Затухание обычно выражается в децибелах (дБ).Частота может быть выражена в двух формах: либо в угловой форме ω (единицы — рад / с), либо в более распространенной форме f (единицы Гц, т. Е. Циклы в секунду). Эти две формы связаны соотношением ω = 2πf. Наконец, кривые отклика фильтра могут быть построены в линейно-линейной, логарифмической или логарифмической форме. Наиболее распространенный подход — иметь децибелы по оси y и логарифмическую частоту по оси x.

Рис. 2. Кривые отклика для четырех основных типов фильтров.

Примечание: Режекторный фильтр — это полосовой фильтр с узкой полосой пропускания. Режекторные фильтры используются для ослабления узкого диапазона частот.

Ниже приведены некоторые технические термины, которые обычно используются при описании кривых отклика фильтра:

• -3 дБ Частота (f _{3 дБ} ) . Этот термин, произносимый как «минус частота 3 дБ», соответствует входной частоте, которая вызывает падение выходного сигнала на -3 дБ относительно входного сигнала. Частота -3 дБ также называется частотой среза , и это частота, при которой выходная мощность уменьшается наполовину (поэтому эту частоту также называют «частотой половинной мощности»), или при котором выходное напряжение равно входному напряжению, умноженному на 1 / √2. Для фильтров нижних и верхних частот есть только одна частота -3 дБ. Однако есть две частоты -3 дБ для полосового и режекторного фильтров — обычно они обозначаются как f ₁ и f ₂ .

• Центральная частота (f ₀ ). Центральная частота, термин, используемый для полосовых и режекторных фильтров, представляет собой центральную частоту, которая находится между верхней и нижней частотами среза. Центральная частота обычно определяется либо как среднее арифметическое (см. Уравнение ниже), либо как среднее геометрическое нижней частоты среза и верхней частоты среза.

• Полоса пропускания (β или B.W.) . Полоса пропускания — это ширина полосы пропускания , а полоса пропускания — это полоса частот, которые не испытывают значительного ослабления при переходе от входа фильтра к выходу фильтра.

• Частота полосы задерживания (f _s ) . Это конкретная частота, на которой затухание достигает заданного значения.

  • Для фильтров нижних и верхних частот частоты за пределами полосы задерживания называются полосой задерживания .

  • Для полосового и режекторного фильтров существуют две частоты полосы задерживания. Частоты между этими двумя частотами полосы задерживания называются полосой задерживания.

• Коэффициент качества (Q) : Коэффициент качества фильтра отражает его характеристики демпфирования. Во временной области демпфирование соответствует количеству колебаний в переходной характеристике системы. В частотной области более высокое значение Q соответствует большему (положительному или отрицательному) пику амплитудной характеристики системы. Для полосового или режекторного фильтра Q представляет собой отношение между центральной частотой и полосой пропускания -3 дБ (т. Е. Расстояние между f ₁ и f ₂ ).

Q = f ₀ / (f ₂ — f ₁ )

Заключение

Фильтры играют важную роль во многих распространенных приложениях. К таким приложениям относятся источники питания, аудиоэлектроника и радиосвязь. Фильтры могут быть активными или пассивными, и четыре основных типа фильтров — это фильтры нижних частот, верхние частоты, полосовой фильтр и режекторный / полосовой (хотя существуют также всепроходные фильтры).

Надеюсь, вы немного узнали о том, как описывать фильтры и что они могут делать.Вы можете узнать больше об этих ресурсах учебников ниже!

Дополнительная информация

Что такое фильтр? | Фильтры

Иногда желательно иметь схемы, способные выборочно фильтровать одну частоту или диапазон частот из смеси различных частот в цепи. Схема, предназначенная для выполнения этого выбора частоты, называется схемой фильтра или просто фильтром .

Общая потребность в схемах фильтров возникает в высокопроизводительных стереосистемах, где определенные диапазоны звуковых частот необходимо усиливать или подавлять для лучшего качества звука и энергоэффективности.

Возможно, вы знакомы с эквалайзерами , которые позволяют регулировать амплитуды нескольких частотных диапазонов в соответствии со вкусом слушателя и акустическими свойствами зоны прослушивания.

Вы также можете быть знакомы с сетью кроссовера , которая блокирует доступ определенных диапазонов частот к динамикам.

Твитер (высокочастотный динамик) неэффективен при воспроизведении низкочастотных сигналов, таких как удары барабана, поэтому между высокочастотным динамиком и выходными клеммами стереосистемы подключена схема кроссовера, чтобы блокировать низкочастотные сигналы, передавая только высокочастотные сигналы на клеммы подключения динамика.

Это дает лучшую эффективность аудиосистемы и, следовательно, лучшую производительность. И эквалайзеры, и кроссоверы являются примерами фильтров, предназначенных для фильтрации определенных частот.

Еще одно практическое применение схем фильтра — «обработка» несинусоидальных форм напряжения в силовых цепях.

Некоторые электронные устройства чувствительны к наличию гармоник в напряжении источника питания, поэтому для правильной работы требуется согласование мощности.

Если искаженное синусоидальное напряжение ведет себя как последовательность гармонических сигналов, добавленных к основной частоте, тогда должна быть возможность построить схему фильтра, которая пропускает только основную частоту сигнала, блокируя все (более высокочастотные) гармоники. .

В этом уроке мы будем изучать проектирование нескольких схем элементарных фильтров. Чтобы уменьшить математическую нагрузку на читателя, я буду широко использовать SPICE в качестве инструмента анализа, отображая графики Боде (амплитуда в зависимости от частоты) для различных типов фильтров.

Однако имейте в виду, что эти схемы могут быть проанализированы по нескольким частотным точкам с помощью повторного последовательно-параллельного анализа, как и в предыдущем примере с двумя источниками (60 и 90 Гц), если студент готов вложить много средств. расчет времени наработки и повторной отработки схемы для каждой частоты.

