Obecný princip konstrukce pasivních LC-filtrů (LPF a HPF)

Když je potřeba v obvodu potlačit střídavé proudy s určitým frekvenčním spektrem, ale zároveň efektivně propouštět proudy s frekvencemi nad nebo pod tímto spektrem, může se hodit pasivní LC filtr na reaktivních prvcích - dolní propust na dolní propust (v případě potřeby efektivní průchod kmitů s frekvencí pod nastavenou) nebo horní propust HPF (v případě potřeby efektivní průchod kmitů s frekvencí vyšší než nastavená).

Princip konstrukce těchto filtrů je založen na vlastnostech tlumivek a kondenzátorů chovat se ve střídavých obvodech odlišně.

Je dobře známo, že indukční odpor cívky je přímo úměrná frekvenci protékajícího proudu, proto čím vyšší je frekvence proudu procházejícího cívkou, tím větší je reaktivita tento proud zobrazuje, to znamená, že střídavé proudy na vyšších frekvencích více zpomaluje a proudy na nižších frekvencích snadněji propouští.

Kondenzátor — naopak, čím vyšší je frekvence proudu, tím snadněji jím tento střídavý proud proniká, a čím nižší je frekvence proudu, tím větší překážkou proudu je tento kondenzátor. Schématicky jsou dolní a horní propusti ve tvaru L, T a U (multi-junction).

LC filtr ve tvaru L

Filtr ve tvaru L je elementární elektronický filtr skládající se z cívky o indukčnosti L a kondenzátoru o kapacitě C. Frekvenční charakteristika takového obvodu závisí na pořadí zapojení dvou prvků (L a C) vzhledem k bodu, kde je aplikován filtrovaný signál a na hodnoty L a C ...

V praxi jsou hodnoty L a C voleny tak, aby jejich reaktance v rozsahu provozních frekvencí byla přibližně 100krát menší než odpor zátěže, aby se výrazně snížil její manévrovací účinek na frekvenční odezvu filtru. .

Frekvence, při které amplituda signálu aplikovaného na filtr klesne na 0,7 své původní hodnoty, se nazývá mezní frekvence. Ideální filtr má strmé vertikální vychýlení.

Takže v závislosti na pořadí zapojení induktoru L a kondenzátoru C vzhledem ke zdroji signálu a neutrální sběrnici získáte horní propust - HPF nebo dolní propust - LPF.

Ve skutečnosti jsou tyto obvody děliče napětí a v ramenech děliče jsou instalovány jalové prvky, jejichž odolnost proti střídavému proudu závisí na frekvenci.

Zde můžete snadno vypočítat úbytek napětí v každém z filtračních prvků s přihlédnutím k tomu, že při mezní frekvenci by měl být úbytek napětí na výstupu filtru roven 0,7 amplitudy vstupního napětí.To znamená, že poměr mezi činidly by měl být 0,3 / 0,7 - na základě tohoto poměru se vypočítá separátor, který tvoří filtr.

Když je zatěžovací obvod otevřený, u dolních propustí, když frekvence vstupního signálu překročí rezonanční frekvenci LC-obvodu filtru, začne amplituda výstupu prudce klesat. U horních propustí, když frekvence vstupního signálu klesne pod rezonanční frekvenci LC obvodu filtru, začne klesat i amplituda výstupu. V praxi se LC filtry jako takové bez zátěže nepoužívají.

LC filtr ve tvaru T

Pro oslabení bočního efektu filtru na citlivé obvody za ním připojené se používají filtry ve tvaru T. Zde je k L-přípojce přidán další jalový prvek na straně jeho výstupu.

Kapacita nebo indukčnost prakticky vypočítaná pro LC filtr ve tvaru L se nahradí sériovým zapojením dvojice stejných prvků tak, aby se jejich celkový odpor rovnal vypočtenému prvku, který je touto dvojicí nahrazen (dají dvě poloviny indukčností resp. dva kondenzátory, které mají dvojnásobnou kapacitu).

LC filtr ve tvaru U

Přidáním dalšího prvku k připojení ve tvaru L, ale ne vzadu, ale vpředu, se získá filtr ve tvaru U. Tento obvod více předpíná vstupní zdroj. Zde přidaný prvek představuje polovinu vypočtené kapacity pro L-propojení (které je jednoduše rozděleno na dva kapacitní prvky) nebo dvojnásobek hodnoty indukčnosti, kterou nyní získáme paralelním připojením dvou cívek.

Čím více spojení je ve filtru, tím přesnější bude filtrování.V důsledku toho bude mít nejvyšší amplituda zátěže kmitočet, který pro tento filtr bude nejblíže jeho rezonančnímu kmitočtu (podmínkou je, aby indukční složka zapojení byla rovna této frekvenci jeho kapacitní složky), zbytek spektrum bude potlačeno.

Použití víceúrovňových filtrů umožňuje velmi přesně oddělit signál požadované frekvence od zašuměného signálu. I když je amplituda na mezní frekvenci relativně malá, zbytek rozsahu bude potlačen obecným účinkem odboček filtru.