Principi general de construcció de filtres LC passius (LPF i HPF)

Quan cal suprimir els corrents alterns amb un determinat espectre de freqüència al circuit, però alhora passar eficaçment corrents amb freqüències per sobre o per sota d'aquest espectre, pot ser útil un filtre LC passiu en elements reactius: un filtre de pas baix un filtre passa-baix (si cal, pas efectiu d'oscil·lacions amb una freqüència inferior al conjunt) o filtre passa-alt HPF (si cal, pas efectiu d'oscil·lacions amb una freqüència superior al conjunt).

El principi de construcció d'aquests filtres es basa en les propietats dels inductors i condensadors per comportar-se de manera diferent en els circuits de CA.

És ben sabut que la resistència inductiva bobines és directament proporcional a la freqüència del corrent que hi circula, per tant, com més gran sigui la freqüència del corrent que travessa la bobina, més gran és reactivitat mostra aquest corrent, és a dir, frena més els corrents alterns a freqüències més altes i fa passar corrents a freqüències més baixes amb més facilitat.

Condensador — al contrari, com més gran sigui la freqüència del corrent, més fàcilment penetra aquest corrent altern a través d'ell, i com més baixa és la freqüència del corrent, més gran és l'obstacle al corrent és aquest condensador. Esquemàticament, els filtres de pas baix i pas alt tenen forma de L, T i forma d'U (multi-unió).

Filtre LC en forma de L

El filtre en forma de L és un filtre electrònic elemental format per una bobina d'inductància L i un condensador de capacitat C. La resposta en freqüència d'aquest circuit depèn de l'ordre de connexió de dos elements (L i C) respecte al punt on s'aplica un senyal filtrat i als valors de L i C ...

A la pràctica, els valors de L i C es seleccionen de manera que la seva reactància en el rang de freqüències de funcionament sigui aproximadament 100 vegades menor que la resistència de càrrega, per tal de reduir significativament l'efecte de maniobra d'aquesta última sobre la resposta en freqüència d'un filtre. .

La freqüència a la qual l'amplitud del senyal aplicada al filtre cau a 0,7 del seu valor original s'anomena freqüència de tall. Un filtre ideal té una forta deflexió vertical.

Per tant, depenent de la seqüència de connexió de l'inductor L i el condensador C respecte a la font del senyal i el bus neutre, obteniu un filtre de pas alt - HPF o un filtre de pas baix - LPF.

De fet, aquests circuits són divisors de tensió, i els elements reactius s'instal·len als braços del divisor, la resistència dels quals al corrent altern depèn de la freqüència.

Aquí podeu calcular fàcilment la caiguda de tensió en cadascun dels elements del filtre, tenint en compte que a la freqüència de tall, la caiguda de tensió a la sortida del filtre hauria de ser igual a 0,7 de l'amplitud de la tensió d'entrada.Això vol dir que la relació entre els reactius ha de ser de 0,3 / 0,7; en funció d'aquesta relació, es calcula el separador que forma el filtre.

Quan el circuit de càrrega està obert, en filtres de pas baix, quan la freqüència del senyal d'entrada supera la freqüència de ressonància del circuit LC del filtre, l'amplitud de la sortida comença a disminuir bruscament. En els filtres de pas alt, quan la freqüència del senyal d'entrada cau per sota de la freqüència de ressonància del circuit LC del filtre, l'amplitud de la sortida també comença a baixar. A la pràctica, els filtres LC no s'utilitzen com a tals sense càrrega.

Filtre LC en forma de T

Per debilitar l'efecte de derivació del filtre sobre els circuits sensibles connectats darrere d'ell, s'utilitzen filtres en forma de T. Aquí, s'afegeix un element reactiu addicional a la connexió L, al costat de la seva sortida.

La capacitat o inductància pràcticament calculada per al filtre LC en forma de L es substitueix per la connexió en sèrie d'un parell d'elements idèntics de manera que la seva resistència total sigui igual a l'element calculat que se substitueix per aquest parell (posen dues meitats d'inductàncies o dos condensadors, que tenen el doble de capacitat).

Filtre LC en forma d'U

Afegint un element addicional a la connexió en forma de L, però no a la part posterior, sinó a la part davantera, s'obté un filtre en forma d'U. Aquest circuit polaritza més la font d'entrada. Aquí l'element afegit és la meitat de la capacitat calculada per a la connexió L (que simplement es divideix en dos elements capacitius) o el doble del valor d'inductància que s'obté ara connectant dues bobines en paral·lel.

Com més connexions hi hagi al filtre, més precís serà el filtrat.Com a resultat, l'amplitud més alta de la càrrega tindrà la freqüència que per a aquest filtre serà més propera a la seva freqüència de ressonància (la condició és que el component inductiu de la connexió sigui igual a aquesta freqüència del seu component capacitiu), la resta de l'espectre serà suprimit.

L'ús de filtres multinivell permet separar amb molta precisió el senyal de la freqüència desitjada del senyal sorollós. Fins i tot si l'amplitud a la freqüència de tall és relativament petita, la resta del rang es suprimirà per l'efecte general de les aixetes del filtre.