ОБЗОР:

• Фильтр — это цепь переменного тока, которая отделяет одни частоты от других в сигналах со смешанной частотой.
• Audio Эквалайзеры и кроссоверные сети — два хорошо известных применения схем фильтров.
• График Боде — это график, отображающий амплитуду или фазу сигнала по одной оси и частоту по другой.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Фильтры нижних частот | Фильтры | Учебник по электронике

По определению, фильтр нижних частот — это схема, обеспечивающая легкий переход к низкочастотным сигналам и затрудненный переход к высокочастотным сигналам. Существует два основных типа схем, способных выполнить эту задачу, и множество вариаций каждой из них: индуктивный фильтр нижних частот (рисунок ниже) и емкостный фильтр нижних частот (рисунок также ниже).

Индуктивный фильтр нижних частот

Индуктивный фильтр нижних частот

Полное сопротивление катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты. Этот высокий последовательный импеданс имеет тенденцию блокировать попадание высокочастотных сигналов в нагрузку.Это можно продемонстрировать с помощью анализа SPICE: (рисунок ниже)

индуктивный фильтр нижних частот
 v1 1 0 ac 1 sin l1 1 2 3
 rload 2 0 1k
 .ac lin 20 1 200
 .plot ac v (2)
 .конец
 

Отклик индуктивного фильтра нижних частот падает с увеличением частоты.

Емкостный фильтр нижних частот

Емкостной фильтр нижних частот

Импеданс конденсатора уменьшается с увеличением частоты.Этот низкий импеданс параллельно сопротивлению нагрузки имеет тенденцию закорачивать высокочастотные сигналы, снижая большую часть напряжения на последовательном резисторе R ₁ . (Рисунок ниже)

емкостной фильтр нижних частот
 v1 1 0 ac 1 грех
 г1 1 2 500
 c1 2 0 7u
 rload 2 0 1k
 .ac lin 20 30 150
 .plot ac v (2)
 .конец
 

Отклик емкостного фильтра нижних частот падает с увеличением частоты.

Индуктивный фильтр нижних частот — это вершина простоты, поскольку фильтр состоит только из одного компонента.Емкостная версия этого фильтра не намного сложнее, для работы требуются только резистор и конденсатор.

Однако, несмотря на их повышенную сложность, емкостные фильтры обычно предпочтительнее индуктивных, потому что конденсаторы, как правило, являются «более чистыми» реактивными компонентами, чем катушки индуктивности, и поэтому их поведение более предсказуемо. Под «чистым» я подразумеваю, что конденсаторы демонстрируют меньшее сопротивление, чем индуктивности, что делает их реактивными почти на 100%.

Катушки индуктивности

, с другой стороны, обычно проявляют значительные диссипативные (резистивные) эффекты как из-за большой длины провода, используемого для их изготовления, так и из-за магнитных потерь материала сердечника.

Конденсаторы

также имеют тенденцию меньше участвовать в эффектах «связи» с другими компонентами (генерировать и / или принимать помехи от других компонентов через взаимные электрические или магнитные поля), чем индукторы, и они менее дороги.

Тем не менее, индуктивный фильтр нижних частот часто предпочтительнее в источниках питания переменного и постоянного тока для фильтрации формы волны переменного тока «пульсации», возникающей при преобразовании (выпрямлении) переменного тока в постоянный ток, пропуская только чистую составляющую постоянного тока.

Основная причина этого — требование низкого сопротивления фильтра на выходе такого источника питания.Емкостной фильтр нижних частот требует дополнительного сопротивления последовательно с источником, тогда как индуктивный фильтр нижних частот не требует.

В конструкции сильноточной цепи, такой как источник питания постоянного тока, где дополнительное последовательное сопротивление нежелательно, индуктивный фильтр нижних частот является лучшим выбором конструкции.

С другой стороны, если малый вес и компактный размер являются более высокими приоритетами, чем низкое внутреннее сопротивление источника питания в конструкции источника питания, емкостной фильтр нижних частот может иметь больше смысла.

Частота среза

Все фильтры нижних частот рассчитаны на определенную частоту среза . То есть частота, выше которой выходное напряжение падает ниже 70,7% входного напряжения. Этот процент отсечки 70,7 на самом деле не является произвольным, хотя на первый взгляд это может показаться таковым.

В простом емкостном / резистивном фильтре нижних частот это частота, при которой емкостное реактивное сопротивление в омах равно сопротивлению в омах. В простом емкостном фильтре нижних частот (один резистор, один конденсатор) частота среза задается как:

Вставляя значения R и C из последнего моделирования SPICE в эту формулу, мы получаем частоту среза 45.473 Гц. Однако, когда мы смотрим на график, созданный симуляцией SPICE, мы видим, что напряжение нагрузки значительно ниже 70,7% напряжения источника (1 вольт) даже при частоте 30 Гц, ниже расчетной точки отсечки.

Что не так? Проблема здесь в том, что сопротивление нагрузки в 1 кОм влияет на частотную характеристику фильтра, искажая ее по сравнению с тем, что нам говорила формула. Без этого сопротивления нагрузки SPICE создает график Боде, числа которого имеют больше смысла: (рисунок ниже)

 емкостной фильтр нижних частот
 v1 1 0 ac 1 грех
 г1 1 2 500
 c1 2 0 7u
 * примечание: без нагрузочного резистора!
 .переменный ток 20 40 50
 .plot ac v (2)
 .конец
 

Для емкостного фильтра нижних частот с R = 500 Ом и C = 7 мкФ выходной сигнал должен составлять 70,7% при 45,473 Гц.

f _{отсечка} = 1 / (2πRC) = 1 / (2π (500 Ом) (7 мкФ)) = 45,473 Гц

При работе со схемами фильтра всегда важно помнить, что характеристика фильтра зависит от значений компонентов фильтра и импеданса нагрузки.Если уравнение частоты среза не учитывает импеданс нагрузки, оно предполагает отсутствие нагрузки и не сможет дать точных результатов для реального фильтра, проводящего мощность к нагрузке.

