Частота среза lc фильтра: Как определить частоту среза LC-фильтра для spwm?

Содержание

Как определить частоту среза LC-фильтра для spwm?

Как определить частоту среза LC-фильтра для синусоидальной волны с широтно-импульсной модуляцией с основной частотой 50 Гц и частотой переключения 10 кГц?

Первое, что нужно признать, это то, что низкочастотный фильтр LC становится последовательно настроенным фильтром при резонансе, и это создаст все виды проблем, если ваша частота ШИМ (или 50 Гц, которые вы пытаетесь восстановить) выровнена с резонансом. Держитесь подальше от резонансной точки!

Таким образом, простое правило состоит в том, чтобы установить точку 3 дБ LC-фильтра низких частот на равных спектральных расстояниях от 50 Гц и 50 кГц. Математически это 50 × 10000 — — — — — — — — — √ 50 × 10000 = 707 Гц.

Но в этом значении много снисходительности, и, например, снижение его до (скажем) 150 Гц не будет большой проблемой. Конечно, к обратному проводу будут течь токи частотой 50 Гц, которые не проходят через нагрузку, и это представляет собой потерю, но вы должны решить, насколько они важны для вас.

Почему бы не перейти на 707 Гц?

Учитывая, что LC даст вам затухание выше 707 Гц в 40 дБ за десятилетие, это означает, что ваш сигнал ШИМ на 10 кГц ослабляется как минимум на 40 дБ. Вот онлайн-инструмент, который я настроил с некоторыми значениями:

Я установил нагрузочное сопротивление 10 Ом (тяжелая нагрузка), и важно смоделировать его в системе. Я также установил положение курсора примерно на 10 кГц, а затухание составляет 45 дБ.

45 дБ — это снижение напряжения на 178, поэтому, если ваша амплитуда ШИМ (скажем) составляет 100 вольт от пика до пика, на выходе она будет подавлена ​​до 0,56 вольт от пика до пика.

Я хочу знать факторы, которые необходимо учитывать при разработке фильтра, который должен быть реализован с помощью чисто синусоидального инвертора.

Но остерегайтесь легких нагрузок и переходных эффектов, которые они могут иметь. Например, если ваша нагрузка увеличилась в сопротивлении с 10 Ом до (скажем) 100 Ом, вы увидите пик в частотной характеристике, например:

Теперь эффект, который это имеет, может быть проблематичным. Конечно, вы не генерируете частоту около 700 Гц, но некоторые различные эффекты нагрузки могут взаимодействовать с резонансом и давать вам более искаженное выходное напряжение.

Вот почему важно смоделировать схему LC и загрузить ее в симуляторе. Вам не нужно моделировать поколение PWM (если вы этого не хотите), но все это помогает лучше понять, что может произойти. Кроме того, имейте в виду, что LC-фильтр вводит фазовый сдвиг на 180 градусов от ниже 700 Гц до более 700 Гц — это может привести к хаосу в контурах управления, поэтому следует помнить об этом и необходимости вводить компенсацию при использовании управления по замкнутому контуру.

Расчет lc фильтра для шим

LC – фильтры я оставил на десерт, подобно бутылке благородного вина, покрытой слоем вековой пыли. Это антиквариат, который на Сотбисе не купишь!

Как ни крути, а не получил бы Александр Степаныч наш Попов звание почётного инженера-электрика, не направь он искровой разряд напрямик в колебательный контур для обретения благословения свыше и резонанса с передающей антенной.
И заскучала бы братва копателей свободной энергии эфира, не изобрети Никола Тесла свой резонансный трансформатор и электрический автомобиль с неведомой коробочкой. А то и вовсе, заширялась бы в подъездах, лишённая идей вселенского масштаба.

И начнём мы с расчёта самого простого LC-фильтра – колебательного контура.

Включённый по приведённой на рис.1 схеме, он представляет собой узкополосный полосовой фильтр, настроенный на частоту fо= 1/2π√ LС .
На резонансной частоте сопротивление контура равно:
Rо = pQ, где р – характеристическое сопротивление, равное реактивному сопротивлению катушки и конденсатора.

Оно в свою очередь рассчитывается по формуле р = √ L/C .

На низких (звуковых) частотах конденсаторы практически не вносят потерь, поэтому добротность контура равна добротности катушки индуктивности, величина которой напрямую зависит от активного сопротивления катушки. Чем ниже частота, тем больше витков и тоньше провод, тем проще его измерить тестером. Если эта попытка удалась, то Q=2πfL/R, где R – активное сопротивление катушки индуктивности.
На радиочастотах значение активного сопротивления катушки может составлять доли ома, поэтому для расчёта добротности надо – либо найти сопротивление в Омах по формуле R= 4ρ*L/(πd²), где ρ — удельное сопротивление меди, равное 0,017 Ом•мм²/м, L – длина в метрах, d – диаметр провода в мм, либо вооружиться генератором сигналов, каким-либо измерителем уровня выходного сигнала с высоким внутренним сопротивлением, и определить добротность экспериментально.
К тому же на высоких частотах возможно проявление влияния добротности конденсатора, особенно если он окажется варикапом, хотя современные недорогие керамические изделия (например, фирмы Murata) имеют значение параметра добротности – не менее 800.

Нарисуем табличку с расчётом фильтра для низкочастотных приложений.

ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ НЧ.

Если параметр активного сопротивления катушки R опущен, его значение принимается равным 200 омам.
Необходимо отметить, что все полученные в таблице данные верны и для последовательного колебательного контура. При этом, если мы хотим использовать свойства контура полностью, т. е. получить острую резонансную кривую, соответствующую конструктивной добротности, то параллельный контур надо нагружать слабо, выбирая R1 и Rн намного больше Rо (на практике десятки кОм), для последовательного же контура, сопротивление генератора R1 наоборот должно быть на порядок меньше характеристического сопротивления ρ.

Теперь, нарисуем таблицу для расчёта высокочастотных резонансных контуров.
Тут на добротность влияет не только активное сопротивление катушек, но и другие факторы, такие как – потери в ферритах, наличие экрана, эффект близости витков и т. д. Поэтому вводить этот параметр в качестве входного я не стану – будем считать, что добротность катушки вы измерили, или подсмотрели в документации на готовые катушки. Естественным образом значение добротности катушки должно измеряться на резонансной частоте контура, ввиду прямой зависимости этой величины от рабочей частоты (Q=2πfL/R).
К тому же я добавлю сюда параметр добротности конденсатора, особенно актуальный в случае применения варикапов.
По умолчанию (для желающих оставить эти параметры без внимания), добротность катушки примем равной 100, конденсатора – 1000, а для испытывающих стремление измерить эти параметры в радиолюбительских условиях, рекомендую посетить страницу ссылка на страницу .

ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ ВЧ.

Теперь плавно переходим к LC фильтрам верхних и нижних частот (ФВЧ и ФНЧ).

Рис.2

Крутизна спада АЧХ этих фильтров в полосе подавления – 12 дБ/октаву, коэффициент передачи в полосе пропускания К=1 при R1 << ρ << Rн, где R1 – внутреннее сопротивление генератора, Rн – сопротивление нагрузки, а ρ – характеристическое сопротивление фильтра.
Однако наилучшие параметры, с точки зрения равномерности АЧХ и передачи максимальной мощности в нагрузку, обеспечиваются при R1=Rн=ρ. В этом случае фильтр является согласованным, правда коэффициент передачи в полосе пропускания становится равным К=0.5.
Ну да ладно, ближе к делу.

ТАБЛИЦА LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

А если надо рассчитать L и C при известных значениях Fср и ρ ? Не вопрос,

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

Данные ФВЧ и ФНЧ называются Г-образными.

Для получения более крутых скатов АЧХ используют два или более Г-образных звеньев, соединяя их последовательно, чтобы образовать Т-образное звено (на Рис.3 сверху), или П-образное звено (на Рис.3 снизу). При этом получаются ФНЧ третьего порядка. Обычно, ввиду меньшего количества катушек, предпочитают П-образные звенья.

Рис.3

ФВЧ конструируют подобным же образом, лишь катушки заменяются конденсаторами, а конденсаторы – катушками.

Широкополосные полосовые LC – фильтры получают каскадным соединением ФНЧ и ФВЧ.

Что касается многозвенных LC-фильтров высоких порядков, то более грамотным решением (по сравнению с последовательным соединением фильтров низших порядков) будет построение подобных устройств с использованием полиномов товарищей Чебышева или Баттерворта.

Именно такие фильтры 3-го, 5-го и 7-го порядков мы и рассмотрим на следующей странице.

LC – фильтры я оставил на десерт, подобно бутылке благородного вина, покрытой слоем вековой пыли. Это антиквариат, который на Сотбисе не купишь!

Как ни крути, а не получил бы Александр Степаныч наш Попов звание почётного инженера-электрика, не направь он искровой разряд напрямик в колебательный контур для обретения благословения свыше и резонанса с передающей антенной.
И заскучала бы братва копателей свободной энергии эфира, не изобрети Никола Тесла свой резонансный трансформатор и электрический автомобиль с неведомой коробочкой. А то и вовсе, заширялась бы в подъездах, лишённая идей вселенского масштаба.

И начнём мы с расчёта самого простого LC-фильтра – колебательного контура.

Включённый по приведённой на рис.1 схеме, он представляет собой узкополосный полосовой фильтр, настроенный на частоту fо= 1/2π√ LС .
На резонансной частоте сопротивление контура равно:
Rо = pQ, где р – характеристическое сопротивление, равное реактивному сопротивлению катушки и конденсатора.
Оно в свою очередь рассчитывается по формуле р = √ L/C .

На низких (звуковых) частотах конденсаторы практически не вносят потерь, поэтому добротность контура равна добротности катушки индуктивности, величина которой напрямую зависит от активного сопротивления катушки. Чем ниже частота, тем больше витков и тоньше провод, тем проще его измерить тестером. Если эта попытка удалась, то Q=2πfL/R, где R – активное сопротивление катушки индуктивности.
На радиочастотах значение активного сопротивления катушки может составлять доли ома, поэтому для расчёта добротности надо – либо найти сопротивление в Омах по формуле R= 4ρ*L/(πd²), где ρ — удельное сопротивление меди, равное 0,017 Ом•мм²/м, L – длина в метрах, d – диаметр провода в мм, либо вооружиться генератором сигналов, каким-либо измерителем уровня выходного сигнала с высоким внутренним сопротивлением, и определить добротность экспериментально.
К тому же на высоких частотах возможно проявление влияния добротности конденсатора, особенно если он окажется варикапом, хотя современные недорогие керамические изделия (например, фирмы Murata) имеют значение параметра добротности – не менее 800.

Нарисуем табличку с расчётом фильтра для низкочастотных приложений.

ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ НЧ.

Если параметр активного сопротивления катушки R опущен, его значение принимается равным 200 омам.
Необходимо отметить, что все полученные в таблице данные верны и для последовательного колебательного контура. При этом, если мы хотим использовать свойства контура полностью, т. е. получить острую резонансную кривую, соответствующую конструктивной добротности, то параллельный контур надо нагружать слабо, выбирая R1 и Rн намного больше Rо (на практике десятки кОм), для последовательного же контура, сопротивление генератора R1 наоборот должно быть на порядок меньше характеристического сопротивления ρ.

