Γενική αρχή κατασκευής παθητικών φίλτρων LC (LPF και HPF)
Όταν είναι απαραίτητο να καταστείλουμε εναλλασσόμενα ρεύματα με ένα ορισμένο φάσμα συχνοτήτων στο κύκλωμα, αλλά ταυτόχρονα να διέρχονται αποτελεσματικά ρεύματα με συχνότητες πάνω ή κάτω από αυτό το φάσμα, ένα παθητικό φίλτρο LC σε αντιδραστικά στοιχεία μπορεί να είναι χρήσιμο - ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης στο ένα χαμηλοπερατό φίλτρο (εάν είναι απαραίτητο αποτελεσματικό πέρασμα ταλαντώσεων με συχνότητα κάτω από το σετ) ή υψιπερατό φίλτρο HPF (εάν είναι απαραίτητο, αποτελεσματικό πέρασμα ταλαντώσεων με συχνότητα μεγαλύτερη από την καθορισμένη).
Η αρχή κατασκευής αυτών των φίλτρων βασίζεται στις ιδιότητες των επαγωγέων και των πυκνωτών να συμπεριφέρονται διαφορετικά στα κυκλώματα AC.
Είναι γνωστό ότι η επαγωγική αντίσταση πηνία είναι ευθέως ανάλογη με τη συχνότητα του ρεύματος που το διαρρέει, επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο, τόσο μεγαλύτερη αντιδραστικότητα εμφανίζει αυτό το ρεύμα, δηλαδή επιβραδύνει περισσότερο τα εναλλασσόμενα ρεύματα σε υψηλότερες συχνότητες και περνάει πιο εύκολα ρεύματα σε χαμηλότερες συχνότητες.
Συμπυκνωτής — αντίθετα, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του ρεύματος, τόσο πιο εύκολα διαπερνά αυτό το εναλλασσόμενο ρεύμα και όσο μικρότερη είναι η συχνότητα του ρεύματος, τόσο μεγαλύτερο είναι το εμπόδιο στο ρεύμα αυτός ο πυκνωτής. Σχηματικά, τα φίλτρα χαμηλής διέλευσης και υψηλής διέλευσης είναι σχήματος L, σχήματος Τ και σχήματος U (πολλαπλών συνδέσεων).
Φίλτρο LC σε σχήμα L
Το φίλτρο σχήματος L είναι ένα στοιχειώδες ηλεκτρονικό φίλτρο που αποτελείται από ένα πηνίο επαγωγής L και έναν πυκνωτή χωρητικότητας C. Η απόκριση συχνότητας ενός τέτοιου κυκλώματος εξαρτάται από τη σειρά σύνδεσης δύο στοιχείων (L και C) σε σχέση με το σημείο όπου εφαρμόζεται ένα φιλτραρισμένο σήμα και στις τιμές των L και C ...
Στην πράξη, οι τιμές των L και C επιλέγονται έτσι ώστε η αντίδρασή τους στο εύρος συχνοτήτων λειτουργίας να είναι περίπου 100 φορές μικρότερη από την αντίσταση φορτίου, προκειμένου να μειωθεί σημαντικά η επίδραση ελιγμών της τελευταίας στην απόκριση συχνότητας ενός φίλτρου. .
Η συχνότητα στην οποία το πλάτος του σήματος που εφαρμόζεται στο φίλτρο πέφτει στο 0,7 της αρχικής του τιμής ονομάζεται συχνότητα αποκοπής. Ένα ιδανικό φίλτρο έχει απότομη κατακόρυφη απόκλιση.
Έτσι, ανάλογα με τη σειρά σύνδεσης του επαγωγέα L και του πυκνωτή C σε σχέση με την πηγή σήματος και τον ουδέτερο δίαυλο, λαμβάνετε ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης - HPF ή ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης - LPF.
Στην πραγματικότητα, αυτά τα κυκλώματα είναι διαιρέτες τάσης και αντιδρώντα στοιχεία εγκαθίστανται στους βραχίονες του διαιρέτη, του οποίου η αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα εξαρτάται από τη συχνότητα.