Применение фильтра нижних частот

Одним из частых применений принципа емкостного фильтра нижних частот является разработка схем, содержащих компоненты или секции, чувствительные к электрическому «шуму». Как упоминалось в начале предыдущей главы, иногда сигналы переменного тока могут «передаваться» из одной цепи в другую через емкость (C _{паразитный} ) и / или взаимную индуктивность (M _{паразитный} ) между двумя наборами проводников.

Ярким примером этого является появление нежелательных сигналов переменного тока («шум») на линиях питания постоянного тока, питающих чувствительные цепи: (рисунок ниже)

Шум связан с паразитной емкостью и взаимной индуктивностью в «чистую» мощность постоянного тока.

Осциллограф слева показывает «чистую» мощность от источника постоянного напряжения. Однако после связи с источником шума переменного тока через паразитную взаимную индуктивность и паразитную емкость напряжение, измеренное на клеммах нагрузки, теперь представляет собой смесь переменного и постоянного тока, причем переменный ток является нежелательным.

Обычно можно ожидать, что нагрузка E _{будет в точности идентична источнику} E _{, потому что непрерывные проводники, соединяющие их, должны делать два набора точек электрически общими. Однако импеданс силового проводника позволяет двум напряжениям различаться, что означает, что величина шума может варьироваться в разных точках системы постоянного тока.}

Если мы хотим предотвратить попадание такого «шума» в нагрузку постоянного тока, все, что нам нужно сделать, это подключить фильтр нижних частот рядом с нагрузкой, чтобы заблокировать любые связанные сигналы.В своей простейшей форме это не что иное, как конденсатор, подключенный непосредственно к силовым клеммам нагрузки, при этом конденсатор имеет очень низкий импеданс по отношению к любому шуму переменного тока и замыкает его.

Такой конденсатор называется развязывающим конденсатором : (рисунок ниже)

Разделительный конденсатор, подключенный к нагрузке, фильтрует шум от источника постоянного тока.

Беглый взгляд на переполненную печатную плату (PCB) обычно показывает разбросанные повсюду развязывающие конденсаторы, обычно расположенные как можно ближе к чувствительным нагрузкам постоянного тока.

Размер конденсатора обычно составляет 0,1 мкФ или более, минимальная величина емкости, необходимая для создания достаточно низкого импеданса для короткого замыкания любого шума. Большая емкость лучше справляется с фильтрацией шума, но размер и экономика ограничивают разделительные конденсаторы скудными значениями.

ОБЗОР:

• Фильтр нижних частот позволяет легко пропускать низкочастотные сигналы от источника к нагрузке и затруднять прохождение высокочастотных сигналов.
• Индуктивные фильтры нижних частот включают индуктивность последовательно с нагрузкой; В емкостных фильтрах нижних частот резистор включен последовательно, а конденсатор — параллельно нагрузке.Первая конструкция фильтра пытается «заблокировать» нежелательный частотный сигнал, а вторая пытается его сократить.
• Частота среза для фильтра нижних частот — это частота, при которой выходное (нагрузочное) напряжение равно 70,7% входного (исходного) напряжения. Выше частоты среза выходное напряжение ниже 70,7% входного, и наоборот.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Полосовые фильтры | Фильтры | Учебник по электронике

Как создать полосовой фильтр

Существуют приложения, в которых необходимо отфильтровать конкретную полосу, или диапазон, или частоты от более широкого диапазона смешанных сигналов.Цепи фильтров могут быть спроектированы для выполнения этой задачи путем объединения свойств низких и высоких частот в одном фильтре. Результат называется полосовым фильтром .

Создание полосового фильтра из фильтра нижних и верхних частот можно проиллюстрировать с помощью блок-схем:

Блок-схема полосового фильтра системного уровня.

Разработка полосового фильтра с использованием конденсаторов

В результате последовательной комбинации этих двух схем фильтров получается схема, которая позволяет пропускать только те частоты, которые не являются ни слишком высокими, ни слишком низкими.Вот как может выглядеть типичная схема с использованием реальных компонентов. Отклик полосового фильтра показан на.

Емкостной полосовой фильтр.

 
емкостной полосовой фильтр
 v1 1 0 ac 1 грех
 г1 1 2 200
 c1 2 0 2.5u
 c2 2 3 1u
 rload 3 0 1k
 .ac lin 20 100 500
 .plot ac v (3)
 .конец
 

Пиковая характеристика емкостного полосового фильтра находится в узком частотном диапазоне.

Разработка полосового фильтра с использованием индукторов

Полосовые фильтры также могут быть сконструированы с использованием катушек индуктивности, но, как упоминалось ранее, реактивная «чистота» конденсаторов дает им конструктивное преимущество. Если бы мы разработали полосовой фильтр с использованием катушек индуктивности, он мог бы выглядеть примерно так:

Индуктивный полосовой фильтр.

Тот факт, что секция верхних частот идет «первой» в этой конструкции вместо секции нижних частот, не влияет на ее работу в целом.Он по-прежнему будет отфильтровывать слишком высокие или слишком низкие частоты.

Хотя общая идея объединения фильтров нижних и верхних частот вместе для создания полосового фильтра является разумной, она не лишена определенных ограничений.

Поскольку этот тип полосового фильтра работает, полагаясь на любую часть блока нежелательных частот, может быть трудно разработать такой фильтр, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение в желаемом частотном диапазоне.

И низкочастотная, и высокочастотная секции всегда будут в некоторой степени блокировать сигналы, и их совместное усилие в лучшем случае дает ослабленный (с уменьшенной амплитудой) сигнал, даже на пике частотного диапазона «полосы пропускания».