Теперь, нарисуем таблицу для расчёта высокочастотных резонансных контуров.
Тут на добротность влияет не только активное сопротивление катушек, но и другие факторы, такие как – потери в ферритах, наличие экрана, эффект близости витков и т. д. Поэтому вводить этот параметр в качестве входного я не стану – будем считать, что добротность катушки вы измерили, или подсмотрели в документации на готовые катушки. Естественным образом значение добротности катушки должно измеряться на резонансной частоте контура, ввиду прямой зависимости этой величины от рабочей частоты (Q=2πfL/R).

К тому же я добавлю сюда параметр добротности конденсатора, особенно актуальный в случае применения варикапов.
По умолчанию (для желающих оставить эти параметры без внимания), добротность катушки примем равной 100, конденсатора – 1000, а для испытывающих стремление измерить эти параметры в радиолюбительских условиях, рекомендую посетить страницу ссылка на страницу .

ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ ВЧ.

Теперь плавно переходим к LC фильтрам верхних и нижних частот (ФВЧ и ФНЧ).


Рис.2

Крутизна спада АЧХ этих фильтров в полосе подавления – 12 дБ/октаву, коэффициент передачи в полосе пропускания К=1 при R1 << ρ << Rн, где R1 – внутреннее сопротивление генератора, Rн – сопротивление нагрузки, а ρ – характеристическое сопротивление фильтра.
Однако наилучшие параметры, с точки зрения равномерности АЧХ и передачи максимальной мощности в нагрузку, обеспечиваются при R1=Rн=ρ. В этом случае фильтр является согласованным, правда коэффициент передачи в полосе пропускания становится равным К=0.5.
Ну да ладно, ближе к делу.

ТАБЛИЦА LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

А если надо рассчитать L и C при известных значениях Fср и ρ ? Не вопрос,

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

Данные ФВЧ и ФНЧ называются Г-образными.
Для получения более крутых скатов АЧХ используют два или более Г-образных звеньев, соединяя их последовательно, чтобы образовать Т-образное звено (на Рис.3 сверху), или П-образное звено (на Рис.3 снизу). При этом получаются ФНЧ третьего порядка. Обычно, ввиду меньшего количества катушек, предпочитают П-образные звенья.


Рис.3

ФВЧ конструируют подобным же образом, лишь катушки заменяются конденсаторами, а конденсаторы – катушками.

Широкополосные полосовые LC – фильтры получают каскадным соединением ФНЧ и ФВЧ.

Что касается многозвенных LC-фильтров высоких порядков, то более грамотным решением (по сравнению с последовательным соединением фильтров низших порядков) будет построение подобных устройств с использованием полиномов товарищей Чебышева или Баттерворта.

Именно такие фильтры 3-го, 5-го и 7-го порядков мы и рассмотрим на следующей странице.

В статье речь пойдёт про расчёт простейших фильтрующих цепей для сглаживания широтно-импульсной модуляции. Что такое ШИМ, где он применяется и как его реализовать читайте в отдельной статье.

Первое, на чём следует заострить внимание – это назначение цепи, для которой вы собрались строить фильтр. Немного упрощая схемы с ШИМ можно поделить на два типа:

  • Сигнальные цепи с ШИМ
  • Силовые цепи с ШИМ

Примером сигнального ШИМ служит, например, простейший ЦАП, под силовым ШИМ чаще всего имеется ввиду ШИМ-сигнал на выходе силовых ключей, например в импульсных источниках питания (ИИП). Строго говоря, в источниках питания сам сигнал ШИМ тоже используется в сигнальной цепи (управление транзисторами) и на выходе таких источников сигнал повторяет форму управляющих сигналов, однако имеет более высокую мощность, потому они требуют фильтров позволяющих пропускать большие мощности.

Фильтрация ШИМ в сигнальных цепях


Рис.1. Простейший фильтр нижних частот – интегрирующая RC-цепь и её АЧХ.

Основная характеристика фильтра это частота среза (на рисунке 1 обозначена угловая частота среза – ωс) – амплитуда колебаний данной данной частоты на выходе фильтра ослабляется до уровня

0.707 (-3 Дб) от входного значения. Частота среза определяется по следующей формуле:

Тут R и С – сопротивление резистора в омах и ёмкость конденсатора в фарадах. Необходимо помнить, что для корректной работы сглаживающего фильтра постоянная времени RC-цепочки (τ = R · C) должна быть как можно меньше периода ШИМа, тогда за один период не будет происходить полный заряд-разряд конденсатора.

Следующий важный параметр, позволяющий расчитать ослабление колебаний на заданной частоте это коэффициент передачи фильтра – это отношение K = Uвых/Uвх. Для данной RC-цепочки коэффициент передачи рассчитывается следующим образом:

Зная эти формулы и учтя постоянное падение напряжения на резисторе можно приближённо рассчитать фильтр с нужными характеристиками – например, задавшись имеющейся ёмкостью, либо необходимым уровнем пульсаций.

Калькулятор ШИМ-фильтра на RC-цепочке

Входные данные: Расчётные значения:
Частота ШИМ Гц
Коэффициент заполнения ШИМ
(duty cycle)
%
Напряжение на входе В
Сопротивление резистора фильтра Ом
Сопротивление нагрузки Rн Ом
Ёмкость конденсатора мкФ
Частота среза RC-фильтра – Гц Амплитуда пульсаций на частоте ШИМ – В Коэффициент пульсаций на выходе – % Напряжение на выходе
(с учётом потерь на резисторе фильтра) – В

Постоянная времени RC-цепи

Постоянная времени цепи (R · C) не должна быть сильно меньше периода ШИМ!

Потери на резисторе фильтра
(не менее) – Вт

Обратите внимание – если вы хотите получать из ШИМ-сигнала сглаженный синусоидальный сигнал, необходимо чтобы частота среза фильтра была выше максимальной частоты сигнала, а значит частота ШИМ должна быть ещё выше.

Фильтрация ШИМ в силовых цепях


Рис.2. Фильтр нижних частот на LC-контуре и его АЧХ.

LC-фильтр представляет из себя элементарный колебательный контур, который имеет собственную частоту резонанса, поэтому его реальная АЧХ будет несколько отличаться от АЧХ, приведённой на рисунке 2.

Поскольку речь в данной статье идёт о фильтре для силовых цепей, при расчёте фильтра нужно учитывать, что основная гармоника входящего напряжения тоже должна ослабляться фильтром, следовательно, его резонансная частота должна быть ниже частоты ШИМ.

Формула для расчёта частоты резонанса LC-контура:

f = 1/(2 · π · (L · C) 0.5 )

Если частота резонанса контура совпадёт с частотой ШИМ, LC-контур может перейти в режим генерации, тогда на выходе может случиться конфуз, посему предлагаю вам данного недоразумения тщательно избегать. Кроме того, при проектировании данного фильтра есть ещё несколько нюансов, которые неплохо бы соблюдать для получения желаемого результата, а именно:

    Для исключения резонансных явлений на одной из высокочастотных гармонических составляющих ёмкость конденсатора желательно находить из условия равенства волнового сопротивления фильтра сопротивлению нагрузки:
  • Для сглаживания пульсаций таким фильтром желательно, чтобы ёмкостное сопротивление конденсатора для низшей частоты пульсации было как можно меньше сопротивления нагрузки, а также много меньше индуктивного сопротивления дросселя для первой гармоники.
  • Комплексный коэффициент передачи LC-фильтра рассчитывается по следующей формуле:

    где n – номер гармонической составляющей входного сигнала, i – мнимая единица, ω = 2πf, L – индуктивность дросселя (Гн), C – ёмкость конденсатора (Ф), R – сопротивление нагрузки (Ом).

    Из формулы очевидно, что чем выше гармоника, тем лучше она подавляется фильтром, следовательно, достаточно рассчитывать уровень только для первой гармоники.

    Чтобы перейти от комплексного представления коэффициента передачи к показательному, нужно найти модуль комплексного числа. Для тех, кто (как и я) спал на парах матана в институте, напомню, модуль комплексного числа считается очень просто:

    r = |Z| = (x 2 + y 2 ) 0.5

    Так как у нас в формуле коэффициента дробь, просто так сходу посчитать модуль не получится и проще всего посчитать это всё, например в MathCad’е. А для тех, кому лень делать всё самим, я запилил весь расчёт в этот прекрасный калькулятор. Пользуйтесь:

    Калькулятор силового ШИМ-фильтра на LC-контуре

    Частота ШИМ Гц
    Коэффициент заполнения ШИМ
    (duty cycle)
    %
    Напряжение на входе В
    Сопротивление нагрузки Ом
    Индуктивность катушки мГн
    Ёмкость конденсатора мкФ
    Амплитуда пульсаций на частоте ШИМ В
    Резонансная частота контура Гц
    Напряжение на выходе
    (потери не учитываются)
    В

    Обратите внимание – при использовании LC-фильтра следует помнить, что из-за наличия в цепи индуктивности, на выходе могут появляться выбросы обратной полярности. Если полярность импульсов на входе не изменяется (например для изменения направления вращения двигателя) для ограничения амлитуды отрицательных выбросов параллельно конденсатору (?) можно включать диод Шоттки.

    Фильтр вч схема | Assa59.ru

    Первая схема с неинвертирующим включением ОУ, вторая – с инвертирующим.
    Это фильтр первого порядка с ослаблением ненужного сигнала – крутизной – 6дБ на октаву. Определить частоту среза можно, рассчитывая реактивное сопротивление конденсатора. Когда оно станет равным сопротивлению резистора, включенного последовательно с конденсатором – это будет самое то.
    Формула следующая:

    Где F – частота в Герцах, C – емкость в Фарадах, Ec – сопротивление в Омах.
    Если крутизна фильтра первого порядка кажется недостаточной, можно справить фильтр второго порядка – с крутизной 12 дБ на октаву как показано на рисунке.

    Это – так называемый, фильтр Баттерворта. Назван так, в честь товарища Баттерворта, который изобрел много чего математического, в том числе функции полиномиального вида, которыми впоследствии физики описали АЧХ и прочие физические проявления природы. (Спасибо Оля-ля за уточнение личности гражданина Баттерворта.)
    Чтобы посчитать его граничную частоту можно воспользоваться следующими соотношениями:
    R1=R2; С1=2С2;

    При выборе резисторов надо учесть, что их номиналы должны лежать в пределах 10-100 кОм, поскольку выходное сопротивление фильтра растет вместе с частотой и если номиналы резисторов выходят за вышеуказанные рамки это может сказаться на работе фильтра. Отрицательно, разумеется – иначе зачем предупреждать?

    Фильтр Низких Частот (ФНЧ, Low-Pass – как угодно)
    Работа этого фильтра прямо противоположна предыдущему – он отрезает сигнал, частота которого выше частоты среза. В принципе, все то же самое, что и в предыдущем случае, только конденсатор включается не последовательно с резистором, а параллельно ему.

    Первая схема – неинвертирующее включение, вторая – инвертирующее. Частота среза считается ровно таким же способом, как и в случае ФВЧ.

    Ну и схема фильтра второго порядка – того же самого гражданина Баттерворта.

    Опять же – считается все точно так же, как было описано выше.

    Полосовой Фильтр (Band-Pass)
    Полосовой фильтр применяется в тех случаях, когда необходимо выделить некую полосу частот из всего спектра. Например, в спектроанализаторах или вроде того.

    Формулы расчета приводить тут не буду – дюже они забористые. Для расчета полосовых фильтром советую воспользоваться замечательной программой – Filter Wiz Pro от Schematica Software. Впрочем, ей так же можно воспользоваться и для расчетов любых других фильтров.

    Фильтр-пробка (Notch Filter)
    Если вам нужно ослабить (практически до нуля) некую выбранную частоту, то это фильтр как раз для вас.

