Електрични филтери — дефиниција, класификација, карактеристике, главни типови

Индустријски извори енергије пружају практичне криве синусног напона… Истовремено, у великом броју случајева, наизменичне струје и напони, који су периодични, оштро се разликују од хармонијских.

Електрични филтери се могу користити за изглађивање таласа напона у исправљачима, демодулаторима који претварају амплитудно модулисане високофреквентне осцилације у релативно споре промене напона сигнала и другим сличним уређајима.

У најједноставнијем случају, можете се ограничити на серијску везу са оптерећењем индуктори, чији отпор расте са повећањем хармонијског реда и релативно је мали за нискофреквентне осцилације и још више за константну компоненту. Ефикасније је користити филтере у облику слова У, Т и Л.

Основне дефиниције и класификација електричних филтера

Селективност филтера је његова способност да изабере одређени опсег фреквенција својствених корисном сигналу из читавог фреквентног спектра струја које улазе на његов улаз.

Да би постигао добру селективност, филтер мора да пропушта струје на фреквенцијама својственим жељеном сигналу са минималним слабљењем и да има максимално слабљење за струје на свим другим фреквенцијама. У складу са овим филтером може се дати следећа дефиниција.

Електричним филтером се назива четворополни уређај који преноси струје у одређеном фреквентном опсегу са малим слабљењем (пропусност), а струје са фреквенцијама изван овог опсега — са великим слабљењем или, како се обично каже, не пролази (не- опсег преноса).

Према структури кола, филтери се деле на ланчане (колоне) и премосне филтере. Ланчани филтери су филтери направљени према Т-, П- и Л-обликованим мостовима. Премосни филтери су филтери направљени на мосном колу.

У зависности од природе елемената, филтери се деле на:

• ЛЦ — елементи од којих су индуктивност и капацитивност;

• РЦ — чији су елементи активни отпори и капацитети;

• резонатор — чији су елементи резонатори.

Према присуству извора енергије у кругу филтера, они се деле на:

• пасивни — не садрже изворе енергије у колу;

• активни — који садржи изворе енергије у колу у облику лампе или кристалног појачала; понекад се називају филтери активних елемената.

За потпуну карактеризацију перформанси филтера, неопходно је познавати његове електричне карактеристике, које укључују фреквентне зависности слабљења, померања фазе и карактеристичне импедансе.

Најбољи је филтер који са минималним бројем елемената има:

• максимална стрмина карактеристике пригушења;

• високо слабљење у не-предајном опсегу;

• минимално и константно слабљење у пропусном опсегу;

• максимална константност карактеристичне импедансе у пропусном опсегу;

• линеарни фазни одзив;

• могућност лаког и глатког подешавања фреквенцијског опсега и његове ширине;

• постојаност карактеристика које не зависе од: напона (струја) који делују на улаз филтера, температуре и влажности околине, као и утицаја спољашњих електричних и магнетних сметњи;

• способност рада у различитим фреквентним опсезима;

• величина, тежина и цена филтера морају бити сведени на минимум.

Нажалост, не постоји један елементарни тип филтера чије карактеристике испуњавају све ове захтеве. Због тога се, у зависности од специфичних услова, користе такви типови филтера, чије карактеристике најбоље одговарају техничким захтевима. Веома често је потребно применити филтере на сложена кола која се састоје од елементарних веза различитих типова.

Најчешћи типови филтера

На сл. На слици 1 приказан је дијаграм једноставног филтера у облику слова Л са индуктором Л и кондензатором Ц повезаним између пријемника рпр и исправљача В.

Наизменичне струје на свим фреквенцијама сусрећу значајан отпор индуктора, а паралелно спојени кондензатор пропушта заостале високофреквентне струје дуж паралелне гране. Ово значајно смањује таласе напона у оптерећењу. рНС.

Могу се користити и филтери који се састоје од две или више сличних веза. Понекад се уместо индуктора користе једноставни филтери са отпорницима.

Пиринач. 1.Најједноставнији глатки електрични филтер у облику слова Л

Напреднији су резонантни филтери које користе феномени резонанције.

Када су индуктор и кондензатор спојени у серију, када је фвЛ = 1 / (квВ), коло ће имати највећу проводљивост (активно) на фреквенцији фв и прилично високу проводљивост у фреквенцијском опсегу близу резонанције. Ово коло је једноставан појасни филтер.

Када су индуктор и кондензатор спојени паралелно, такво коло ће имати најнижу проводљивост на резонантној фреквенцији и релативно ниску проводљивост у фреквенцијском опсегу близу резонантне фреквенције. Такав филтер је филтер за блокирање за одређени фреквентни опсег.

Да би се побољшале перформансе једноставног пропусног филтера, могуће је користити шему (слика 2) у којој су индуктор и кондензатор повезани паралелно један са другим паралелно са пријемником. Такво коло је такође подешено у резонанцији са фреквенцијом коза и представља веома висок отпор за струје у изабраном фреквентном опсегу и много мањи отпор за струје других фреквенција.

Пиринач. 2. Шема једноставног пропусног филтера

Сличан филтер се може користити у модулаторима који производе модулисане осцилације на одређеној фреквенцији. На модулатор М се примењује нискофреквентни сигнални напон Уц који се претвара у модулисане високофреквентне осцилације, а филтер одваја напон од потребне фреквенције која се доводи до оптерећења рНС.

Претпоставимо, на пример, да несинусоидна наизменична струја тече кроз коло и да веома велике струје трећег и петог хармоника треба да буду елиминисане из криве струје пријемника.Затим ћемо наизменично укључити два кола подешена на резонанцију за трећи и пети хармоник у колу (слика 3, а).

Импеданса леве линије подешена на резонанцију за фреквенцију од 3в биће веома велика за ту фреквенцију и мала за све остале хармонике; сличну улогу има и десно коло подешено на резонанцију за фреквенцију 5в... Дакле, струјна крива улазног пријемника скоро да неће садржати трећи и пети хармоник (сл. 3, б), који ће бити потиснути филтер.

Пиринач. 3. Шема са серијски повезаним резонантним колима подешеним на резонанцију за трећи и пети хармоник: а — шема кола; б — криве напона и кола и струје инп пријемника

Пиринач. 4. Крива излазног напона пропусног филтера

У неким случајевима се изводе софистициранији банд-пасс филтери, као и филтери за одсецање који пропуштају или не пропуштају осцилације почевши од одређене фреквенције. Такви филтери се састоје од прикључака у облику слова Т или У.

Принцип рада филтера је да се у фреквентном опсегу фреквенција, на пример, пропусни филтер, резонанција јавља на н + 1 фреквенцијама, где је н број веза. Крива Уоут = ф (в) за такав филтер састављен од три везе приказана је на Сл. 4. Резонанција се јавља на фреквенцијама в1,в2, в3 и в4.

Погледајте и на ову тему: Филтери за напајање иУлазни и излазни филтери за фреквентне претвараче