Ogólna zasada budowy pasywnych filtrów LC (LPF i HPF)
Gdy konieczne jest tłumienie w obwodzie prądów przemiennych o określonym spektrum częstotliwości, ale jednocześnie skuteczne przepuszczanie prądów o częstotliwościach powyżej lub poniżej tego widma, przydatny może być pasywny filtr LC na elementach reaktywnych - filtr dolnoprzepustowy na filtr dolnoprzepustowy (w razie potrzeby efektywne przejście oscylacji o częstotliwości poniżej nastawionej) lub filtr górnoprzepustowy HPF (w razie potrzeby efektywne przejście oscylacji o częstotliwości wyższej niż nastawiona).
Zasada budowy tych filtrów opiera się na właściwościach cewek indukcyjnych i kondensatorów, aby inaczej zachowywały się w obwodach prądu przemiennego.
Powszechnie wiadomo, że rezystancja indukcyjna cewki jest wprost proporcjonalna do częstotliwości przepływającego przez nią prądu, dlatego im wyższa częstotliwość prądu przepływającego przez cewkę, tym większa reaktywność wyświetla ten prąd, to znaczy bardziej spowalnia prądy przemienne przy wyższych częstotliwościach i łatwiej przepuszcza prądy przy niższych częstotliwościach.
Skraplacz — przeciwnie, im wyższa częstotliwość prądu, tym łatwiej ten prąd przemienny przenika przez niego, a im niższa częstotliwość prądu, tym większą przeszkodą dla prądu jest ten kondensator. Schematycznie filtry dolnoprzepustowy i górnoprzepustowy mają kształt litery L, T i U (wielozłączowe).
Filtr LC w kształcie litery L
Filtr w kształcie litery L jest elementarnym filtrem elektronicznym składającym się z cewki o indukcyjności L i kondensatora o pojemności C. Charakterystyka częstotliwościowa takiego obwodu zależy od kolejności połączenia dwóch elementów (L i C) względem punktu, w którym stosowany jest przefiltrowany sygnał i do wartości L i C ...
W praktyce wartości L i C dobiera się tak, aby ich reaktancja w zakresie częstotliwości pracy była około 100 razy mniejsza od rezystancji obciążenia, w celu znacznego zmniejszenia wpływu manewrowania tej ostatniej na odpowiedź częstotliwościową filtra .
Częstotliwość, przy której amplituda sygnału doprowadzanego do filtra spada do 0,7 jego pierwotnej wartości, nazywana jest częstotliwością odcięcia. Idealny filtr ma strome odchylenie pionowe.
Tak więc, w zależności od kolejności podłączenia cewki indukcyjnej L i kondensatora C względem źródła sygnału i szyny neutralnej, otrzymujemy filtr górnoprzepustowy - HPF lub filtr dolnoprzepustowy - LPF.
W rzeczywistości obwody te są dzielnikami napięcia, aw ramionach dzielnika zainstalowane są elementy bierne, których rezystancja na prąd przemienny zależy od częstotliwości.
Tutaj możesz łatwo obliczyć spadek napięcia w każdym z elementów filtra, biorąc pod uwagę, że przy częstotliwości odcięcia spadek napięcia na wyjściu filtra powinien być równy 0,7 amplitudy napięcia wejściowego.Oznacza to, że stosunek między odczynnikami powinien wynosić 0,3 / 0,7 - na podstawie tego stosunku obliczany jest separator składający się na filtr.
Gdy obwód obciążenia jest otwarty, w filtrach dolnoprzepustowych, gdy częstotliwość sygnału wejściowego przekracza częstotliwość rezonansową obwodu LC filtra, amplituda sygnału wyjściowego zaczyna gwałtownie spadać. W filtrach górnoprzepustowych, gdy częstotliwość sygnału wejściowego spada poniżej częstotliwości rezonansowej obwodu LC filtra, amplituda sygnału wyjściowego również zaczyna spadać. W praktyce filtry LC nie są używane jako takie bez obciążenia.
Filtr LC w kształcie litery T
Aby osłabić działanie bocznikowe filtra na czułe obwody podłączone za nim, stosuje się filtry w kształcie litery T. Tutaj dodatkowy element reaktywny jest dodawany do połączenia L, po stronie jego wyjścia.
Pojemność lub indukcyjność obliczona praktycznie dla filtra LC w kształcie litery L jest zastępowana szeregowym połączeniem pary identycznych elementów tak, aby ich całkowita rezystancja była równa obliczonemu elementowi, który jest zastępowany przez tę parę (wkładają dwie połówki indukcyjności lub dwa kondensatory o dwukrotnie większej pojemności).
Filtr LC w kształcie litery U
Dodając dodatkowy element do połączenia w kształcie litery L, ale nie z tyłu, ale z przodu, uzyskuje się filtr w kształcie litery U. Ten obwód bardziej obciąża źródło wejściowe. Tutaj dodany element to połowa obliczonej pojemności dla połączenia L (która jest po prostu podzielona na dwa elementy pojemnościowe) lub dwukrotność wartości indukcyjności uzyskiwanej teraz przez równoległe połączenie dwóch cewek.
Im więcej połączeń znajduje się w filtrze, tym dokładniejsze będzie filtrowanie.W rezultacie największa amplituda obciążenia będzie miała częstotliwość, która dla tego filtru będzie najbliższa jego częstotliwości rezonansowej (warunkiem jest, aby składowa indukcyjna połączenia była równa tej częstotliwości składowej pojemnościowej), reszta widmo zostanie stłumione.
Zastosowanie filtrów wielopoziomowych umożliwia bardzo precyzyjne odseparowanie sygnału o żądanej częstotliwości od sygnału zaszumionego. Nawet jeśli amplituda przy częstotliwości odcięcia jest stosunkowo mała, reszta zakresu zostanie stłumiona przez ogólny efekt zaczepów filtra.