    Формула расчета вот такая:

    где R=R3=R4, C=C1=C2;
    При построении этого фильтра очень важна точность номиналов компонентов – от этого зависит степень “убивания” выбранной частоты. Так, при применении резисторов и конденсаторов с допуском 1%, можно получить ослабление частоты до 45дБ, хотя, теоретически, можно добиться и 60дБ. Например, если вы хотите грохнуть ненавистную всем частоту 50Гц, то берем следующие номиналы: R1=R2=10кОм, R3=R4=68кОм, С1=С2=47нФ.

    Фильтр-пробка с двойным Т-мостом.

    С помощью этого фильтра можно не только ослаблять выбранную частот, но и регулировать степень её ослабления переменным резистором R4. Формула расчета номиналов такая же, как и в предыдущем случае.

    С фильтрами все, в следующей части еще кое-что интересное.

    Схемы пассивных LC фильтров

    Наиболее известными пассивными фильтрами являются LC фильтры, названные так потому, что строятся при помощи индуктивностей L и емкостей C. В настоящее время наиболее распространены сетевые фильтры или антенные фильтры.

    Простейшим LC фильтром является колебательный контур, в котором могут возникать затухающие колебания, но нас интересует то его свойство, что LC-контур обладает частотной зависимостью коэффициента передачи. Колебательный контур может быть использован для реализации полосового фильтра. На рисунке 1 приведена схема параллельного колебательного контура, реализующая простейший пассивный LC фильтр.


    Рисунок 1. Схема пассивного полосового фильтра на параллельном колебательном контуре

    Пример амплитудно-частотной характеристики приведенной на рисунке 1 схемы LC фильтра приведен на рисунке 2.


    Рисунок 2. Амплитудно-частотная характеристика схемы пассивного фильтра на параллельном контуре

    По графику амплитудно-частотной характеристики данного LC фильтра можно определить, что его схема обладает одним полюсом и двумя нулями коэффициента передачи. Один ноль АЧХ соответствует нулевой частоте (постоянному току). Он определяется нулевым сопротивлением индуктивности на нулевой частоте. Второй ноль АЧХ приходится на частоту, равную бесконечности. Этот ноль соответствует нулевому сопротивлению конденсатора на бесконечной частоте. Именно наличием нулей объясняется несимметричность амплитудно-частотной характеристики полосовых LC фильтров. Во всех рассуждениях принимается, что конденсаторы и индуктивности идеальны, в реальных схемах LC фильтров придется учитывать паразитные составляющие элементов схемы.

    На графике амплитудно-частотной характеристики пассивного фильтра, приведенной на рисунке 2, отчетливо видна несимметричность, которую приходится учитывать при переходе от полосового фильтра к ФНЧ-прототипу. Еще одна особенность, которая бросается в глаза на данном графике, это коэффициент передачи, больший единицы. В приведенном примере более 50 дБ. Выходной сигнал больше входного почти в тысячу раз! Пассивный LC фильтр обладает усилением? Нет и еще раз нет! Увеличено выходное напряжение, но ток при этом уменьшен. Просто этот фильтр трансформирует сопротивление. Его входное сопротивление меньше выходного. Параллельный контур нельзя шунтировать малым сопротивлением. LC фильтр, показанный на рисунке 1, работает подобно обычному трансформатору напряжения.

    Полюс в схеме пассивного фильтра, приведенной на рисунке 1, реализуется параллельным LC контуром. Поэтому остановимся на свойствах параллельного контура подробнее. Известно, что в параллельном контуре возникает резонанс на частоте, определяемой следующей формулой:

    (1),

    Именно эта резонансная частота LC контура определяет частоту полюса пассивного фильтра. Следующим важным параметром параллельного LC контура (и полюса передачи разрабатываемого LC фильтра) является добротность. Добротность параллельного LC контура определяется как отношение его резонансной частоты к полосе пропускания амплитудно-частотной характеристики по уровню 3 дБ:

    (2),

    В схеме пассивного LC фильтра, приведенной на рисунке 1, добротность контура определяет, насколько напряжение на выходе схемы будет больше напряжения, поданного на его вход. Одновременно на выходе схемы уменьшится ток, отдаваемый в нагрузку.

    Добротность параллельного LC контура зависит от многих факторов. Различают конструктивную добротность контура и нагруженную добротность. Конструктивная добротность зависит от качества исполнения элементов контура (индуктивностей и конденсаторов), а нагруженная добротность LC контура учитывает влияние сопротивления нагрузки.

    (3),

    Следует отметить, что схема пассивного LC фильтра, приведенная на рисунке 1, реализует не только полюс амплитудно-частотной характеристики, но и два нуля. Конденсатор C1 обеспечивает нулевой коэффициент передачи на частоте, стремящейся к бесконечности. Индуктивность L1 обеспечивает нулевой коэффициент передачи фильтра на нулевой частоте (постоянном токе). Подобная схема LC фильтра подходит для реализации полосовых фильтров Баттерворта и фильтров Чебышева.

    Подобным же образом может работать и последовательный LC контур. Для этого он должен быть подключен между источником сигнала и нагрузкой. Пример включения последовательного LC контура для реализации полюса передачи амплитудно-частотной характеристики приведен на рисунке 3.


    Рисунок 3. Схема LC фильтра на последовательном колебательном контуре

    Особенность данной схемы пассивного фильтра заключается в том, что сопротивление источника сигнала R1 и нагрузки R2 должны быть как можно меньше при реализации полюса большей добротности. Это связано с тем, что в схеме LC фильтра, реализованной на последовательном контуре, используется резонанс токов.

    Амплитудно-частотная характеристика пассивного фильтра, реализованного на последовательном LC контуре, ничем не отличается от АЧХ фильтра, реализованного на параллельном LC контуре. Амплитудно-частотная характеристика, приведенная на рисунке 2, может быть получена и схемой LC фильтра, приведенной на рисунке 3.

    Для реализации фильтра низких частот LC контур в схеме пассивного фильтра можно включить немного по-другому. Например, так, как показано на рисунке 4.


    Рисунок 4. Схема пассивного фильтра на LC контуре

    В этом случае нули функции передачи, формируемые индуктивностью L1, и ёмкостью C1, совпадут и будут расположены на частоте, равной бесконечности. Амплитудно-частотная характеристика при этом преобразуется к виду, приведенному на рисунке 5.


    Рисунок 5. Амплитудно-частотная характеристика схемы пассивного НЧ фильтра на LC контуре

    Подобная схема пассивного фильтра подходит для реализации фильтра низких частот с аппроксимацией АЧХ по Баттерворту или Чебышеву. Тем не менее, LC фильтр c АЧХ, показанной на рисунке 5 (очень высокая добротность контура), может использоваться как полосовой фильтр, приводящий сопротивление нагрузки к сопротивлению источника сигнала.

    Аналогичным образом может быть реализована схема LC фильтра высоких частот. Для реализации фильтра высоких частот в схеме пассивного фильтра необходимо оба нуля фунции передачи передвинуть на нулевую частоту (постоянный ток). Для этого схему LC контура включают следующим образом:


    Рисунок 6. Схема пассивного фильтра высоких частот на LC контуре

    Амплитудно-частотная характеристика данной схемы LC фильтра приобретает вид, показанный на рисунке 7. Естественно, для фильтра высоких частот обычно добротность выбирается меньше показанной на рисунке, и тогда она приобретает вид АЧХ фильтра Чебышева или Баттерворта.


    Рисунок 7. Амплитудно-частотная характеристика схемы пассивного ВЧ фильтра на LC контуре

    Наличия полюсов достаточно для реализации фильтров Чебышева, Баттерворта и Бесселя. Все рассмотренные выше схемы являются цепями второго порядка. Для реализации LC фильтров более высокого порядка их можно соединять последовательно. В качестве примера на рисунке 7 приведены схемы пассивных LC фильтров низкой частоты.





    Рисунок 8. Схемы пассивных LC фильтров низкой частоты

    Точно так же реализуются и фильтры Чебышева, Баттерворта и Бесселя высокой частоты. Отличие заключается в том, что индуктивность пересчитывается в емкость, а емкость пересчитывается в индуктивность. Полученные схемы пассивных фильтров высокой частоты приведены на рисунке 9.





    Рисунок 9. Схемы пассивных LC фильтров высокой частоты

    Применение расчета фильтров через ФНЧ-прототип позволяет рассчитать и полосовые фильтры. Преобразование фильтра низких частот в полосовой фильтр осуществляется заменой емкостей ФНЧ прототипа параллельными контурами, а индуктивностей — последовательными. Пример полосовых фильтров приведен на рисунке 10.



    Рисунок 10. Схемы пассивных полосовых LC фильтров

    В настоящее время пассивные LC фильтры рассчитываются при помощи специализированных программ, наиболее известные из которых входят в состав программных пакетов MicroCAP и AWR Office. Однако продолжают сохранять актуальность справочники по расчету фильтров такие как Ханзел Г. Е. Справочник по расчету фильтров [2] и Зааль Р. Справочник по расчету фильтров [1].

    Следует отметить, что фильтры, рассчитываемые в MicroCAP и у Ханзела имеют одинаковое входное и выходное сопротивления, а фильтры, расчитываемые в AWR Office и у Зааля позволяют одновременно осуществлять трансформацию сопротивлений. Это свойство пассивных LC фильтров очень полезно при разработке высокочастотных усилителей (УВЧ).

    Что касается полосовых LC фильтров, то в настоящее время они практически вытеснены кварцевыми или ПАВ-фильтрами, в области относительно низких частот (сотни килогерц) пьезокерамическими фильтрами. Исключение составляют перестраиваемые LC фильтры.

    Это связано с достаточно высокой стоимостью изготовления индуктивностей, которые наматываются на ферритовых сердечниках. В случае сетевых фильтров, где широко применяются кольцевые ферритовые сердечники стоимость дополнительно повышается из-за сложности намотки обмотки индуктивности.

    Вместе со статьёй “Схемы пассивных фильтров” читают:

    Онлайн расчёт LC – фильтров.


    Калькуляторы ФНЧ, ФВЧ, резонансных, полосовых LC – фильтров.

    LC – фильтры я оставил на десерт, подобно бутылке благородного вина, покрытой слоем вековой пыли. Это антиквариат, который на Сотбисе не купишь!

    Как ни крути, а не получил бы Александр Степаныч наш Попов звание почётного инженера-электрика, не направь он искровой разряд напрямик в колебательный контур для обретения благословения свыше и резонанса с передающей антенной.
    И заскучала бы братва копателей свободной энергии эфира, не изобрети Никола Тесла свой резонансный трансформатор и электрический автомобиль с неведомой коробочкой. А то и вовсе, заширялась бы в подъездах, лишённая идей вселенского масштаба.

    И начнём мы с расчёта самого простого LC-фильтра – колебательного контура.

    Включённый по приведённой на рис.1 схеме, он представляет собой узкополосный полосовой фильтр, настроенный на частоту fо= 1/2π√ LС .
    На резонансной частоте сопротивление контура равно:
    Rо = pQ, где р – характеристическое сопротивление, равное реактивному сопротивлению катушки и конденсатора.
    Оно в свою очередь рассчитывается по формуле р = √ L/C .

