Algemeen opbouwprincipe van passieve LC-filters (LPF en HPF)

Wanneer het nodig is om wisselstromen met een bepaald frequentiespectrum in de schakeling te onderdrukken, maar tegelijkertijd effectief stromen met frequenties boven of onder dit spectrum door te laten, kan een passief LC-filter op reactieve elementen nuttig zijn - een laagdoorlaatfilter op een laagdoorlaatfilter (eventueel effectieve doorgang van oscillaties met een frequentie onder de ingestelde waarde) of hoogdoorlaatfilter HPF (eventueel effectieve doorgang van trillingen met een hogere frequentie dan de ingestelde waarde).

Het constructieprincipe van deze filters is gebaseerd op de eigenschappen van inductoren en condensatoren om zich anders te gedragen in AC-circuits.

Het is algemeen bekend dat inductieve weerstand wikkelen is rechtevenredig met de frequentie van de stroom die er doorheen vloeit, dus hoe hoger de frequentie van de stroom die door de spoel vloeit, hoe groter reactiviteit het geeft deze stroom weer, dat wil zeggen, het vertraagt ​​wisselstromen bij hogere frequenties meer en laat stromen bij lagere frequenties gemakkelijker door.

Condensor — integendeel, hoe hoger de frequentie van de stroom, hoe gemakkelijker deze wisselstroom er doorheen dringt, en hoe lager de frequentie van de stroom, hoe groter het obstakel voor de stroom deze condensator is. Schematisch zijn de laagdoorlaat- en hoogdoorlaatfilters L-vormig, T-vormig en U-vormig (multi-junction).

L-vormig LC-filter

Het L-vormige filter is een elementair elektronisch filter dat bestaat uit een spoel met zelfinductie L en een condensator met capaciteit C. De frequentierespons van zo'n circuit hangt af van de volgorde van aansluiting van twee elementen (L en C) ten opzichte van het punt waar een gefilterd signaal wordt toegepast en op de waarden van L en C ...

In de praktijk worden de waarden van L en C zo gekozen dat hun reactantie in het werkfrequentiebereik ongeveer 100 keer kleiner is dan de belastingsweerstand, om het manoeuvreereffect van deze laatste op de frequentierespons van een filter aanzienlijk te verminderen .

De frequentie waarbij de amplitude van het signaal dat op het filter wordt toegepast daalt tot 0,7 van de oorspronkelijke waarde, wordt de afsnijfrequentie genoemd. Een ideaal filter heeft een steile verticale afbuiging.

Dus, afhankelijk van de volgorde van aansluiting van de inductor L en de condensator C met betrekking tot de signaalbron en de neutrale bus, krijgt u een hoogdoorlaatfilter - HPF of een laagdoorlaatfilter - LPF.

In feite zijn deze circuits spanningsdelers en in de armen van de verdeler zijn reactieve elementen geïnstalleerd, waarvan de weerstand tegen wisselstroom afhangt van de frequentie.

Hier kunt u eenvoudig de spanningsval in elk van de filterelementen berekenen, rekening houdend met het feit dat bij de afsnijfrequentie de spanningsval aan de filteruitgang gelijk moet zijn aan 0,7 van de ingangsspanningsamplitude.Dit betekent dat de verhouding tussen de reagentia 0,3 / 0,7 moet zijn - op basis van deze verhouding wordt de afscheider waaruit het filter bestaat berekend.

Wanneer het belastingscircuit open is, in laagdoorlaatfilters, wanneer de frequentie van het ingangssignaal de resonantiefrequentie van het LC-circuit van het filter overschrijdt, begint de amplitude van de uitgang scherp af te nemen. Wanneer in hoogdoorlaatfilters de frequentie van het ingangssignaal onder de resonantiefrequentie van het LC-circuit van het filter valt, begint ook de amplitude van de uitgang te dalen. In de praktijk worden LC-filters niet als zodanig onbelast gebruikt.

T-vormig LC-filter

Om het rangeereffect van het filter op de erachter aangesloten gevoelige circuits te verzwakken, worden T-vormige filters gebruikt. Hier wordt een extra reactief element toegevoegd aan de L-verbinding, aan de kant van zijn uitgang.

De praktisch berekende capaciteit of inductantie voor het L-vormige LC-filter wordt vervangen door de serieschakeling van een paar identieke elementen zodat hun totale weerstand gelijk is aan het berekende element dat door dit paar wordt vervangen (ze plaatsen twee helften van inductanties of twee condensatoren , die twee keer zo groot zijn in capaciteit).

U-vormig LC-filter

Door een extra element toe te voegen aan de L-vormige aansluiting, maar niet aan de achterkant, maar aan de voorkant, wordt een U-vormig filter verkregen. Deze schakeling vertekent de ingangsbron meer. Hier is het toegevoegde element de helft van de berekende capaciteit voor de L-verbinding (die eenvoudig is verdeeld in twee capacitieve elementen) of tweemaal de inductantiewaarde die nu wordt verkregen door twee spoelen parallel te schakelen.

Hoe meer aansluitingen er in het filter zitten, hoe nauwkeuriger de filtering zal zijn.Als resultaat zal de hoogste amplitude van de belasting de frequentie hebben die voor dit filter het dichtst bij zijn resonantiefrequentie ligt (voorwaarde is dat de inductieve component van de verbinding gelijk is aan deze frequentie van zijn capacitieve component), de rest van het spectrum wordt onderdrukt.

Het gebruik van multi-level filters maakt het mogelijk om zeer nauwkeurig het signaal van de gewenste frequentie te scheiden van het ruisige signaal. Zelfs als de amplitude bij de afsnijfrequentie relatief klein is, wordt de rest van het bereik onderdrukt door het algemene effect van de filtertaps.