Elektrik filtreleri — tanım, sınıflandırma, özellikler, ana tipler

Endüstriyel enerji kaynakları pratik sağlar sinüzoidal gerilim eğrileri... Aynı zamanda, bazı durumlarda, periyodik olan alternatif akımlar ve gerilimler, harmonik olanlardan keskin bir şekilde farklıdır.

Elektrik filtreleri, doğrultuculardaki voltaj dalgalarını yumuşatmak için kullanılabilir, genlik modülasyonlu yüksek frekanslı salınımları sinyal voltajındaki nispeten yavaş değişikliklere dönüştüren demodülatörler ve diğer benzer cihazlar.

En basit durumda, kendinizi yük ile seri bağlantı ile sınırlayabilirsiniz. indüktörlerartan harmonik düzen ile direnci artan ve düşük frekanslı salınımlar için nispeten küçük ve hatta sabit bileşen için daha da küçük olan. U şeklindeki, T şeklindeki ve L şeklindeki filtrelerin kullanılması daha etkilidir.

Elektrik filtrelerinin temel tanımları ve sınıflandırılması

Filtrenin seçiciliği, girişine giren akımların tüm frekans spektrumundan faydalı sinyalde bulunan belirli bir frekans aralığını seçme yeteneğidir.

İyi bir seçicilik elde etmek için filtre, istenen sinyale özgü frekanslardaki akımları minimum zayıflama ile geçirmeli ve diğer tüm frekanslardaki akımlar için maksimum zayıflamaya sahip olmalıdır. Bu filtreye göre aşağıdaki tanım verilebilir.

Bir elektrik filtresi, belirli bir frekans bandındaki akımları çok az zayıflama (bant genişliği) ile ve bu bandın dışındaki frekanslara sahip akımları - yüksek zayıflama ile veya genellikle söylendiği gibi geçmeyen (non-) ileten dört kutuplu bir cihaz olarak adlandırılır. iletim bandı).

Devrelerin yapısına göre filtreler zincir (sütun) ve köprü filtreler olarak ikiye ayrılır. Zincir filtreler T-, P- ve L şeklinde köprü devrelerine göre yapılmış filtrelerdir. Köprü filtreleri, bir köprü devresinde yapılan filtrelerdir.

Öğelerin doğasına bağlı olarak, filtreler aşağıdakilere ayrılır:

• LC — elemanları endüktans ve kapasitans olan;

• RC — elemanları aktif dirençler ve kapasiteler olan;

• rezonatör - elemanları rezonatör olan.

Filtre devresindeki enerji kaynaklarının varlığına göre, bunlar aşağıdakilere ayrılır:

• pasif - devrede enerji kaynakları içermeyen;

• aktif - devrede bir lamba veya kristal amplifikatör şeklinde enerji kaynakları içeren; bazen aktif eleman filtreleri olarak adlandırılır.

Filtre performansının tam bir karakterizasyonu için, zayıflama, faz kayması ve karakteristik empedansın frekans bağımlılıklarını içeren elektriksel özelliklerini bilmek gereklidir.

En iyisi, minimum sayıda elemanla aşağıdakileri içeren bir filtredir:

• sönüm özelliğinin maksimum dikliği;

• iletilmeyen bantta yüksek zayıflama;

• geçiş bandında minimum ve sürekli zayıflama;

• geçiş bandında karakteristik empedansın maksimum sabitliği;

• lineer faz tepkisi;

• frekans bandının ve genişliğinin kolay ve düzgün ayarlanması olasılığı;

• Aşağıdakilere bağlı olmayan özelliklerin sabitliği: filtre girişinde etkili olan voltajlar (akımlar), ortamın sıcaklığı ve nemi ile harici elektriksel ve manyetik bozulmaların etkisi;

• farklı frekans aralıklarında çalışabilme;

• filtrenin boyutu, ağırlığı ve maliyeti minimumda tutulmalıdır.

Ne yazık ki, özellikleri tüm bu gereksinimleri karşılayan tek bir temel filtre türü yoktur. Bu nedenle, belirli koşullara bağlı olarak, özellikleri teknik gereksinimleri en iyi şekilde karşılayan bu tür filtreler kullanılır. Çoğu zaman, çeşitli türlerdeki temel bağlantılardan oluşan karmaşık devrelere filtre uygulamak gerekir.