Обратите внимание на пик кривой в предыдущем анализе SPICE: напряжение нагрузки этого фильтра никогда не поднимается выше 0,59 вольт, хотя напряжение источника составляет полное вольт. Это ослабление сигнала становится более выраженным, если фильтр спроектирован так, чтобы быть более избирательным (более крутая кривая, более узкая полоса пропускаемых частот).

Существуют и другие методы работы с полосой пропускания без ущерба для мощности сигнала в полосе пропускания. Мы обсудим эти методы немного позже в этой главе.

ОБЗОР:

• Полосовой фильтр отсеивает слишком низкие или слишком высокие частоты, обеспечивая легкий переход только к частотам в определенном диапазоне.
• Полосовые фильтры могут быть изготовлены путем наложения фильтра нижних частот на конец фильтра верхних частот или наоборот.
• «Ослабление» означает уменьшение или уменьшение амплитуды. Когда вы уменьшаете громкость стереосистемы, вы «ослабляете» сигнал, отправляемый на динамики.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Серия фильтров

— индуктор, шунтирующий конденсатор, RC-фильтр, LC, Pi-фильтр

Схема фильтра — блок-схема

В выпрямительных схемах мы узнали о преобразовании синусоидального переменного напряжения в его соответствующее пульсирующее постоянное напряжение. Помимо составляющей постоянного тока, это пульсирующее постоянное напряжение будет иметь нежелательные составляющие переменного тока, такие как составляющие его частоты питания, а также его гармоники (вместе называемые пульсациями).Эти пульсации будут самыми высокими для однофазного полуволнового выпрямителя и будут уменьшаться в дальнейшем для однофазного двухполупериодного выпрямителя . Пульсации будут минимальными для цепей трехфазного выпрямителя . Такой источник питания бесполезен для управления сложными электронными схемами. Для большинства источников питания требуется постоянное напряжение постоянного тока, а не пульсирующий выход выпрямителя. В большинстве случаев питание от выпрямителя ухудшает работу схемы.Если выходной сигнал выпрямителя сглажен и устойчив, а затем передан в качестве напряжения питания, тогда общая работа схемы станет лучше. Таким образом, выход выпрямителя должен проходить через схему фильтра для фильтрации компонентов переменного тока.

Фильтр — это устройство, которое позволяет пропускать постоянную составляющую нагрузки и блокирует переменную составляющую на выходе выпрямителя. Таким образом, на выходе схемы фильтра будет постоянное постоянное напряжение.

Схема фильтра может состоять из комбинации таких компонентов, как конденсаторы, резисторы и катушки индуктивности.Индуктор используется из-за того свойства, что он пропускает только компоненты постоянного тока и блокирует сигналы переменного тока. Конденсатор используется для блокировки постоянного тока и пропускания переменного тока. Все комбинации и их работа подробно описаны ниже.

Индукторный фильтр серии

Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с последовательным индуктивным фильтром приведена ниже.

Фильтр индуктивности серии

Как следует из названия схемы фильтра, индуктор L включен последовательно между схемой выпрямителя и нагрузкой.Катушка индуктивности обладает свойством противодействовать изменению тока, протекающего через нее.

Другими словами, катушка индуктивности обеспечивает высокий импеданс для пульсаций и отсутствие импеданса для требуемых компонентов постоянного тока. Таким образом, компоненты пульсации будут устранены. Когда выходной ток выпрямителя превышает определенное значение, в нем накапливается энергия в виде магнитного поля, и эта энергия отдается, когда выходной ток падает ниже среднего значения. Таким образом, все внезапные изменения тока, возникающие в цепи, будут сглажены путем последовательного размещения катушки индуктивности между выпрямителем и нагрузкой.

Форма волны ниже показывает использование индуктора в цепи.

Из схемы для постоянного напряжения нулевой частоты сопротивление дросселя Ri, включенное последовательно с сопротивлением нагрузки RL, образует схему делителя напряжения, и, таким образом, постоянное напряжение на нагрузке равно

.

В = RL / (Ri + RL)

В постоянного тока — это выход двухполупериодного выпрямителя. В этом случае значение Ri пренебрежимо мало по сравнению с RL.

Эффектом более высоких гармонических напряжений можно легко пренебречь, поскольку имеет место лучшая фильтрация для высших гармонических составляющих.Это связано с тем, что с увеличением частоты увеличивается и реактивное сопротивление катушки индуктивности. Следует отметить, что уменьшение значения сопротивления нагрузки или увеличение значения тока нагрузки уменьшит количество пульсаций в цепи. Таким образом, последовательный индукционный фильтр в основном используется в случаях высокого тока нагрузки или небольшого сопротивления нагрузки. Простой последовательный индуктивный фильтр нельзя использовать должным образом. Всегда лучше использовать шунтирующий конденсатор (C) с последовательной катушкой индуктивности (L), чтобы сформировать LC-фильтр.

Фильтр шунтирующего конденсатора

Как следует из названия, в качестве фильтра используется конденсатор, и этот конденсатор высокой емкости шунтируется или помещается поперек полного сопротивления нагрузки. Этот конденсатор, помещенный напротив выпрямителя, заряжается и накапливает заряженную энергию в течение периода проводимости. Когда выпрямитель не проводит ток, эта энергия, заряженная конденсатором, возвращается в нагрузку. Благодаря этому процессу накопления и доставки энергии время, в течение которого ток протекает через нагрузочный резистор, увеличивается, а пульсации значительно уменьшаются.Таким образом, для составляющей пульсаций с частотой «f» мегагерц конденсатор «C» будет иметь очень низкий импеданс. Значение этого импеданса можно записать как:

.

Импеданс шунтирующего конденсатора = 1/2 фКл

Таким образом, компоненты постоянного тока входного сигнала вместе с несколькими остаточными компонентами пульсаций могут проходить только через сопротивление нагрузки RLoad. Большое количество составляющих пульсации тока пропускается через конденсатор C.

