Penapis elektrik — definisi, klasifikasi, ciri, jenis utama

Sumber tenaga industri menyediakan praktikal lengkung voltan sinusoidal… Pada masa yang sama, dalam beberapa kes, arus ulang alik dan voltan, yang berkala, berbeza dengan ketara daripada yang harmonik.

Penapis elektrik boleh digunakan untuk melicinkan gelombang voltan dalam penerus, demodulator yang menukar ayunan frekuensi tinggi termodulat amplitud kepada perubahan yang agak perlahan dalam voltan isyarat, dan peranti lain yang serupa.

Dalam kes yang paling mudah, anda boleh mengehadkan diri anda kepada sambungan bersiri dengan beban induktor, yang rintangannya meningkat dengan peningkatan susunan harmonik dan agak kecil untuk ayunan frekuensi rendah dan lebih-lebih lagi untuk komponen malar. Lebih berkesan menggunakan penapis berbentuk U, berbentuk T dan berbentuk L.

Definisi asas dan klasifikasi penapis elektrik

Selektiviti penapis ialah keupayaannya untuk memilih julat frekuensi tertentu yang wujud dalam isyarat berguna daripada keseluruhan spektrum frekuensi arus yang memasuki inputnya.

Untuk mendapatkan selektiviti yang baik, penapis mesti menghantar arus pada frekuensi yang wujud kepada isyarat yang dikehendaki dengan pengecilan minimum dan mempunyai pengecilan maksimum untuk arus pada semua frekuensi lain. Selaras dengan penapis ini, definisi berikut boleh diberikan.

Penapis elektrik dipanggil peranti empat kutub yang menghantar arus dalam jalur frekuensi tertentu dengan sedikit pengecilan (lebar jalur), dan arus dengan frekuensi di luar jalur ini — dengan pengecilan tinggi atau, seperti yang biasa dikatakan, tidak lulus (bukan- jalur penghantaran).

Mengikut struktur litar, penapis dibahagikan kepada penapis rantai (lajur) dan jambatan. Penapis rantai ialah penapis yang dibuat mengikut litar jambatan berbentuk T-, P- dan L. Penapis jambatan ialah penapis yang dibuat pada litar jambatan.

Bergantung pada sifat unsur, penapis dibahagikan kepada:

• LC — unsur-unsurnya ialah kearuhan dan kemuatan;

• RC — elemen yang merupakan rintangan dan kapasiti aktif;

• resonator - unsur-unsurnya adalah resonator.

Mengikut kehadiran sumber tenaga dalam litar penapis, ia dibahagikan kepada:

• pasif — tidak mengandungi sumber tenaga dalam litar;

• aktif — mengandungi sumber tenaga dalam litar dalam bentuk lampu atau penguat kristal; kadangkala dipanggil penapis unsur aktif.

Untuk pencirian lengkap prestasi penapis, adalah perlu untuk mengetahui ciri elektriknya, termasuk pergantungan frekuensi pengecilan, peralihan fasa, dan galangan ciri.

Yang terbaik ialah penapis yang, dengan bilangan elemen minimum, mempunyai:

• kecuraman maksimum ciri redaman;

• pengecilan tinggi dalam jalur bukan hantar;

• pengecilan minimum dan berterusan dalam jalur laluan;

• ketekalan maksimum galangan ciri dalam jalur laluan;

• tindak balas fasa linear;

• kemungkinan pelarasan jalur frekuensi dan lebarnya yang mudah dan lancar;

• ketekalan ciri yang tidak bergantung kepada: voltan (arus) yang bertindak pada input penapis, suhu dan kelembapan persekitaran, serta pengaruh gangguan elektrik dan magnet luaran;

• keupayaan untuk bekerja dalam julat frekuensi yang berbeza;

• saiz, berat dan kos penapis mesti diminimumkan.

Malangnya, tiada jenis penapis asas tunggal yang ciri-cirinya memenuhi semua keperluan ini. Oleh itu, bergantung pada keadaan tertentu, jenis penapis digunakan, ciri-ciri yang paling sesuai memenuhi keperluan teknikal. Selalunya adalah perlu untuk menggunakan penapis pada litar kompleks yang terdiri daripada sambungan asas pelbagai jenis.