En yaygın filtre türleri

İncirde. Şekil 1, alıcı rpr ve doğrultucu V arasına bağlı L indüktörü ve C kondansatörü ile basit bir L-şekilli filtrenin diyagramını göstermektedir.

Tüm frekanslardaki alternatif akımlar, önemli bir indüktör direncini karşılar ve paralel bağlı bir kapasitör, artık yüksek frekanslı akımları paralel dal boyunca geçirir. Bu, yükteki voltaj dalgalanmalarını önemli ölçüde azaltır. rNS.

İki veya daha fazla benzer bağlantıdan oluşan filtreler de kullanılabilir. Bazen indüktörler yerine dirençli basit filtreler kullanılır.

Pirinç. 1.En basit yumuşatma L şeklindeki elektrikli filtre

Daha gelişmiş olanı, kullandıkları rezonans filtreleridir. rezonans fenomeni.

İndüktör ve kondansatör seri bağlandığında fwL = 1 / (kwV) olduğunda devre fw frekansında en yüksek iletkenliğe (aktif) ve rezonansa yakın frekans bandında oldukça yüksek iletkenliğe sahip olacaktır. Bu devre basit bir bant geçiren filtredir.

İndüktör ve kapasitör paralel bağlandığında, böyle bir devre rezonans frekansında en düşük iletkenliğe ve rezonans frekansına yakın frekans bandında nispeten düşük iletkenliğe sahip olacaktır. Böyle bir filtre, belirli bir frekans bandı için bloke edici bir filtredir.

Basit bir bant geçiren filtrenin performansını iyileştirmek için, alıcıya paralel olarak birbirine paralel olarak bir indüktör ve bir kapasitörün bağlandığı bir şema (Şekil 2) kullanmak mümkündür. Böyle bir devre aynı zamanda keçilerin frekansı ile rezonansta ayarlanmıştır ve seçilen frekans bandındaki akımlar için çok yüksek bir direnç ve diğer frekanslardaki akımlar için çok daha az direnç sunar.

Pirinç. 2. Basit bir bant geçiren filtrenin şeması

Benzer bir filtre, belirli bir frekansta modüle edilmiş salınımlar üreten modülatörlerde kullanılabilir. Modülatör M'ye, modüle edilmiş yüksek frekanslı salınımlara dönüştürülen düşük frekanslı bir sinyal voltajı Uc uygulanır ve filtre, voltajı, rNS yüküne beslenen gerekli frekanstan ayırır.

Örneğin, sinüsoidal olmayan bir alternatif akımın devre boyunca aktığını ve çok büyük üçüncü ve beşinci harmonik akımların alıcı akım eğrisinden çıkarılacağını varsayalım.Ardından, devredeki üçüncü ve beşinci harmonikler için rezonansa ayarlanmış iki devreyi dönüşümlü olarak dahil edeceğiz (Şekil 3, a).

3w frekansı için rezonansa ayarlanmış bir sol hat empedansı, bu frekans için çok büyük ve diğer tüm harmonikler için küçük olacaktır; benzer bir rol, frekans için rezonansa ayarlanmış doğru devre tarafından oynanır 5w... Bu nedenle, giriş alıcısının akım eğrisi, tarafından bastırılacak olan üçüncü ve beşinci harmonikleri (Şekil 3, b) neredeyse içermeyecektir. filtre.

Pirinç. 3. Üçüncü ve beşinci harmonikler için rezonansa ayarlanmış seri bağlı rezonans devrelerine sahip şema: a - devre şeması; b - voltaj ve devre eğrileri ve alıcının akım girişi

Pirinç. 4. Bant geçiren filtre çıkış voltajı eğrisi

Bazı durumlarda, daha karmaşık bant geçiren filtrelerin yanı sıra, belirli bir frekansta başlayan salınımları geçiren veya geçmeyen kesme filtreleri gerçekleştirilir. Bu tür filtreler, T-şeklinde veya U-şeklinde bağlantılardan oluşur.

Filtrelerin çalışma prensibi, frekansların frekans bandında, örneğin bir bant geçiren filtrede, n'nin bağlantı sayısı olduğu n + 1 frekanslarında rezonansın meydana gelmesidir. Üç bağlantıdan oluşan böyle bir filtre için bir Uout = f (w) eğrisi Şekil 1'de gösterilmektedir. 4. Rezonans w1,w2, w3 ve w4 frekanslarında oluşur.

Bu konuda ayrıca bakınız: Güç filtreleri VeFrekans dönüştürücüler için giriş ve çıkış filtreleri