Теперь давайте подробно рассмотрим работу однополупериодного выпрямителя и двухполупериодного выпрямителя с конденсаторными фильтрами, их форму выходного сигнала после фильтрации, коэффициент пульсации, достоинства и недостатки.

2.1 Полупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром

Полупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром

На приведенной выше принципиальной схеме показан полуволновой выпрямитель с конденсаторным фильтром. Фильтр применяется к нагрузке RLoad. Выход RLoad — VLoad, ток через него — ILoad. Ток через конденсатор равен Ic.

Во время положительного полупериода входного переменного напряжения диод D будет смещен в прямом направлении и, таким образом, начнет проводить.В течение этого периода конденсатор «C» начинает заряжаться до максимального значения напряжения питания Vsm. Когда конденсатор полностью заряжен, он удерживает заряд до тех пор, пока входное напряжение переменного тока выпрямителя не достигнет отрицательного полупериода. Как только достигается отрицательная половина питания, диод смещается в обратном направлении и, таким образом, перестает проводить. В период непроводимости конденсатор «C» разряжает все накопленные заряды через выходное сопротивление нагрузки RLoad. Поскольку напряжение на RLoad и напряжение на конденсаторе C одинаковы (VLoad = Vc), они экспоненциально уменьшаются с постоянной времени (C * RLoad) вдоль кривой периода непроводимости.Это показано на графике ниже.

Однополупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром — Форма сигнала

Если значение постоянной времени разряда (C * RLoad) очень велико, конденсатор «C» не успеет разрядиться должным образом. Как только конденсатор начинает разряжаться, время заканчивается. Таким образом, значение RLoad во время разряда также будет высоким и иметь немного меньшее значение, чем выходное значение RLoad. Это когда положительный полупериод повторяется снова, и диод начинает проводить.На этом этапе необходимо учитывать то, что выпрямленное напряжение принимает значение больше, чем напряжение на конденсаторе. Когда это условие возникает, конденсатор начинает заряжаться до значения Vsm. Состояние снова меняется, когда отрицательный полупериод входит в темп, и весь цикл снова повторяется для формирования выходного сигнала, как показано выше. Выходной сигнал показывает почти постоянное постоянное напряжение на нагрузке и то, что выходное напряжение значительно увеличивается.

Таким образом, вкратце:

• Если значение сопротивления нагрузки велико, постоянная времени разряда будет иметь большое значение, и, таким образом, время разряда конденсаторов скоро закончится.Это снижает количество пульсаций на выходе и увеличивает выходное напряжение. Если сопротивление нагрузки мало, постоянная времени разряда будет меньше, а пульсации будут больше при уменьшении выходного напряжения.
• Значение используемого конденсатора играет важную роль в определении пульсаций на выходе и среднего уровня постоянного тока. Если емкость конденсатора высока, количество заряда, которое он может хранить, будет высоким, а количество, которое он разряжает, будет меньше. Таким образом, пульсации будут меньше, а средний уровень постоянного тока будет высоким.Но есть предел увеличения емкости. Если значение конденсатора увеличивается до очень высокого значения, величина тока, необходимого для зарядки конденсатора до заданного напряжения, будет высокой. Это значение тока зависит от производителя диода и обязательно будет ограничено определенным значением. Таким образом, существует предел увеличения емкости конденсатора в схеме фильтра шунтирующего конденсатора полуволнового выпрямителя.
• Плохое регулирование напряжения.

Коэффициент пульсации

Среднеквадратичное значение зависит от пикового значения заряда и разряда, Vpeak.

В пер. Тока, среднеквадр. = Vпик. / 2

Vpeak = Idc / fC

Коэффициент пульсаций = среднеквадратичное значение переменного тока / Vdc = (Vpeak / 2) * (1 / Idc.RLoad)

= Idc / (2 .Idc.RLoad.f.C) = 1 / (2 fCRLoad)

2.2 Двухполупериодный выпрямитель с шунтирующим конденсаторным фильтром

Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с конденсаторным фильтром показана ниже.

Двухполупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром

Конденсатор фильтра C подключается к резистивной нагрузке RLoad.Вся работа очень похожа на работу полуволнового выпрямителя с шунтирующим конденсатором, описанного выше. Единственное отличие состоит в том, что два импульса тока будут заряжать конденсатор во время чередования положительного (D1) и отрицательного (D2) полупериодов. Аналогичным образом конденсатор C разряжается дважды через RLoad в течение одного полного цикла. Это показано на диаграмме ниже.

Двухполупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром — Форма сигнала

Ток нагрузки уменьшается на меньшую величину до того, как будет получен следующий импульс, поскольку есть 2 импульса тока за цикл.Это приводит к хорошему снижению пульсаций и дальнейшему увеличению среднего постоянного тока нагрузки.

Фильтры L-C

В простой схеме фильтра шунтирующего конденсатора, описанной выше, мы пришли к выводу, что конденсатор снижает пульсации напряжения, но вызывает увеличение тока диода. Этот большой ток может повредить диод и в дальнейшем вызвать проблемы с нагревом и снизить эффективность фильтр. С другой стороны, простая последовательная катушка индуктивности снижает как пиковое, так и эффективное значение выходного тока и выходного напряжения.Затем, если мы объединим оба фильтра (L и C), можно разработать новый фильтр, называемый LC-фильтром, который будет иметь хорошую эффективность, с ограниченным током диода и достаточным коэффициентом удаления пульсаций. Стабилизирующее действие шунтирующего конденсатора по напряжению и ток сглаживающее действие последовательного индуктивного фильтра можно объединить, чтобы сформировать идеальную практичную схему фильтра.

