Електричні фільтри

Промислові джерела енергії забезпечують фактично синусоїдальні криві конфігурації напруги. Разом з тим в ряді випадків змінні струми і напруги, будучи повторюваними, різко відрізняються від гармонійних.

Електронні фільтри можуть застосовуватися для згладжування пульсацій напруги випрямлячів, демодуляторів, які конвертують модульовані по амплітуді коливання високої частоти в щодо неспішні конфігурації напруги сигналу, і в інших схожих пристроях.

У найпростішому випадку можна обмежитися включенням по черзі з навантаженням котушки індуктивності, опір якої зростає зі зростанням порядку гармонійної і порівняно невелика для низькочастотних коливань, і тим паче для постійної складової. Найбільш ефективно застосування П-образних, Т-образних і Г-образних
фільтрів.

На рис. 1 показана схема звичайного Г-образного фільтра з котушкою індуктивності L і конденсатором С, включеними між приймачем
Rпр і випрямлячем В. Змінні струми всіх частот зустрічають істотний опір котушки індуктивності, а включений паралельно конденсатор пропускає по паралельній гілки залишкові струми високих частот. Завдяки цьому істотно зменшуються пульсації напруги на навантаженні
Rпр. Можуть застосовуватися і фільтри, що складаються з 2-ух і більш схожих ланок. Час від часу вживаються полегшені фільтри з резисторами замість котушок індуктивності.

Мал. 1. Простий згладжує Г-подібний електронний фільтр

Більш досконалими є резонансні фільтри, в яких використовуються явища резонансу.
При почерговому з`єднанні котушки індуктивності і конденсатора, коли fωL = 1 / (кωС), ланцюг буде мати найбільшу провідність (активну) при частоті fω і досить високі провідності в смузі частот, близьких до резонансної. Така ланцюг є звичайним смуговим фільтром. При паралельному з`єднанні котушки індуктивності і конденсатора такий ланцюг буде мати меншу провідність при резонансній частоті і відносно малі провідності в смузі частот, близьких до резонансної. Такий фільтр є загороджувальним для якоїсь смуги частот.

Для поліпшення якості звичайного смугового фільтра можна використовувати схему (рис.
2), в якій паралельно приймачу включені паралельно один одному котушка індуктивності і конденсатор. Така ланцюг налаштована також в резонанс на частоту кіз і представляє дуже великий опір для струмів обраної смуги частот і істотно найменший опір - для струмів інших частот.

Мал. 2. Схема звичайного смугового електронного фільтра

Схожий фільтр може застосовуватися в модуляторах, які видають модульовані коливання певної частоти. На модулятор М подається напруга Uc сигналу низької частоти, яке перетворюється в модульовані коливання високої частоти, а фільтр виділяє напруга необхідної частоти, яке подається на навантаження
Rпр.

Для прикладу уявімо, що через ланцюг протікає несинусоїдальний змінний струм і необхідно прибрати з кривою струму приймача дуже великі за значенням третю і п`яту гармонійні. Тоді по черзі в ланцюг включимо два контури, настроєні в резонанс для третьої і п`ятої гармонійних (рис. 3, а). Опір лівого контуру, налаштованого в резонанс для частоти
3ω, буде дуже велике для цієї частоти і мало для всіх інших гармоніческіх- аналогічну роль робить правий контур, налаштований в резонанс для частоти 5ω. Тому в кривій струму приймача inp практично не будуть міститися 3-тя і 5-а гармонійні (рис. 3, б), які виявляться пригніченими фільтром.

Мал. 3. Ланцюг з почергово включеними резонансними контурами, настроєними в резонанс для третьої і п`ятої гармонійних: а - схема ланцюги-б - криві напруги і ланцюги і струму inp приймача

Мал. 4. Крива напруги на виході смугового фільтра

Виробляються в деяких випадках і більше скоєні смугові фільтри, також ріжучі фільтри, пропускають або не пропускають коливання, починаючи з якоїсь частоти. Такі фільтри складаються з Т-образних або П-образних ланок. Принцип дії фільтрів полягає в тому, що в смузі пропускання частот, наприклад смугового фільтра, настає резонанс при
n + 1 частотах, де n - число ланок. Крива U вих = f (ω) для такого фільтра, що складається з 3-х ланок, показана на рис.
4. Резонанс має місце при частотах ω1,
ω2, ω3 і
ω4. 

Школа для електрика