Электрические фильтры
Промышленные
источники энергии обеспечивают практически синусоидальные кривые
изменения напряжения. Вместе с тем в ряде случаев переменные токи и
напряжения, являясь периодическими, резко отличаются от гармонических. Электрические фильтры
могут применяться для сглаживания пульсаций напряжения выпрямителей,
демодуляторов, которые преобразуют модулированные по амплитуде колебания
высокой частоты в относительно медленные изменения …
Промышленные источники энергии обеспечивают практически синусоидальные кривые изменения напряжения. Вместе с тем в ряде случаев переменные токи и напряжения, являясь периодическими, резко отличаются от гармонических.
Электрические фильтры могут применяться для сглаживания пульсаций напряжения выпрямителей, демодуляторов, которые преобразуют модулированные по амплитуде колебания высокой частоты в относительно медленные изменения напряжения сигнала, и в других подобных устройствах.
В самом простейшем случае можно ограничиться включением последовательно с нагрузкой катушки индуктивности, сопротивление которой увеличивается с возрастанием порядка гармонической и сравнительно невелико для низкочастотных колебаний, и тем более для постоянной составляющей. Более эффективно применение П-образных, Т-образных и Г-образных фильтров.
На рис. 1 показана схема простого Г-образного фильтра с катушкой индуктивности L и конденсатором С, включенными между приемником rпр и выпрямителем В. Переменные токи всех частот встречают значительное сопротивление катушки индуктивности, а включенный параллельно конденсатор пропускает по параллельной ветви остаточные токи высоких частот. Благодаря этому значительно уменьшаются пульсации напряжения на нагрузке rпр. Могут применяться и фильтры, состоящие из двух и более подобных звеньев. Иногда используются упрощенные фильтры с резисторами вместо катушек индуктивности.
Рис. 1. Простейший сглаживающий Г-образный электрический фильтр
Более совершенными являются резонансные фильтры, в которых используются явления резонанса. При последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора, когда fL= 1/(кС), цепь будет иметь наибольшую проводимость (активную) при частоте f и достаточно высокие проводимости в полосе частот, близких к резонансной. Такая цепь является простым полосовым фильтром. При параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора такая цепь будет иметь наименьшую проводимость при резонансной частоте и относительно малые проводимости в полосе частот, близких к резонансной. Такой фильтр является заградительным для некоторой полосы частот.
Для улучшения характеристики простого полосового фильтра можно применять схему (рис. 2), в которой параллельно приемнику включены параллельно друг другу катушка индуктивности и конденсатор. Такая цепь настроена также в резонанс на частоту коз и представляет очень большое сопротивление для токов выбранной полосы частот и значительно меньшее сопротивление — для токов других частот.
Рис. 2. Схема простого полосового электрического фильтра
Подобный фильтр может применяться в модуляторах, которые выдают модулированные колебания определенной частоты. На модулятор М подается напряжение Uc сигнала низкой частоты, которое преобразовывается в модулированные колебания высокой частоты, а фильтр выделяет напряжение требуемой частоты, которое подается на нагрузку rпр.
Для примера предположим, что через цепь протекает несинусоидальный переменный ток и нужно устранить из кривой тока приемника очень большие по значению третью и пятую гармонические. Тогда последовательно в цепь включим два контура, настроенные в резонанс для третьей и пятой гармонических (рис. 3, а). Сопротивление левого контура, настроенного в резонанс для частоты 3, будет очень велико для этой частоты и мало для всех других гармонических; аналогичную роль выполняет правый контур, настроенный в резонанс для частоты 5. Поэтому в кривой тока приемника inp почти не будут содержаться третья и пятая гармонические (рис. 3,б), которые окажутся подавленными фильтром.
Рис. 3. Цепь с последовательно включенными резонансными контурами, настроенными в резонанс для третьей и пятой гармонических: а — схема цепи; б — кривые напряжения и цепи и тока inp приемника
Рис. 4. Кривая напряжения на выходе полосового фильтра
Выполняются в некоторых случаях и более совершенные полосовые фильтры, а также режущие фильтры, пропускающие или не пропускающие колебания, начиная с некоторой частоты. Такие фильтры состоят из Т-образных или П-образных звеньев. Принцип действия фильтров заключается в том, что в полосе пропускания частот, например полосового фильтра, наступает резонанс при n+1 частотах, где n — число звеньев. Кривая Uвых = f() для такого фильтра, составленного из трех звеньев, показана на рис. 4. Резонанс имеет место при частотах 1,2, 3 и 4.
10.12.2016
Без рубрики