L-C фильтры могут быть двух типов: L-образный фильтр на входе дросселя и входной фильтр конденсатора L-C

Дроссельный входной фильтр L-образного сечения

Фильтр индуктивности увеличивает коэффициент пульсаций с увеличением тока нагрузки Rload. Конденсаторный фильтр имеет коэффициент пульсаций, обратно пропорциональный сопротивлению нагрузки. С экономической точки зрения, как индуктивный, так и конденсаторный фильтры не подходят для высокопроизводительных целей

Вход индуктивности L-C или фильтр L-образного сечения состоит из катушки индуктивности «L», соединенной последовательно с полуволновым или двухполупериодным выпрямителем, и конденсатором «C» поперек нагрузки. Это устройство также называется фильтром на входе дросселя или фильтром L-образного сечения, потому что его форма напоминает перевернутую L-образную форму. Чтобы усилить сглаживающее действие с помощью схемы фильтра, одной цепи LC будет недостаточно.Для получения гладкого отфильтрованного выходного сигнала будут установлены несколько фильтров L-образного сечения. Принципиальная схема и сглаженная форма сигнала на выходе двухполупериодного выпрямителя показаны ниже.

L-C фильтр Вход индуктора L-образный фильтр

Как показано на принципиальной схеме выше, индуктор L пропускает постоянный ток, но ограничивает поток компонентов переменного тока, поскольку его сопротивление постоянному току очень мало, а полное сопротивление переменному току велико. После прохождения сигнала через дроссель, если остается какое-либо колебание тока, он будет полностью шунтирован, прежде чем он достигнет нагрузки шунтирующим конденсатором, потому что значение Xc намного меньше, чем Rload.Количество пульсаций можно значительно уменьшить, если сделать значение XL больше, чем Xc на частоте пульсаций.

Коэффициент пульсации

Коэффициент пульсаций = среднеквадратичное значение переменного тока / Vdc = (√2 / 3) (Xc / XL) = (√2 / 3) (1 / [2wc]) (1 / [2wL]) = 1 / (6√2w ² LC)

Хотя L-C фильтр обладает всеми этими преимуществами, в настоящее время он полностью устарел из-за огромных размеров индукторов и стоимости его производства. В настоящее время стабилизаторы напряжения IC чаще используются вместе с активными фильтрами, которые уменьшают пульсации и поддерживают постоянное выходное напряжение постоянного тока.

Схема входного фильтра конденсатора L-C и форма волны показаны ниже.

Π — Фильтр или входной фильтр емкости

Название «пи — фильтр» подразумевает сходство схемы с формой с двумя шунтирующими емкостями (C1 и C2) и фильтром индуктивности «L». Поскольку выход выпрямителя подается непосредственно на конденсатор, он также называется конденсаторным входным фильтром.

Выход выпрямителя сначала подается на шунтирующий конденсатор C. Используемый выпрямитель может быть полуволновым или двухполупериодным, а конденсаторы обычно электролитические, даже если они имеют большие размеры.На практике две емкости заключены в металлический контейнер, который действует как общая земля для двух конденсаторов. Принципиальная схема и форма сигнала приведены ниже.

L-C фильтр-конденсатор входной фильтр

По сравнению с другими типами фильтров, Π-фильтр имеет некоторые преимущества, такие как более высокое напряжение постоянного тока и меньший коэффициент пульсаций. Но у него также есть некоторые недостатки, такие как плохое регулирование напряжения, высокий пиковый ток диода и высокое пиковое обратное напряжение.

Этот фильтр разделен на два — конденсаторный фильтр и L-образный фильтр.Конденсатор C1 выполняет большую часть фильтрации в цепи, а оставшиеся пульсации удаляются L-образным фильтром (L-C2). C1 выбран для обеспечения очень низкого реактивного сопротивления на частоту пульсаций. Регулировка напряжения для этой схемы плохая, так как выходное напряжение быстро падает с увеличением тока нагрузки.

Коэффициент пульсации

Коэффициент пульсации = √2 / (8 Вт ³ C1C2LRload)

Фильтр R-C

О недостатках использования пи-фильтра мы уже говорили.Основная причина всех этих недостатков — использование индуктора в схеме фильтра. Если мы используем последовательно сопротивление вместо индуктора в качестве фильтра, эти недостатки можно преодолеть. Таким образом, схема называется фильтром R-C. В этой схеме пульсации должны падать на сопротивлении R, а не на сопротивлении нагрузки RL. Для этого значение RL поддерживается намного большим, чем значение реактивного сопротивления конденсатора C2 (XC2). Это означает, что каждая секция снижает пульсацию как минимум в 10 раз.

R-C Filter

Хотя схема сводит на нет некоторые недостатки пи-фильтра, сама схема также имеет некоторые проблемы. Фильтр имеет очень плохую стабилизацию напряжения. На сопротивлении R наблюдается большое падение напряжения. В цепи также выделяется много тепла, которое необходимо отводить с помощью достаточной и адекватной вентиляции. Таким образом, фильтр подходит только для цепей с малым током нагрузки или большим сопротивлением нагрузки.

Проектирование и расчеты схемы простого LC фильтра верхних частот »Электроника

Соображения по конструкции, схема и формулы для базового 3-полюсного LC-фильтра верхних частот для ВЧ-приложений.

Фильтр постоянного K Включает:
Фильтр постоянного k
Простая конструкция LC LPF
Конструкция LC HPF
Конструкция полосового фильтра LC

Основы фильтра включают: :
RF фильтры — основы
Характеристики фильтра
Основы проектирования ВЧ-фильтров
Конструкция фильтра высоких и низких частот
Постоянный k-фильтр
Фильтр Баттерворта
Чебычевский фильтр
Фильтр Бесселя
Эллиптический фильтр

Фильтры верхних частот, и в частности LC фильтры верхних частот, используются во многих радиочастотных приложениях, где они блокируют более низкие частоты и пропускают более высокочастотные сигналы.

Хотя LC фильтры верхних частот не так широко используются, как фильтры нижних частот, они используются во многих областях проектирования радиочастот, чтобы удалить нежелательные сигналы и пропустить полезные.