    На низких (звуковых) частотах конденсаторы практически не вносят потерь, поэтому добротность контура равна добротности катушки индуктивности, величина которой напрямую зависит от активного сопротивления катушки. Чем ниже частота, тем больше витков и тоньше провод, тем проще его измерить тестером. Если эта попытка удалась, то Q=2πfL/R, где R – активное сопротивление катушки индуктивности.
    На радиочастотах значение активного сопротивления катушки может составлять доли ома, поэтому для расчёта добротности надо – либо найти сопротивление в Омах по формуле R= 4ρ*L/(πd²), где ρ — удельное сопротивление меди, равное 0,017 Ом•мм²/м, L – длина в метрах, d – диаметр провода в мм, либо вооружиться генератором сигналов, каким-либо измерителем уровня выходного сигнала с высоким внутренним сопротивлением, и определить добротность экспериментально.
    К тому же на высоких частотах возможно проявление влияния добротности конденсатора, особенно если он окажется варикапом, хотя современные недорогие керамические изделия (например, фирмы Murata) имеют значение параметра добротности – не менее 800.

    Нарисуем табличку с расчётом фильтра для низкочастотных приложений.

    ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ НЧ.

    Если параметр активного сопротивления катушки R опущен, его значение принимается равным 200 омам.
    Необходимо отметить, что все полученные в таблице данные верны и для последовательного колебательного контура. При этом, если мы хотим использовать свойства контура полностью, т. е. получить острую резонансную кривую, соответствующую конструктивной добротности, то параллельный контур надо нагружать слабо, выбирая R1 и Rн намного больше Rо (на практике десятки кОм), для последовательного же контура, сопротивление генератора R1 наоборот должно быть на порядок меньше характеристического сопротивления ρ.

    Теперь, нарисуем таблицу для расчёта высокочастотных резонансных контуров.
    Тут на добротность влияет не только активное сопротивление катушек, но и другие факторы, такие как – потери в ферритах, наличие экрана, эффект близости витков и т. д. Поэтому вводить этот параметр в качестве входного я не стану – будем считать, что добротность катушки вы измерили, или подсмотрели в документации на готовые катушки. Естественным образом значение добротности катушки должно измеряться на резонансной частоте контура, ввиду прямой зависимости этой величины от рабочей частоты (Q=2πfL/R).
    К тому же я добавлю сюда параметр добротности конденсатора, особенно актуальный в случае применения варикапов.
    По умолчанию (для желающих оставить эти параметры без внимания), добротность катушки примем равной 100, конденсатора – 1000, а для испытывающих стремление измерить эти параметры в радиолюбительских условиях, рекомендую посетить страницу ссылка на страницу .

    ТАБЛИЦА ДЛЯ LC- РЕЗОНАНСНОГО (ПОЛОСОВОГО) ФИЛЬТРА ДЛЯ ВЧ.

    Теперь плавно переходим к LC фильтрам верхних и нижних частот (ФВЧ и ФНЧ).

    Рис.2

    Крутизна спада АЧХ этих фильтров в полосе подавления – 12 дБ/октаву, коэффициент передачи в полосе пропускания К=1 при R1 Однако наилучшие параметры, с точки зрения равномерности АЧХ и передачи максимальной мощности в нагрузку, обеспечиваются при R1=Rн=ρ. В этом случае фильтр является согласованным, правда коэффициент передачи в полосе пропускания становится равным К=0.5.
    Ну да ладно, ближе к делу.

    ТАБЛИЦА LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

    А если надо рассчитать L и C при известных значениях Fср и ρ ? Не вопрос,

    ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ LC- ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ и НИЖНИХ ЧАСТОТ.

    Данные ФВЧ и ФНЧ называются Г-образными.
    Для получения более крутых скатов АЧХ используют два или более Г-образных звеньев, соединяя их последовательно, чтобы образовать Т-образное звено (на Рис.3 сверху), или П-образное звено (на Рис.3 снизу). При этом получаются ФНЧ третьего порядка. Обычно, ввиду меньшего количества катушек, предпочитают П-образные звенья.

    Рис.3

    ФВЧ конструируют подобным же образом, лишь катушки заменяются конденсаторами, а конденсаторы – катушками.

    Широкополосные полосовые LC – фильтры получают каскадным соединением ФНЧ и ФВЧ.

    Что касается многозвенных LC-фильтров высоких порядков, то более грамотным решением (по сравнению с последовательным соединением фильтров низших порядков) будет построение подобных устройств с использованием полиномов товарищей Чебышева или Баттерворта.

    Именно такие фильтры 3-го, 5-го и 7-го порядков мы и рассмотрим на следующей странице.

    Поделиться с друзьями:

    Твитнуть

    Поделиться

    Поделиться

    Отправить

    Класснуть

    Фильтр вч схема Ссылка на основную публикацию

    7.4 Фильтры нижних частот

    Простейшим фильтром нижних частот является RC – фильтр, схема которого и его частотные характеристики представлены на рис. 68. Комплексная амплитуда Y(ω) выходного напряжения y(t) связана с комплексной амплитудой Z(ω) входного напряжения z(t) соотношением, обычным для схемы делителя напряжения:

    .

    АФЧХ фильтра составляет:

    .

    Произведение активного сопротивления фильтра на емкость конденсатора имеет размерность времени и называется постоянной времени T=RC, обратная величина образует круговую частоту среза. Соответствующая линейная частота равна. АЧХ и ФЧХ фильтра составляют соответственно:

    ,

    .

    Графики АЧХ и ФЧХ фильтра представлены на рис. 7.4 при частоте среза . При условииАЧХ фильтра принимает значение.

    Диапазон частот от 0 до называется полосой пропускания или диапазоном прозрачности фильтра, диапазон частот отдо бесконечности образует полосу задержания. В полосе пропускания АЧХ фильтра изменяется в диапазоне от единицы до 0.707, в полосе задержания – от 0.707 до нуля.

    Простейший RC – фильтр еще очень далек от идеального фильтра. Однако и такой фильтр способен в значительной степени повысить отношение «сигнал – шум».

    Пусть, например, на вход фильтра подается сигнал в смеси с высокочастотным шумом , то есть

    .

    Мощность гармонического колебания равна половине квадрата амплитуды, поэтому отношение «сигнал – шум» равно 100. На выходе фильтра образуется сигнал:

    Полезный сигнал немного уменьшился по амплитуде, но отношение «сигнал – шум» увеличилось до 400, то есть в четыре раз.

    На рис. 7.5 изображен графиксигналав аддитивной смеси с шумом. Видно, что гармоника сильно искажена. Рядом нарисован выходной сигнал фильтра низких частот с граничной частотой- результат фильтрации. Получается почти чистая гармоника, но она запаздывает по времени относительно исходного сигнала. Это запаздывание равно постоянной времени фильтра, то есть 0.001 с.

    Для более четкой фильтрации используются фильтры более высоких порядков. Наибольшее распространение получили следующие типы фильтров низких частот.

    1.Фильтры Баттерворда – фильтры с максимально плоской амплитудно – частотной характеристикой в полосе пропускания. АЧХ фильтра Баттерворда порядка определяется выражением

    ,

    где n – порядок фильтра. При усиление фильтра равноне зависимо от порядка фильтра. Поэтому АЧХ фильтров Баттерворда любого порядка проходят через одну и ту же точку, отделяющую полосу пропускания фильтра от полосы задержания (рис. 70).

    На рис. 7.6 представлены графики АЧХ фильтров Баттерворда порядков при одной и той же частоте среза. Приn=1 имеем уже рассмотренный простейший RC – фильтр с довольно пологой характеристикой. По мере увеличения порядка фильтра крутизна спада его амплитудно – частотной характеристики возрастает, полосы пропускания и задержания вырисовываются все более четко.

    Анализ графиков на рис. 7.6 позволяет также сделать вывод о том, что не имеет большого смысла повышать порядок фильтра выше четвертого, поскольку при больших порядках фильтра крутизна спада его АЧХ возрастает все более и более медленно.

    Проектирование фильтра Баттерворда заключается в следующем:

    • выбирается порядок фильтра в зависимости от требуемой крутизны спада его амплитудно – частотной характеристики,

    • подбирается электронная схема построения фильтра,

    • подбираются параметры схемы, при которых АЧХ фильтра совпадает с АЧХ фильтра Баттерворда соответствующего порядка.

    Так на рис. 7.7 представлен активный фильтр низких частот 2-го порядка по схеме Саллена – Ку. Фильтр состоит из операционного усилителя AR3, охваченного соответствующим образом сформированными цепями положительной и отрицательной обратных связей. Емкости и сопротивления резисторов принимаются одинаковыми и равными С4=С5=C и R8=R9=R, сопротивления плеч делителя напряжения на выходе схемы принимаются равными R6 и R7=(α-1)·R6. АФЧХ фильтра Саллена – Ку имеет следующее выражение:

    .

    Вычислим амплитудно – частотную характеристику фильтра:

    Для того, чтобы рассматриваемый фильтр стал фильтром Баттерворда 2-го порядка, необходимо, чтобы коэффициент при в знаменателе этого выражения обратился в нуль:

    В этом случае амплитудно – частотная характеристика фильтра повторяет АЧХ фильтра Баттерворда 2-го порядка с частотой среза :

    .

    Уже из этого примера видно, что построение хорошего фильтра требует его точной регулировки (выбора соотношения плеч делителя напряжения R6, R7) и точной подгонки значений емкостей и сопротивлений. Еще более сложной задачей является построение и регулировка фильтров более высокого порядка. Поэтому редко используются фильтры Баттерворда порядка выше пятого.

    2. Фильтры Чебышева 1-го рода.

    Основой построения фильтров Чебышева являются полиномы Чебышевапорядкаn. Они замечательны тем, что на интервале значений переменной колеблются между –1 и +1 вне зависимости от порядка полиномов. Именно это обстоятельство, как мы увидим немного позднее, и позволяет построить фильтры с заранее заданными свойствами.

    Первые шесть полиномов Чебышева имеют следующий вид:

    Они изображены графически на рис. 7.8. Порядок полинома совпадает с его наивысшей степенью. С увеличением порядка полинома он приобретает все более колебательный характер, изменяясь от –1 до +1 и все более круто возрастая по мере приближения аргумента к единице.

    Фильтром Чебышева 1-го рода порядка n называется фильтр, амплитудно – частотная характеристика которого описывается выражением

    где ε – коэффициент, определяющий неравномерность амплитудно – частотной характеристики фильтра в полосе пропускания. В полосе пропускания АЧХ колеблется в диапазоне от 1 до , а за пределами полосы пропускания монотонно убывает до нуля. На рис. 7.9 представлены амплитудно – частотные характеристики фильтров Чебышева первых шести порядков при ε=0.4 для частоты среза. Видно, насколько велика крутизна спада АЧХ при частотах, больших частоты среза. Повышение порядка фильтра делает спад все более и более крутым, однако не имеет большого смысла увеличивать порядок фильтра свыше пятого.

    Проектирование фильтра Чебышева заключается в следующем:

    • выбирается частота среза и порядок фильтра в зависимости от требуемой крутизны спада его амплитудно – частотной характеристики,

    • подбирается электронная схема построения фильтра,

    • подбираются параметры схемы, при которых АЧХ фильтра совпадает с АЧХ фильтра Чебышева соответствующего порядка.

    Так АЧХ фильтра Чебышева 2-го порядка должна иметь вид:

    .

    Если для построения фильтра использовать схему Саллена — Ку, представленную на рис. 71, с амплитудно – частотной характеристикой

    ,

    то, приравнивая коэффициенты при соответствующих степенях частоты, получим:

    ,

    Этих соотношений достаточно для определения всех параметров фильтра.

    3. Фильтры Чебышева 2-го рода или инверсные фильтры Чебышева. Выражение для амплитудно – частотной характеристики фильтра имеет несколько иной вид:

    .