Εδώ μπορείτε εύκολα να υπολογίσετε την πτώση τάσης σε καθένα από τα στοιχεία του φίλτρου, λαμβάνοντας υπόψη ότι στη συχνότητα αποκοπής, η πτώση τάσης στην έξοδο του φίλτρου πρέπει να είναι ίση με το 0,7 του πλάτους της τάσης εισόδου.Αυτό σημαίνει ότι η αναλογία μεταξύ των αντιδραστηρίων πρέπει να είναι 0,3 / 0,7 - με βάση αυτή την αναλογία, υπολογίζεται ο διαχωριστής που αποτελεί το φίλτρο.
Όταν το κύκλωμα φορτίου είναι ανοιχτό, στα φίλτρα χαμηλής διέλευσης, όταν η συχνότητα του σήματος εισόδου υπερβαίνει τη συχνότητα συντονισμού του κυκλώματος LC του φίλτρου, το πλάτος της εξόδου αρχίζει να μειώνεται απότομα. Στα υψηλοπερατά φίλτρα, όταν η συχνότητα του σήματος εισόδου πέφτει κάτω από τη συχνότητα συντονισμού του κυκλώματος LC του φίλτρου, το πλάτος της εξόδου αρχίζει επίσης να πέφτει. Στην πράξη, τα φίλτρα LC δεν χρησιμοποιούνται ως έχουν χωρίς φορτίο.
Φίλτρο LC σε σχήμα Τ
Για την αποδυνάμωση της επίδρασης διακλάδωσης του φίλτρου στα ευαίσθητα κυκλώματα που συνδέονται πίσω από αυτό, χρησιμοποιούνται φίλτρα σχήματος Τ. Εδώ, ένα επιπλέον αντιδραστικό στοιχείο προστίθεται στη σύνδεση L, στο πλάι της εξόδου της.
Η χωρητικότητα ή η αυτεπαγωγή που πρακτικά υπολογίζεται για το φίλτρο LC σχήματος L αντικαθίσταται από τη σειριακή σύνδεση ενός ζεύγους πανομοιότυπων στοιχείων έτσι ώστε η συνολική τους αντίσταση να είναι ίση με το υπολογισμένο στοιχείο που αντικαθίσταται από αυτό το ζεύγος (βάζουν δύο μισά επαγωγικά ή δύο πυκνωτές, οι οποίοι είναι δύο φορές μεγαλύτεροι σε χωρητικότητα).
Φίλτρο LC σε σχήμα U
Με την προσθήκη ενός επιπλέον στοιχείου στη σύνδεση σχήματος L, αλλά όχι στο πίσω μέρος, αλλά στο μπροστινό μέρος, προκύπτει ένα φίλτρο σε σχήμα U. Αυτό το κύκλωμα πολώνει περισσότερο την πηγή εισόδου. Εδώ το στοιχείο που προστίθεται είναι το μισό της υπολογιζόμενης χωρητικότητας για τη σύνδεση L (η οποία απλώς χωρίζεται σε δύο χωρητικά στοιχεία) ή διπλάσια από την τιμή της επαγωγής που λαμβάνεται τώρα με τη σύνδεση δύο πηνίων παράλληλα.
Όσο περισσότερες συνδέσεις υπάρχουν στο φίλτρο, τόσο πιο ακριβές θα είναι το φιλτράρισμα.Ως αποτέλεσμα, το υψηλότερο πλάτος του φορτίου θα έχει τη συχνότητα που για αυτό το φίλτρο θα είναι πλησιέστερα στη συχνότητα συντονισμού του (η προϋπόθεση είναι ότι η επαγωγική συνιστώσα της σύνδεσης είναι ίση με αυτή τη συχνότητα της χωρητικής συνιστώσας), το υπόλοιπο το φάσμα θα κατασταλεί.
Η χρήση φίλτρων πολλαπλών επιπέδων καθιστά δυνατό τον ακριβή διαχωρισμό του σήματος της επιθυμητής συχνότητας από το θορυβώδες σήμα. Ακόμα κι αν το πλάτος στη συχνότητα αποκοπής είναι σχετικά μικρό, το υπόλοιπο εύρος θα καταστέλλεται από τη γενική επίδραση των κρουνών φίλτρου.