Обычно LC-фильтры используются для более высоких радиочастот, где активные фильтры не так удобны, а катушки индуктивности более подходят. В низкочастотных конструкциях, как правило, не используются индукторы, так как активные конструкции более распространены, а индукторы могут стать большими и дорогими.

Топологии фильтра верхних частот

Фильтры верхних частот с использованием ЖК-компонентов, т.е.е. катушки индуктивности и конденсаторы или даже резисторы и конденсаторы могут быть скомпонованы в простой пи- или Т-схеме. Как следует из названия, основной элемент π-сети имеет один последовательный конденсатор, а с обеих сторон от него находится индуктор, подключенный к земле. Дополнительные элементы сети могут быть включены в каскад, если требуется более высокая скорость спада.

Топология 3-полюсного π LC-фильтра верхних частот ВЧ

Аналогично, сетевой фильтр верхних частот T имеет одну индуктивность, соединенную с землей, и с каждой стороны имеется последовательно включенный конденсатор.Как и в случае сети с π-секциями, дополнительные элементы могут быть соединены каскадом для улучшения характеристик спада.

Топология 3-полюсного ВЧ-фильтра верхних частот T LC

Таким образом, эти фильтры пропускают высокочастотные сигналы и отклоняют низкочастотные сигналы. Эти фильтры могут использоваться в приложениях, где есть нежелательные сигналы в полосе частот ниже частоты среза, и необходимо пропустить полезные сигналы в полосе выше частоты среза фильтра.

Конструкция LC-фильтра высоких частот

Существует множество различных вариантов фильтров, которые могут использоваться в зависимости от требований с точки зрения пульсации в полосе, скорости, с которой достигается окончательный спад и т. Д.Используемый здесь тип — константа-k, и это дает некоторые управляемые уравнения:

Сечение π может быть вычислено из приведенных ниже уравнений и с использованием множителей, показанных на диаграмме, то есть 2L и C.

3-полюсный Π ЖК-фильтр верхних частот

Фильтр верхних частот с Т-образным сечением может быть спроектирован с использованием приведенных ниже уравнений для расчета L и C, но обратите внимание, что диаграмма показывает, что это необходимо масштабировать, поскольку для данной проектной конфигурации требуются 2C и L.

3-полюсный ВЧ-фильтр верхних частот T LC

Значения C и L, используемые в двух конструктивных конфигурациях LC-фильтра верхних частот, можно рассчитать с помощью приведенных ниже уравнений.

L = Z04 π fc Генри

C = 14 Z0 π fc Фарад

Fc = 14 π L C Герц

Где
Z ₀ = характеристическое сопротивление в Ом
C = Емкость в Фарадах
L = Индуктивность в Генри
f _c = Частота среза в Герцах

Меры предосторожности при проектировании и изготовлении фильтров

Существует несколько рекомендаций, советов и подсказок, которые можно включить в конструкцию и конструкцию фильтра высоких частот, чтобы гарантировать, что он соответствует требованиям конструкции и максимально приближен к теоретическим характеристикам.

• Каскадирование секций фильтра для лучшего затухания: Чтобы обеспечить больший наклон или спад в фильтре высоких частот, можно каскадировать несколько секций фильтра. При этом фильтрующие элементы из соседних секций можно комбинировать. Например, если два Т-образных фильтра соединены каскадом, и каждая Т-образная секция имеет индуктор 1 мкГн в каждой ветви Т, их можно объединить в смежных секциях и использовать индуктор 2 мкГн.
• Используйте компоненты с жесткими допусками: Выбор компонентов для любого фильтра, и в данном случае для фильтра верхних частот, важен.Следует использовать компоненты с жесткими допусками, чтобы гарантировать получение требуемых характеристик. Также необходимо проверить температурную стабильность, чтобы убедиться, что компоненты фильтра не изменяются значительно в зависимости от температуры, что приводит к изменению рабочих характеристик.
• Расположение фильтра: Следует соблюдать осторожность при расположении фильтра, особенно когда фильтр используется для высоких частот. Емкостная и индуктивная связь являются основными элементами, которые ухудшают характеристики фильтра. Соответственно, вход и выход фильтра должны быть разделены. Следует использовать короткие провода и дорожки. Компоненты из соседних секций фильтра должны быть разнесены. При необходимости используются экраны, а на входе и выходе используются качественные разъемы и коаксиальный кабель, если применимо.

Эта конструкция обеспечивает простой и управляемый способ реализации ЖК-фильтра верхних частот. С помощью простых уравнений можно рассчитать и реализовать проект.

Другие важные темы по радио:
Радиосигналы
Типы и методы модуляции
Амплитудная модуляция
Модуляция частоты
OFDM
ВЧ микширование
Петли фазовой автоподстройки частоты
Синтезаторы частот
Пассивная интермодуляция
ВЧ аттенюаторы
RF фильтры
Радиочастотный циркулятор
Типы радиоприемников
Радио Superhet
Избирательность приемника
Чувствительность приемника
Обработка сильного сигнала приемника
Динамический диапазон приемника

Вернуться в меню тем радио.. .

Что такое схема фильтра

Что такое цепь фильтра

Для получения чистого постоянного тока действительно требуется выпрямитель. источник питания для использования в различных местах электронных схем. Однако выход выпрямителя пульсирует. Это означает, что он содержит как компонент переменного тока, так и постоянный ток. компонент. Если такой пульсирующий постоянный ток применен в цепи электроники, он будет издавать гул. Так что переменный ток Компонент пульсирующего выпрямителя на выходе нежелателен и должен находиться вдали от нагрузки.Для этого используется схема фильтра, удаляющая переменный ток. компонент и допускает только постоянный ток. компонент .

Схема фильтра — это устройство, удаляющее переменный ток. компонент выхода выпрямителя и допускает только постоянный ток. компонент для достижения нагрузки.