    Благодаря такой структуре амплитудно – частотная характеристика фильтра плавно спадает в полосе пропускания до значения и затухает до нуля, колеблясь в соответствии с характером изменения полинома Чебышева. На рис. 7.9 представлены амплитудно – частотные характеристики инверсных фильтров Чебышева первого, третьего и пятого порядков, построенные при ε=10 для частоты среза. В отличии от предыдущего случая полоса пропускания здесь гораздо меньше частоты среза и существенно зависит от порядка фильтра, но в области затухания АЧХ отличается от нуля не более, чем на.

    ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЛЬТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

    1.8. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

    1.8. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ Общие сведения. Электрический фильтр это устройство, пропускающее электрические колебания одних частот и подавляющее электрические колебания других. Диапазон частот, в котором

    Подробнее

    Лекция 12 Активные фильтры. План

    Лекция 2 Активные фильтры План Введение 2 Общее математическое описание фильтров 3 Классификация фильтров 4 Схемы активных фильтров 5 Особенности проектирования активных фильтров 6 Активные фильтры на

    Подробнее

    . Значит, спектральная функция. i t

    2. Преобразования импульсов в линейных электрических цепях. Линейными называются преобразования, которые не добавляют в спектр сигнала более высоких гармоник. Наиболее распространенные линейные преобразования

    Подробнее

    ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

    Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Физико-технический факультет Кафедра оптоэлектроники

    Подробнее

    Электрические фильтры. План

    I. Понятие электрического фильтра II. Классификация фильтров III. Расчет фильтров Электрические фильтры План I.Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания

    Подробнее

    1. Пассивные RC цепи

    . Пассивные цепи Введение В задачах рассматриваются вопросы расчета амплитудно-частотных, фазочастотных и переходных характеристик в пассивных — цепях. Для расчета названных характеристик необходимо знать

    Подробнее

    Лекция 31 АНАЛОГОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

    3 Лекция 3 АНАЛОГОВЫЕ ФИЛЬТРЫ План. Общие сведения об электронных фильтрах.. Передаточные функции аналоговых фильтров. 3. Пассивные LC-фильтры. 5. Активные RC-фильтры. 4. Выводы.. Общие сведения об электронных

    Подробнее

    Методические указания

    Новосибирский государственный технический университет Методические указания по выполнению контрольной работы по курсу «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике» для студентов заочного отделения

    Подробнее

    Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

    Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

    Подробнее

    1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

    Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

    Подробнее

    Исследование пассивных частотных фильтров

    Новосибирский государственный технический университет Лаборатория электромагнитной совместимости Лабораторная работа 1 Исследование пассивных частотных фильтров Новосибирск 2009 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 «ИССЛЕДОВАНИЕ

    Подробнее

    ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ.

    ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. Электронный усилитель — устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большей мощности на выходе с минимальными искажениями формы. По функциональному

    Подробнее

    Лабораторная работа Э-202

    Н.А. Задорожный, А.С. Чуев Лабораторная работа Э-202 RC- фильтры, дифференцирующие и интегрирующие цепи Методические указания Москва, 2017 год RC фильтры, дифференцирующие и интегрирующие цепи Цель работы:

    Подробнее

    Кафедра приема, передачи и

    Лекция 4 Построение двусторонних каналов связи Обеспечение диалога при общении двух абонентов (человек-человек, человек-машина, машина-машина) Необходим канал передачи двустороннего действия, называемый

    Подробнее

    Лабораторная работа 3 ИССЛЕДОВАНИЕ RC-ЦЕПЕЙ

    Лабораторная работа 3 ИССЛЕДОВАНИЕ RC-ЦЕПЕЙ Цель работы В работе исследуются стационарные и переходные характеристики линейных четырёхполюсников (RC-цепей). Теоретические сведения Краткие сведения о четырёхполюсниках

    Подробнее

    Лекция 11 АНАЛОГОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

    0 Лекция АНАЛОГОВЫЕ ФИЛЬТРЫ План Общие сведения об электронных фильтрах Передаточные функции аналоговых фильтров 3 Пассивные LC-фильтры 5 Активные RC-фильтры 4 Выводы Общие сведения об электронных фильтрах

    Подробнее

    Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

    109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

    Подробнее

    RU (11) (51) МПК H03H 9/00 ( )

    РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H03H 9/00 (2006.01) 171 584 (13) U1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ R U 1 7 1 5 8 4 U 1 (21)(22)

    Подробнее

    ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ

    Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Факультет: Московский институт электроники и математики

    Подробнее

    10. Измерения импульсных сигналов.

    0. Измерения импульсных сигналов. Необходимость измерения параметров импульсных сигналов возникает, когда требуется получить визуальную оценку сигнала в виде осциллограмм или показаний измерительных приборов,

    Подробнее

    Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1

    (в.1) Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1 1. Первый закон Кирхгофа устанавливает связь между: 1. Падениями напряжения на элементах в замкнутом контуре; 2. Токами в узле схемы; 3. Мощностями рассеиваемыми

    Подробнее

    Лабораторная работа 3

    Лабораторная работа 3 Определение статических — параметров биполярных транзисторов по характеристикам Цель работы: Научиться работать со справочными материалами и определять статические параметры транзистора

    Подробнее

    Лекция 25. УСИЛИТЕЛИ

    247 Лекция 25 УСИЛИТЕЛИ План Классификация и новные параметры усилителей 2 Обратные связи в усилителях 3 Влияние обратных связей на характеристики усилителей 4 Выводы Классификация и новные параметры усилителей

    Подробнее

    Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

    Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 5.1. ПРИНЦИП УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Назначение и классификация усилителей. Усилители переменного напряжения являются наиболее распространенным типом электронных

    Подробнее

    4. ПЕРЕХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕМБРАНЫ

    4. ПЕРЕХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕМБРАНЫ 4.1 Временные характеристики динамической системы Для оценки динамических свойств системы и отдельных звеньев принято исследовать их реакцию на типовые входные воздействия,

    Подробнее

    Рис Структурная схема усилителя с ОС

    3. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В ТРАКТАХ УСИЛЕНИЯ 3.. Структурная схема идеального управляемого источника с однопетлевой отрицательной обратной связью (ООС) и ее использование для анализа влияния ООС на параметры и

    Подробнее

    6 ИССЛЕДОВАНИE ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

    Лабораторная работа 6 ИССЛЕДОВАНИE ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ 1. Цель работы Изучение схем включения операционного усилителя с обратными связями в качестве инвертирующего и неинвертирующего усилителя; исследование

    Подробнее

    Резонанс «на ладони».

    Резонанс «на ладони». Резонансом называется режим пассивного двухполюсника, содержащего индуктивные и ёмкостные элементы, при котором его реактивное сопротивление равно нулю. Условие возникновения резонанса

    Подробнее

    Схемы преобразователей частоты

    Лекция номер 10 Схемы преобразователей Никитин Н.П. Классификация схем По типу гетеродина: с отдельным и с совмещённым гетеродином По типу прибора, на котором выполняется смеситель: транзисторные и диодные

    Подробнее

    Вход Усилитель. Обратная связь

    Лекция 5 Тема 5 Обратная связь в усилителях Обратной связью () называют передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную. На рисунке 4 показана структурная схема усилителя

    Подробнее

    (Известия вузов. Сер. Электроника С )

    МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ А.А. Титов Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Известия вузов. Сер. Электроника. 2003. 3. С. 75

    Подробнее

    7. УСИЛИТЕЛИ ВЫСОКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

    7. УСИЛИТЕЛИ ВЫСОКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ 7.1. Шумы усилительного тракта Эквивалентные умовые схемы пассивных и активных элементов Принято считать [4], что усилители высокой (предельной) чувствительности это

    Подробнее

    Контрольные задания по курсу

    Контрольные задания по курсу «Аналоговые измерительные устройства». ВВЕДЕНИЕ. По основному содержанию дисциплины приведены контрольные задания, закрепляющие теоретический материал лекций. Контрольные задания

    Подробнее

    Лекция 10 Тема 10 Операционные усилители

    Лекция 10 Тема 10 Операционные усилители Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми и импульсными величинами

    Подробнее

    Усилители УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

    Усилители УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Обратная связь находит широкое использование в разнообразных устройствах полупроводниковой электроники. В усилителях введение обратной связи призвано улучшить ряд

    Подробнее

    Категория сложности A

    Категория сложности A 1. На резисторе сопротивлением 100 Ом падение напряжения составило 2 В, чему равна мощность, выделяемая на резисторе? 2. Как зависит реактивное сопротивление конденсатора и катушки

    Подробнее

    15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

    15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Их основным параметром является коэффициент сглаживания равный отношению коэффициента пульсаций

    Подробнее

    РАБОТА ОУ НА ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ

    РАБОТА ОУ НА ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ Емкостная нагрузка часто преподносит проблемы в работу электронной схемы уменьшается полоса выходного сигнала и скорость его нарастания. Кроме того, возникает отставание

    Подробнее

    Как определить частоту среза LC-фильтра для spwm?

    How to decide the cut off frequency of an LC filter for a pulse width modulated sine wave with fundamental frequency 50Hz and switching frequency of 10Khz?

    Первое, что нужно признать, это то, что низкочастотный фильтр LC становится последовательно настроенным фильтром при резонансе, и это создаст все виды проблем, если ваша частота ШИМ (или 50 Гц, которые вы пытаетесь восстановить) выровнены с резонанс. Держитесь подальше от точки резонанса!

    Таким образом, простое правило состоит в том, чтобы расположить точку 3 дБ LC-фильтра низких частот на равных спектральных расстояниях от 50 Гц до 50 кГц. Математически это \ $ \ sqrt {50 \ times 10000} \ $ = 707 Гц. Р>

    Но в этом значении есть много снисходительности, и, например, снижение его до (скажем) 150 Гц не будет большой проблемой. Конечно, к обратному проводу будут проходить токи частотой 50 Гц, которые не проходят через нагрузку, и это представляет собой потери, но вы должны решить, насколько они важны для вас.

    Почему бы не перейти на 707 Гц?

    Учитывая, что LC даст вам затухание выше 707 Гц, составляющее 40 дБ в десятилетие, это означает, что ваш сигнал ШИМ на 10 кГц ослабляется как минимум на 40 дБ. Вот онлайн-инструмент , который я настроил с некоторыми значениями: —

    Яустановилнагрузочноесопротивление10Ом(большаянагрузка),иважносмоделироватьеговсистеме.Ятакжеустановилположениекурсорапримернона10кГц,азатуханиесоставляет45дБ.

    45дБ-этоснижениенапряженияна178,поэтому,есливашаамплитудаШИМсоставляет,скажем,100вольтотпикадопика,навыходеонабудетподавленадо0,56вольтотпикадопика.

    IwanttoknowfactorsthatareneededtobeconsideredindesigningafilterwhichistobeimplementedwithapuresinewaveInverter.

    Ноостерегайтесьлегкихнагрузокипереходныхэффектов,которыеонимогутиметь.Например,есливашанагрузкаувеличиласьвсопротивлениис10Омдо(скажем)100Ом,выувидитепиквчастотнойхарактеристике,такойкак:-

    Теперь эффект от может быть проблематичным. Конечно, вы не генерируете частоту около 700 Гц, но некоторые различные эффекты нагрузки могут взаимодействовать с резонансом и давать вам более искаженное выходное напряжение.

    Вот почему важно смоделировать схему LC и загрузить ее в симуляторе. Вам не нужно моделировать поколение PWM (если вы этого не хотите), но все это помогает лучше понять, что может произойти. Кроме того, имейте в виду, что LC-фильтр вводит фазовый сдвиг на 180 градусов от ниже 700 Гц до более 700 Гц — это может привести к хаосу в контурах управления, поэтому следует помнить об этом и необходимости вводить компенсацию при использовании управления в замкнутом контуре.