Jenis penapis yang paling biasa

Dalam rajah. 1 menunjukkan rajah penapis berbentuk L ringkas dengan induktor L dan kapasitor C disambungkan antara rpr penerima dan penerus V.

Arus ulang alik pada semua frekuensi memenuhi rintangan induktor yang ketara, dan kapasitor yang disambungkan selari melepasi arus frekuensi tinggi sisa sepanjang cawangan selari. Ini dengan ketara mengurangkan riak voltan dalam beban. rNS.

Penapis yang terdiri daripada dua atau lebih pautan serupa juga boleh digunakan. Kadangkala penapis mudah dengan perintang digunakan dan bukannya induktor.

nasi. 1.Penapis elektrik berbentuk L yang paling mudah melicinkan

Lebih maju ialah penapis resonan yang mereka gunakan fenomena resonans.

Apabila induktor dan kapasitor disambung secara bersiri, apabila fwL = 1 / (kwV), litar akan mempunyai kekonduksian tertinggi (aktif) pada frekuensi fw dan kekonduksian yang agak tinggi dalam jalur frekuensi yang hampir dengan resonans. Litar ini ialah penapis pas jalur mudah.

Apabila induktor dan kapasitor disambung secara selari, litar sedemikian akan mempunyai kekonduksian yang paling rendah pada frekuensi resonans dan kekonduksian yang agak rendah dalam jalur frekuensi yang hampir dengan frekuensi resonans. Penapis sedemikian ialah penapis menyekat untuk jalur frekuensi tertentu.

Untuk meningkatkan prestasi penapis laluan jalur mudah, adalah mungkin untuk menggunakan skema (Rajah 2) di mana induktor dan kapasitor disambungkan selari antara satu sama lain selari dengan penerima. Litar sedemikian juga ditala dalam resonans dengan frekuensi kambing dan memberikan rintangan yang sangat tinggi untuk arus dalam jalur frekuensi yang dipilih dan lebih sedikit rintangan untuk arus frekuensi lain.

nasi. 2. Skema penapis laluan jalur mudah

Penapis serupa boleh digunakan dalam modulator yang menghasilkan ayunan termodulat pada frekuensi tertentu. Voltan isyarat frekuensi rendah Uc digunakan pada modulator M, yang ditukar kepada ayunan frekuensi tinggi termodulat, dan penapis memisahkan voltan daripada frekuensi yang diperlukan, yang disalurkan kepada rNS beban.

Katakan, sebagai contoh, arus ulang alik bukan sinusoidal mengalir melalui litar dan arus harmonik ketiga dan kelima yang sangat besar akan disingkirkan daripada lengkung arus penerima.Seterusnya, kami akan memasukkan dua litar yang ditala kepada resonans secara bergilir-gilir untuk harmonik ketiga dan kelima dalam litar (Rajah 3, a).

Impedans garis kiri yang ditala kepada resonans untuk frekuensi 3w akan menjadi sangat besar untuk frekuensi itu dan kecil untuk semua harmonik lain; peranan yang sama dimainkan oleh litar kanan yang ditala kepada resonans untuk frekuensi 5w... Oleh itu, lengkung semasa penerima input hampir tidak akan mengandungi harmonik ketiga dan kelima (Rajah 3, b), yang akan ditindas oleh penapis.

nasi. 3. Skim dengan litar resonan bersambung bersiri ditala kepada resonans untuk harmonik ketiga dan kelima: a — gambar rajah litar; b — lengkung voltan dan litar dan inp arus penerima

nasi. 4. Lengkung voltan keluaran penapis laluan jalur

Dalam sesetengah kes, penapis laluan jalur yang lebih canggih dilakukan, serta penapis potong yang melepasi atau tidak melepasi ayunan bermula pada frekuensi tertentu. Penapis sedemikian terdiri daripada sambungan berbentuk T atau berbentuk U.

Prinsip operasi penapis ialah dalam jalur frekuensi frekuensi, sebagai contoh, penapis laluan jalur, resonans berlaku pada frekuensi n + 1, di mana n ialah bilangan sambungan. Lengkung Uout = f (w) untuk penapis sedemikian yang terdiri daripada tiga sambungan ditunjukkan dalam Rajah. 4. Resonans berlaku pada frekuensi w1, w2, w3 dan w4.

Lihat juga mengenai topik ini: Penapis kuasa danPenapis input dan output untuk penukar frekuensi