Схема фильтра установлена ​​между выпрямителем и нагрузкой, как показано на рис.1 (i)

Рис. 1 (i)

Выход выпрямителя Pure D.C. Результат

Рис.1 (ii)

Схема фильтра обычно представляет собой комбинацию катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C). Фильтрующее действие L и C зависит от основных электрических принципов. Конденсатор C пропускает переменный ток. легко, но не проходит постоянный ток. вообще. С другой стороны, индуктор L противостоит переменному току. но допускает постоянный ток. пройти через это. Следовательно, подходящая сеть из L и C может эффективно удалить переменный ток. компонент и допускает только постоянный ток. компонент для достижения нагрузки.

Типы фильтровальных схем

Три наиболее часто используемых схемы фильтра:

1. Фильтр конденсатора
2. Входной фильтр дросселя
3. Конденсаторный входной фильтр или π-фильтр

Конденсаторный фильтр

Принципиальная схема типичного конденсаторного фильтра показана на рис.Форма сигнала на входе и выходе показана на рисунках 2 (ii) и 2 (iii) соответственно.

Рис.2 (i)

Рис. 2 (ii)

Рис.2 (iii)

Схема конденсаторного фильтра состоит из конденсатора C, установленного на выходе выпрямителя параллельно с сопротивлением нагрузки R _L . Пульсирующий постоянный ток. Выход выпрямителя подается на конденсатор.

По мере увеличения выходного напряжения выпрямителя он заряжает конденсатор, а также подает ток на нагрузку.В конце четверти цикла, то есть в точке A на рисунке 2 (iii), конденсатор заряжается до пикового значения напряжения выпрямителя, то есть V _m .

Когда напряжение выпрямителя теперь начинает уменьшаться, конденсатор разряжается через нагрузку, и напряжение на нем уменьшается. Таким образом, напряжение на R _L также уменьшается. Это показано линией AB на рис. 2 (iii).

Напряжение на нагрузке снизится лишь незначительно, потому что сразу же наступит следующий пик напряжения и перезарядит конденсатор.

Этот процесс повторяется снова и снова, и форма волны выходного напряжения становится ABCDEFG, как показано на рис. 2 (iii).

Мы видим, что на выходе остается очень небольшая рябь.

Выходное напряжение также выше, так как оно остается практически вблизи пикового значения выходного напряжения выпрямителя.

Преимущества конденсаторного фильтра

1. Схемы конденсаторных фильтров чрезвычайно популярны из-за своей невысокой стоимости.
2. Эти фильтры очень маленького размера.
3. Имеет небольшой вес.
4. Обладает хорошими характеристиками.

Для малых токов нагрузки до 50 мА этот тип фильтра является предпочтительным. Он обычно используется в элиминаторах транзисторных батарей радиоприемников.

Дроссельный входной фильтр

На рисунке 3 (i) показана типичная схема входного фильтра дросселя. Выход выпрямителя, который используется в качестве входа для входного фильтра дросселя, показан на рисунке 3 (ii), а выход этой схемы фильтра показан на рисунке 3. (iii).

Рис.3 (i)

Рис. 3 (ii)

Рис.3 (iii)

Схема входного фильтра дросселя состоит из дросселя L, включенного последовательно с выходом выпрямителя, и конденсатора фильтра C, который подключен через сопротивление нагрузки R _L . Здесь, на рис. 3 (i), показана только одна секция фильтра. Но обычно используются несколько одинаковых секций, чтобы максимально эффективно уменьшить пульсации.

Пульсирующий выходной сигнал выпрямителя подается на клеммы 1 и 2 схемы фильтра.

Этот пульсирующий выход содержит как переменный ток. и d.c. компонент.

Как известно, дроссель L имеет высокое сопротивление прохождению переменного тока. компонент и передает постоянный ток. компонент легко.

Так что большая часть переменного тока компонент появляется на дросселе L, в то время как весь постоянный ток Компонент проходит через штуцер L по пути к нагрузке.

Это приводит к уменьшению пульсации на выводе 3, так как большая часть переменного тока Компонент теперь заблокирован заслонкой L.

На выводе 3 выход выпрямителя содержит d.c. компонент и оставшаяся часть переменного тока. компонент, который проходит через штуцер L.

Теперь конденсатор фильтра пропускает переменный ток. компонент, но противостоит постоянному току. компонент, чтобы течь через него.

Следовательно, только постоянный ток компонент достигает нагрузки R _L .

Входной конденсаторный фильтр или π-фильтр

На рис.4 (i) показана принципиальная схема типичного конденсаторного входного фильтра или π-фильтра. На рис.4 (ii) показан выход выпрямителя, который используется как вход фильтра, и форма выходного сигнала фильтра.

Рис.4 (i)

Рис.4 (ii)

Как мы можем видеть на Рис. 4 (i), форма принципиальной схемы этой схемы фильтра выглядит как π, поэтому она также известна как π-фильтр.

В этой схеме конденсатор фильтра C ₁ подключен к выходу выпрямителя.

Дроссель L включен последовательно, а другой конденсатор фильтра C ₂ подключен к нагрузке.

Здесь отображается только одна секция фильтра, но чаще всего используется несколько идентичных секций для улучшения сглаживающего действия.

Пульсирующий выходной сигнал выпрямителя подается на входные клеммы 1 и 2 фильтра.

Фильтрующее действие трех компонентов, то есть C ₁ , L и C ₂ фильтра, описано ниже.

Конденсатор фильтра C ₁ обеспечивает низкое реактивное сопротивление переменному току. компонент выхода выпрямителя, предлагая бесконечное реактивное сопротивление постоянному току. компонент. Следовательно, конденсатор C ₁ обходит значительную часть a.c. компонент, в то время как постоянный ток Компонент продолжает свой путь к штуцеру L.

Дроссель L имеет высокое реактивное сопротивление переменному току.