        

    6. Фильтрующие цепи – В помощь студентам БНТУ – курсовые, рефераты, лабораторные !

    6. Фильтрующие цепи

    6.1. Общие сведения об электрических фильтрах

    Фильтры применяют для частотной селекции сигналов. Электрическим фильтром называется устройство (четырехполюсник), которое пропускает без ослабления или с малым ослаблением сигналы в заданном диапазоне частот (в заданной полосе), и не пропускает или пропускает с большим ослаблением сигналы других частот.

    Полоса частот, в которой ослабление мало, называется полосой пропускания,(прозрачности) фильтра. Полоса частот, в которой ослабление велико, называется полосой непропускания (задержания) фильтра. Между полосами пропускания и непропускания находится переходная область. Частоты, которые соответствуют границам полос пропускания называются граничными или частотами среза и обозначаются ωгр или ωср.

     

    По частотным свойствам различают следующие фильтры (рис. 6.1): фильтры нижних частот (ФНЧ) пропускают колебания с частотами от нуля до некоторой верхней частоты ωср1, фильтры верхних частот (ФВЧ) – колебания с частотой не ниже некоторой нижней частоты ωср2. Полосовые фильтры (ПФ) имеют полосу пропускания от ωср1 до ωср2, режекторные (РФ), или заградительные (ЗФ), фильтры не пропускают колебания внутри интервала частот [ωср1, ωср2].

    Рис. 6.1. Частотные характеристики идеальных (сплошная кривая) и реальных (пунктирная) фильтров нижних частот (а), верхних (б), полосового (в) и режекторного (г).

    Кроме классификации фильтров по их частотным свойствам они подразделяются и по способам получения нужных частотных свойств. Фильтры создаваемые на базе реактивных четырехполюсников, в которых произведение сопротивлений продольного Z1 и поперечного Z2 плеч не зависит от частоты и для данного фильтра представляет собой некоторое постоянное число k называется k-фильтрами.

    Фильтры, полученные из k–фильтров с использованием пересчетного коэффициента m и в которых произведение сопротивлений плеч зависит от частоты, называются m-фильтрами.

    Фильтры, амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), которых представляются в виде полиномов называются полиноминальными. Фильтры, АЧХ которых аппраксимируются полиномами, предложенными Чебышевым и Баттервортом называются соответственно фильтрами Чебышева и Баттерворта.

    Фильтры могут быть созданы только из пассивных LC- или RC–элементов или из RC – элементов в сочетании с активными элементами (операционными усилителями). Поэтому различают пассивные LC- и RC-фильтры и активные RC–фильтры. LC- и RC–цепочки называются звеньями. Каждое звено имеет продольное и поперечное плечо. Сопротивление продольного плеча обозначается Z1, а поперечного – Z2. Если Z1 носит индуктивный характер, то Z2 должно носить емкостной характер и наоборот. Схемы Г- ,T- и П-образных звеньев LC–фильтров изображены на рис. 6.2.

    Рис. 6.2. Схемы Г- (а), Т- (б) и П- (в) образных звеньев LC-фильтров.

    Фильтры могут быть однозвенные (первого порядка), двухзвенные (второго порядка) и многозвенные (n- го). Чем выше порядок фильтра, тем круче его амплитудно-частотная характеристика и тем более она похожа на его идеальную характеристику. Фильтр любого порядка можно построить путем каскадного соединения фильтров первого и второго  порядков.

    LC–фильтр нижних частот (рис. 6.3,а) пропускает электрические колебания в полосе частот от 0 до

    .

    Рис. 6.3. Схема LC-фильтра нижних частот (а) и его АЧХ (б).

    Это объясняется тем, что на низких частотах сопротивление индуктивного элемента XL фильтра мало, а емкостного XC – велико и электрические колебания проходят со входа на выход почти без ослабления. С увеличением частоты сопротивление индуктивного элемента возрастает, а емкостного – снижается и коэффициент передачи фильтра уменьшается (рис. 6.3,б).

    LC-фильтр верхних частот (рис. 6.4,а) не пропускает нижних частот так, как XC велико, XL мало. С ростом частоты сопротивление продольного плеча (XC) уменьшается, а поперечного (XL) увеличивается, что приводит к повышению коэффициента передачи. Полоса пропускания такого фильтра лежит в диапазоне частот

    до ƒ = ∞ (рис. 6.4,б).

    Рис. 6.4. Схема LC-фильтра верхних частот (а) и его АЧХ (б).

    Принцип работы полосового фильтра (рис. 6.5,а) основан на использовании резонансов напряжений и токов в последовательных и параллельных колебательных контурах.

    Рис. 6.5. Схема полосового LC-фильтра (а) и его АЧХ (б).

    При совпадении частот, на которых наблюдается резонанс напряжений  в последовательном контуре L1C1 и резонанс токов в параллельном колебательном контуре L2C2, сопротивление продольного плеча L1C1 оказывается минимальным, а поперечного L2C2 – максимальным. Коэффициент передачи ПФ при этом имеет наибольшее значение. При отклонении частоты входных колебаний от резонансной частоты ƒ0 коэффициент передачи ПФ уменьшается (рис. 6.5,б).

    В заграждающих (режекторных) фильтрах (рис. 6.6,а) также используются резонансы напряжений и токов, но в отличие от ПФ параллельный колебательный контур включен в продольное плечо, а последовательный – в поперечное.

    Рис. 6.6. Схема режекторного LC-фильтра (а) и его АЧХ (б).

    Резонансная частота контура определяется выражением

    .

    При резонансе сопротивление продольного плеча оказывается максимальным, а поперечного – минимальным, что соответствует наибольшему затуханию (рис. 6.6,б). Для электрических колебаний с частотами, отличающимися от резонансной, сопротивление продольного плеча уменьшается, а поперечного – увеличивается, в результате чего происходит увеличение коэффициента передачи фильтра.

    RC-фильтр нижних частот. На частотах до нескольких десятков килогерц применяются RC-фильтры, состоящие из резисторов и конденсаторов. В качестве фильтра нижних частот (ФНЧ) используется одно или несколько включённых последовательно RC-звеньев, ёмкость включается в поперечное звено (рис.6.7,а).

    Рис. 6.7. Схема пассивного RC-фильтра нижних частот (а)  и его АЧХ (б).

    С увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента передачи (рис. 6.7,б).

    В RC-фильтре верхних частот (ФВЧ) конденсатор включён в продольное плечо (рис. 6.8,а). Поэтому на низких частотах его сопротивление значительно больше сопротивление резистора параллельного плеча и коэффициент передачи мал. С увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается, что приводит к увеличению коэффициента передачи (рис. 6.8,б).

    Рис. 6.8. Схема пассивного RC-фильтра верхних частот (а) и его АЧХ (б).

    Рассмотренные ФНЧ и ФВЧ, состоящие из нескольких однотипных звеньев RC, называются цепочечными RC-фильтрами.

    В качестве полосового RC-фильтра на низких частотах применяется Г-образный RC-фильтр (рис. 6.9,а).

    Рис. 6.9. Схема пассивного полосового RC-фильтра (а) и его АЧХ (б).

    На некоторой частоте fр, называемой квазирезонансной, коэффициент передачи такого фильтра имеет наибольшее значение, равное 1/3 , и уменьшается при отклонении частоты входного напряжения от fр (рис. 6.9,б).

    Роль заграждающих фильтров (ЗФ) на низких частотах выполняют Т-образные (рис. 6.10,а,б) и двойной Т-образный (рис. 6.11,а) фильтры. У этих фильтров на квазирезонансной частоте fр коэффициент передачи имеет минимальное значение и увеличивается при отклонении частоты входного напряжения от fр (рис. 6.11,б).

    Рис. 6.10. Схемы заграждающих Т-образных RC-фильтров (q – коэффициент, равный целому положительному числу).

    Рис. 6.11. Схема заграждающего двойного Т-образного RC-фильтра (а) и его АЧХ (б).

    Материалы, изложенные в этой главе, дают общее представление об электрических фильтрах и их характеристиках, но не позволяют оценить качество их работы.

    Последующие главы посвящены рассмотрению конкретных типов электрических фильтров и анализу их рабочих характеристик.

    Характеристики LC-фильтров | Введение в шум (EMC) | TDK Techno Magazine

    Конденсатор хорошо пропускает токи высокой частоты; катушка индуктивности — нет. Когда они объединяются, они образуют резонансный контур, который колеблется с определенной частотой. LC-фильтры («L» — катушка индуктивности; «C» — конденсатор), которые выборочно удаляют высокочастотные шумы, работают по тому же принципу. Сегодня многослойные ЖК-фильтры чипового типа играют важную роль в повышении производительности, миниатюризации, уменьшении веса и снижении шума электронных устройств.

    Изобретение настроенной схемы для решения проблемы помех

    Регулировка гоночных машин и машин называется тюнингом. Слово происходит от настройки высоты звука музыкального инструмента. Камертон — это инструмент, который используется для настройки гитар и других инструментов. Когда вы регулируете натяжение гитарной струны, камертон издает «биение», приближаясь к определенной частоте.Когда биение исчезает, частоты точно совпадают, и струна настроена.
    Резонанс между двумя отдельными камертонами также является типом явления настройки. Точно так же, когда конденсатор и катушка индуктивности объединены, создается настроенная цепь, которая резонирует на определенной частоте. LC-фильтры используют тот же принцип для выборочного ослабления частотных диапазонов, содержащих шум.
    Тюнер в радио или телевизоре — это схема, предназначенная для настройки на определенную несущую частоту, которая содержит сигнал.Первая настроенная схема, сочетающая в себе конденсатор и катушку индуктивности, была изобретена британским исследователем Оливером Лоджем в конце 19 века, когда беспроводная связь еще только зарождалась. В ранних устройствах радиосвязи отсутствовали схемы настройки. Но по мере роста количества радиостанций росла и проблема помех, и потребовались схемы настройки для изоляции каналов связи.
    Один из самых простых способов понять настроенные схемы — это кварцевый радиоприемник.Кристаллический радиоприемник — это простейшая форма радиоприемника, состоящая из приемной антенны, схемы настройки, кварцевого детектора (который ведет себя как диод) и приемника. Никакого источника питания не требуется, так как энергия радиоволн приводит в движение приемник. Пока не было изобретено ламповое радио, это было основным типом радио, используемым во всем мире.

    Кристаллический радиоприемник включает в себя схему настройки, которая состоит из конденсатора и катушки индуктивности, соединенных параллельно (или последовательно).Конденсатор переменной емкости, который может непрерывно изменять свою емкость, используется для выбора станции вещания. Существуют и другие типы, в которых емкость конденсатора поддерживается постоянной, а сердечник катушки индуктивности перемещается вперед и назад для достижения настройки. Это называется тюнером с ферритовым сердечником.

    LC-фильтр — это применение явления резонанса

    Настроенный контур также называется резонансным контуром.Конденсаторы не пропускают постоянный ток, но с переменным током, чем выше частота, тем меньше реактивное сопротивление (сопротивление в переменном токе) и тем плавнее он течет. Фаза переменного тока также сдвигается вперед на 90 градусов.
    С другой стороны, катушки индуктивности хорошо пропускают постоянный ток, но при переменном токе чем выше частота, тем больше реактивное сопротивление и тем менее плавно он течет. Фаза переменного тока сдвигается назад на 90 градусов. В радиоприемнике на кристалле по мере увеличения частоты тока он достигает точки, в которой ток, протекающий через катушку индуктивности, и ток, протекающий через конденсатор, соединенные параллельно, становятся идентичными.Эта точка называется резонансной частотой. Однако, поскольку катушка индуктивности и конденсатор сдвинуты по фазе на 180 градусов, они компенсируют друг друга, и в параллельной цепи не течет ток. Только ток настроенной частоты течет к кристаллическому детектору, а звук излучается из приемника.
    Резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, также может использоваться в качестве фильтра. Фильтр — это схема, которая пропускает сигналы определенного частотного диапазона, ослабляя, тем самым, удаляя сигналы на остальных частотах.
    Фильтры в целом подразделяются на следующие три типа:
    Фильтр нижних частот (LPF): пропускает низкие частоты при ослаблении высоких частот
    Фильтр высоких частот (HPF): ослабляет низкие частоты при пропускании высоких частот
    Полосовой фильтр (BPF): пропускает определенный диапазон частот, ослабляя частоты ниже и выше них

    Выбор подходящего типа трехполюсного фильтра для генерируемого шума

    Фильтр, используемый для устранения шума, который проникает через сигнальную линию, обычно называется фильтром шума сигнальной линии.Только конденсатор может ослаблять низкие частоты, а только индуктор может ослаблять высокие частоты. Комбинируя катушку индуктивности и конденсатор, можно создать фильтр с крутыми характеристиками затухания выше определенной частоты (частоты среза). Это называется LC-фильтром. Комбинация конденсатора и катушки индуктивности, которые имеют противоположные характеристики, исключительно хорошо снижает уровень шума.
    Кондуктивный шум в электронных устройствах распространяется двумя способами: в дифференциальном и синфазном.Поскольку сигналы перемещаются в дифференциальном режиме, шум в том же дифференциальном режиме трудно удалить, когда он перекрывается с сигналами. Поэтому шум необходимо удалять с помощью фильтров в стратегических точках. Поскольку эти шумы обычно имеют более высокие частоты, чем сигналы, часто используются фильтры нижних частот. Трехполюсный фильтр — это LC-фильтр, который объединяет катушку индуктивности и конденсатор внутри одного компонента. Как следует из названия, у них есть три клеммы: вход, выход и клемма заземления.
    Существуют различные типы трехполюсных фильтров с различными конфигурациями цепей, и их необходимо выбирать в соответствии с приложением и создаваемым шумом. Особенно важно, чтобы импеданс на входах / выходах как можно точнее соответствовал импедансу в точке подключения. Если импедансы не совпадают, высокочастотные токи могут отражаться и превращаться в шум, или форма импульса, который проходит через них, может искажаться.
    Многослойный трехконтактный фильтр в виде микросхемы представляет собой конденсатор и катушку индуктивности, встроенные в одну микросхему.Поскольку он производится путем непрерывного наслоения различных материалов, таких как диэлектрик, феррит и электроды, требуются передовые технологии и ноу-хау в области проектирования материалов и процессов обжига. Многослойные трехконтактные фильтры типа микросхемы, изготовленные с использованием запатентованных технологий TDK для одновременного обжига разнородных материалов, позволили разработать высокопроизводительные, компактные и легкие смартфоны, планшеты, цифровые телевизоры и другие электронные устройства. TDK также предлагает широкий ассортимент продукции, в том числе типы намотанных проводов для линий электропитания, которые помогают снизить энергопотребление.

    Как читать графики, отображающие характеристики шумоподавления

    Это базовое объяснение того, как читать графики, показывающие эффект подавления шума ЖК-фильтрами.
    Есть два типа графиков, каждый из которых отображает частоту на горизонтальной оси.Один тип отображает импеданс по вертикальной оси; другой показывает вносимые потери или затухание.
    Тип импеданса: этот тип описывает частотно-импедансные характеристики. Обычно график имеет форму горы с пиком на высоких частотах. Чем выше частота, тем выше импеданс, и подавление шума наиболее эффективно на пике.
    Тип вносимых потерь: тип графика, изображающего разницу между выходными напряжениями при добавлении в схему компонента подавления шума, выраженную в децибелах (дБ).Он противоположен типу импеданса и обычно представляет собой график в форме долины с пиком на высоких частотах. Чем выше частота, тем больше вносимые потери, то есть эффект подавления шума (характеристики затухания).
    Когда вносимые потери выражаются в децибелах, они имеют следующую взаимосвязь с коэффициентом выходного напряжения.

    Коэффициент выходного напряжения вносимых потерь
    0 децибел 1
    20 децибел 1/10
    40 децибел 1/100
    60 децибел 1/1000

    Например, вносимые потери в 20 децибел означают, что выходное напряжение будет ослаблено в 10 раз при добавлении компонента подавления шума.Термин «затухание» используется почти так же, как вносимые потери.

    Руководство по цепям LC — ФИЛЬТРЫ



    Наряду с простыми настраиваемыми схемами наиболее широко используются LC-схемы. фильтры; и хотя активные (усилительные) фильтры сейчас широко используются, остаются приложения, для которых предпочтительнее LC-фильтр, часто потому, что ему не нужен источник питания, и обычно потому, что приложение не требует бесступенчатая настройка и малый размер твердотельного активного фильтра.Тип LC по-прежнему доминирует в фильтрации источников питания и довольно часто используется при фильтрации помех.

    Фильтры

    удобно классифицировать как волновые фильтры (те, которые обрабатывают сигналы). и фильтры питания (те, которые устраняют пульсации на выходе деактивации). выпрямитель). В этом разделе описывается каждый тип и предлагаются простые проектные данные. применимо к ним.

    3,1 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФИЛЬТРАЦИИ L И C

    Катушка индуктивности и конденсатор в основном являются фильтрами.Поскольку их реактивное сопротивление изменяется с частотой, каждый передает частоты неравномерно, стремясь разделить одни от других.

    Это действие показано для катушки индуктивности на рис. 1 и для конденсатора на рис. Рис. 2.

    В этих примерах для наглядности предполагается, что катушка индуктивности и конденсатор являются чистым реактивным сопротивлением, т. е. не имеют сопротивления. Таким образом, на рис. 1А a на индуктор L подается постоянное напряжение переменной частоты и ток метр М последовательно. Результирующий ток I = E / XL.Но XL увеличивается с частотой, поэтому I уменьшается с увеличением частоты, и наоборот, как показано на фиг. 1B. (Если E = 1 В и L = 1 Гн, ток I составляет 1,59 мА при 100 Гц, 0,159 мА при 1000 Гц. Гц и 159 а.е., А при 10 кГц.) Аналогично, на рис. 2А постоянное напряжение переменной частоты подается последовательно на конденсатор C и измеритель тока M. Здесь результирующий ток I = E / X, .. Но X уменьшается с частотой, поэтому I увеличивается с увеличением частоты, и наоборот, как показано на рис.2Б. (Здесь, для сравнения, если E = 1 В и C = 1 мкФ, ток I составляет 0,628 мА при 100 Гц, 6,28 мА при 1000 Гц и 62,8 мА при 10 кГц.)


    Рис. 1. Основное фильтрующее действие индуктора. (А) Цепь. (B) Производительность график.


    Рис. 2. Основное фильтрующее действие конденсатора (А) Схема. (B) Производительность график.

    Из рис. 1Б и 2Б соответственно видно, что индуктор стремится для передачи низких частот и ослабления высоких частот, в то время как конденсатор имеет тенденцию ослаблять низкие частоты и передавать высокие частоты.Сейчас, пока это простое действие фильтрации полезно, оно ограничено, поскольку нет единого точка (частота среза, f_c), по одну сторону от которой передаются частоты с небольшими потерями, с другой стороны которого ослаблены частоты. Действие в каждом случае непрерывное и равномерное (рис. 1B и 2B). Когда катушки индуктивности и конденсаторы объединены в секции фильтров, каждая из которых усиливает фильтрующее действие другого. Секции фильтра можно использовать по отдельности. или каскадно.


    Фиг.3. Идеальное фильтрующее действие. (A) Низкий проход. (B) Высокий проход. (C) Bandpass. (D) Ограничитель движения.


    Рис. 4. Базовые конфигурации фильтра. (A) L-образный. (B) Т-образный. (C) Пи-тип.

    3,2 СЕКЦИИ ФИЛЬТРА

    Раздел фильтра назван в соответствии с назначением: ФНЧ, ФВЧ, полосовой, или блокировка полосы пропускания (последний тип также называется подавлением полосы или исключением полосы). На рис. 3 показано идеальное действие этих секций. Что касается конфигурации, то раздел назван в соответствии с греческой или римской буквой, которая на схеме напоминает : L, T или пи.Рис. 4 иллюстрирует эти основные конфигурации.

    Фиг. С 5 по 15 приведены схемы и данные для L-типа ФНЧ, ВЧ, полосы пропускания, и секции полосового фильтра. Для каждого из этих классов показаны два типа: постоянная — k и m — производная (как последовательного, так и шунтирующего типа). Постоянный тип k является более простым, но производительность типа m ближе к идеалу. Тип постоянного k называется так потому, что произведение импеданса (Z1) его последовательного плеча и импеданса (Z2) его шунтирующего плеча равны константе: Z1Z2 = k2.

    В типе m коэффициент m определяет отношение частоты среза f. к заданная частота с высоким затуханием (например, частота, на которой передача стремится к нулю) и обычно имеет выбранное значение 0,6.


    Рис. 5. ФНЧ (тип постоянного k). А) Схема. (B) Типичная производительность график.

    3,3 ВОЛНОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

    Это в первую очередь сигнальные фильтры и считаются сетями без рассеяния. (хотя это идеальное состояние недостижимо, к нему можно подойти, используя высокодобротные катушки индуктивности и конденсаторы).

    Во всех показанных частях оконечное сопротивление принимается за сопротивление. (R в уравнениях), и входной импеданс фильтра предполагает такое же значение сопротивления на большей части выбранной полосы частот. Частоты среза выбираются дизайнером в соответствии с его требованиями к фильтру. Во всех уравнения, индуктивность L в генри, емкость C в фарадах, сопротивление R в омах, а частота f в герцах.

    ФНЧ, тип Constant-k См. Рис.5. Уравнения 3-1 и 3-2 описывают это. фильтр.

    R L1 =

    пи ф, 1 C1 =

    pi упал низкочастотный, последовательный m-тип См. Рис. 6. Уравнения с 3-3 по 3-6 опишите этот фильтр.

    (3-1) (3-2)


    (3-3) (3-4) (3-5)


    Рис. 6. ФНЧ (последовательный m-тип). (А) Цепь. (B) Типичная производительность график.

    (3-6)

    Низкочастотный, шунтирующий m-тип См. Рис. 7. Уравнения с 3-7 по 3-10 описывают этот фильтр.


    Рис. 7. ФНЧ (шунтирующий m-тип). (А) Цепь. (B) Типичная производительность.


    (3-7) (3-8) (3-9) (3-10)

    Высокочастотный, Тип постоянного тока

    См. Рис. 8. Уравнения 3-11 и 3-12 описывают этот фильтр.


    (3-11)


    Рис. 8. Фильтр высоких частот (тип постоянного k). (А) Цепь. (B) Типичная производительность график.

    High-Pass, последовательное соединение m-типа См. Рис. 9. Уравнения с 3-13 по 3-16 описывают этот фильтр.


    Рис. 9. Фильтр верхних частот (последовательный m-тип). (А) Цепь. (B) Типичный график производительности.

    (3-16)

    High-Pass, шунтирующий m-тип См. Рис. 10. Уравнения с 3-17 по 3-20 описывают этот фильтр.


    Рис. 10. Фильтр верхних частот (шунтирующий m-тип). (А) Цепь. (B) Типичный график производительности.


    (3-17) (3-18) (3-19) (3-20)

    Bandpass, Тип Constant-k См. Рис. 11. Это описывается уравнениями с 3-21 по 3-24. фильтр.


    (3-21) (3-22)

    Рис. 11. Полосовой фильтр (тип постоянного k). (А) Цепь. (B) Типичная производительность график.


    (3-24) (3-23)

    Bandpass, последовательное соединение m-типа См. Рис. 12. Уравнения с 3-25 по 3-34 описывают этот фильтр.


    (3-25) (3-26)


    Рис. 12. Полосовой фильтр (последовательный m-тип). А) Схема. (B) Типичный график производительности.


    (3-27) (3-28) (3-29) (3-30) (3-31) (3-32) (3-33)


    (3-34)

    Полосовой фильтр, шунтирующий тип m

    См. Рис.13. Уравнения с 3-35 по 3-40 описывают этот фильтр.

    (Для значений x, y, z и m см. Уравнения 3-25, 3-27 и 3-28. Чтобы определить все fe, см. рис. 13B.)

    (3-35) (3-36) (3-37) (3-38) (3-39)


    Рис. 13. Полосовой фильтр (шунтирующий m-тип). (А) Цепь. (B) Типичный график производительности.


    (3-40)

    Ограничитель полосы пропускания, тип Constant-k См. Рис. 14. Уравнения с 3-41 по 3-45 описывают это фильтр. (В уравнении 3-41 и на рис. 14B, fm — центральная частота полоса задерживания.)


    (3-41) (3-42) (3-43) (3-44) (3-45)

    Ограничитель полосы пропускания, серийный тип m


    Рис. 14. Полосовой фильтр (тип с постоянным k). (А) Цепь. (B) Типичная производительность график.

    См. Рис. 15. Уравнения с 3-46 по 3-54 описывают этот фильтр.

    (3-46)

    (3-47)

    (3-48)


    Рис. 15. Полосовой фильтр (последовательный m-тип). (А) Цепь. (B) Типичный график производительности.


    (3-49) (3-50) (3-51) (3-52) (3-53) (3-54)

    Ограничитель полосы пропускания, шунтирующий тип m См. Рис.16. Уравнения с 3-55 по 3-60 описывают этот фильтр.

    (Для m, x и y см. Уравнения 3-46, 3-47 и 3-48. Чтобы определить все fe, см. рис. 16B.)

    (3-55) (3-56) (3-57) (3-58) (3-59)


    Рис. 16. Полосовой фильтр (шунтирующий m-тип). (А) Цепь. (B) Типичная производительность график

    (3-60)


    Таблица 3-1. Частота пульсаций для обычных источников питания

    4. ФИЛЬТРЫ ПИТАНИЯ

    Фильтр блока питания предназначен для удаления пульсации на выходе постоянного тока выпрямителя.В таком фильтре индуктор — это последовательное плечо, а конденсатор — это шунтирующее плечо. Дроссель блокирует поток пульсации, отсюда и его привычное название — дроссельная катушка; конденсатор закорачивает пульсацию (которая является составляющей переменного тока) на землю, следовательно, ее знакомое название обхода.

    В этом случае дроссель не может заблокировать компонент де, и конденсатор не может закоротить компонент постоянного тока.


    Рис. 17. Типовые односекционные фильтры питания. (A) Вход конденсатора.(B) Вход дросселя.

    Фильтр источника питания представляет собой схему нижних частот, как правило, с конфигурацией «пи» или «L». Для достижения наилучших результатов он должен быть рассчитан на значительную частоту среза. ниже, чем частота пульсаций (см. Таблицу 3-1), чтобы пульсации и все его гармоники будут сильно ослаблены. Дроссель должен быть способным управления максимальной нагрузкой постоянного тока источника питания и конденсатора (а) должны быть способны безопасно работать при пиковом выходном напряжении выпрямителя.

    На рис. 17 показаны два основных типа односекционных фильтров источника питания. Тип конденсаторного входа (рис. 17A) обеспечивает более высокое выходное напряжение постоянного тока, который при низком уровне выходного тока (высокое сопротивление нагрузки) может приближаться к пиковое значение переменного напряжения на входе выпрямителя (т. е. Ed = 1,41, но имеет худшее регулирование напряжения. Дроссельный ввод (рис. 17Б) обеспечивает более низкую постоянного напряжения (Ede = приблизительно 0,9E ​​,,), но имеет улучшенную стабилизацию выходного напряжения.

    Обратите внимание, что в каждом случае требуется выходной конденсатор (C2 на рис.17А, C1 на рис. 17B). На рис.18 показаны типичные двухсекционные фильтры для увеличенной сглаживание выхода постоянного тока. В фильтрах питания конденсаторы работают не только как частотно-избирательные элементы, но и как накопители энергии: во время нарастание импульса выпрямленного напряжения от нуля до максимума, конденсатор заряжается при подаче тока на выходную нагрузку постоянного тока; затем, как впоследствии напряжение снижается до нуля, конденсатор разряжается, обеспечивая свою энергию к выходной нагрузке и, таким образом, поддерживая выходное напряжение фильтра постоянный.

    Беглый просмотр рис. 17 и 18 показывает, что все фильтры низкочастотный, постоянного типа. Соответственно, их дизайн может быть выполнен с с помощью уравнений 3-1 и 3-2. (Загрузить R в этих формулах будет фактическим сопротивление, на которое источник питания передает энергию, или будет частным E / I, где E — напряжение снятия нагрузки в вольтах, а I — постоянный ток нагрузки. в амперах.) Для некоторых приложений процедура расчета полностью игнорируется. Вместо этого имеющиеся в наличии дроссели с высокой индуктивностью и конденсаторы с большой емкостью просто объединились.Результирующая частота среза обычно настолько мала, что фильтр эффективен в большом количестве возможных приложений. Такое расположение обычно называют фильтром грубой силы.


    Рис. 18. Типичные каскадные фильтры. (A) Вход конденсатора. (B) Вход дросселя.


    Рис. 19. Резонансные одночастотные фильтры. (A) Тип шунта. (B) Тип серии.

    Иногда бывает, что одна частота — например, мешающая гармоника в сети переменного тока. частоту — необходимо снять с выхода выпрямителя.Простые комбинации LC для выполнения этой задачи показаны на рис. 19. На рис. 19А шунт L1C1 схема улавливает сигнал; на рис. 19В, цепь L1C1 последовательно замыкается накоротко. сигнал на землю. Эти меры редко бывают удовлетворительными, поскольку полное фильтра для источника питания, так как они удаляют только одну частоту (в лучшем случае очень узкая полоса частот), но они очень эффективны при использовании в в сочетании с обычным фильтром питания. Оба сразу узнаются как простые волновые ловушки, описанные в разделе 2.12, Раздел 2.

    Инвертор

    — Как определить частоту среза LC-фильтра для spwm?

    Как определить частоту среза LC-фильтра для ширины импульса модулированная синусоида с основной частотой 50 Гц и переключением частота 10 кГц?

    Первое, что нужно признать, это то, что LC фильтр нижних частот становится последовательно настроенным фильтром при резонансе, и это создаст всевозможные проблемы, если ваша частота ШИМ (или 50 Гц, которые вы пытаетесь восстановить) выровнены с резонансом.Держитесь подальше от точки резонанса!

    Итак, простое правило состоит в том, чтобы расположить точку 3 дБ фильтра нижних частот LC на равных спектральных расстояниях от 50 Гц и 50 кГц. Математически это \ $ \ sqrt {50 \ times 10000} \ $ = 707 Гц.

    Но есть много мягкости в этом значении, и, например, снижение его до (скажем) 150 Гц не будет большой проблемой. Конечно, в обратный провод будут протекать токи с частотой 50 Гц, которые не проходят через нагрузку, и это представляет собой потерю, но вы должны решить, насколько они важны для вас.

    Почему бы не пойти на 707 Гц?

    Учитывая, что LC даст вам затухание выше 707 Гц в 40 дБ на декаду, это означает, что ваш ШИМ-сигнал 10 кГц будет ослаблен как минимум на 40 дБ. Вот онлайн-инструмент, который я установил с некоторыми значениями: —

    Я установил нагрузочный резистор на 10 Ом (большая нагрузка), и важно смоделировать это в системе. Я также установил положение курсора примерно на 10 кГц и ослабление 45 дБ.

    45 дБ — это снижение напряжения на 178, поэтому, если ваша амплитуда ШИМ составляет (скажем) 100 вольт от пика до пика, на выходе она будет подавлена ​​до 0.56 вольт от пика до пика.

    Я хочу знать факторы, которые необходимо учитывать при разработке фильтр, который должен быть реализован с синусоидальным инвертором.

    Но остерегайтесь легких нагрузок и возможных переходных процессов. Например, если сопротивление вашей нагрузки увеличилось с 10 Ом до (скажем) 100 Ом, вы увидите пик в частотной характеристике, подобный этому: —

    Теперь эффект может быть проблематичным.Конечно, вы не генерируете частоту около 700 Гц, но некоторые различные эффекты нагрузки могут взаимодействовать с резонансом и давать более искаженное выходное напряжение.

    Вот почему важно смоделировать вашу LC-цепь и нагрузку в симуляторе. Вам не нужно моделировать генерацию ШИМ (если вы не хотите), но все это помогает лучше понять, что может произойти. Кроме того, имейте в виду, что LC-фильтр вводит фазовый сдвиг на 180 градусов от ниже 700 Гц до выше 700 Гц — это может нанести ущерб контурам управления, поэтому имейте в виду это и необходимость введения компенсации при использовании управления с обратной связью.

    Фильтры подавления электромагнитных помех | Базовый курс по шумоподавлению

    6-3-6. Фильтры объединяющие конденсаторы и катушки индуктивности
    (1) ЖК-фильтры

    Конденсаторы и катушки индуктивности можно комбинировать для улучшения частотных характеристик. На рис. 8 показаны основные характеристики некоторых LC-фильтров, в которых сочетаются конденсаторы и катушки индуктивности.
    Если используется один конденсатор или катушка индуктивности, частотные характеристики будут иметь крутизну 20 дБ / дек.
    Фильтр L-типа, в котором объединены один конденсатор и одна катушка индуктивности, будет иметь крутизну 40 дБ / дек.Фильтр π-типа или T-типа, состоящий из трех частей, будет иметь крутизну 60 дБ / дек.

    (2) Каждая часть увеличивает крутизну на 20 дБ / дек.

    Наклон частотной характеристики можно увеличить на 20 дБ, добавив к комбинации еще одну часть. Каждая часть увеличивает крутизну на 20 дБ. Это может помочь улучшить способность фильтра улавливать сигналы и шум (рис. 1).
    Количество частей в фильтре называется «порядком» фильтра. Фильтр L-типа является фильтром второго порядка, тогда как фильтр π-типа или T-типа является фильтром третьего порядка.Фильтры с более высокими порядками имеют более крутые частотные характеристики.

    (3) Альтернативные конденсаторы и катушки индуктивности при их объединении

    При совмещении деталей дроссели и конденсаторы чередуются. Если два конденсатора или катушки индуктивности объединены вместе, порядок фильтра не увеличится. Это просто увеличивает постоянные конденсатора и катушки индуктивности.
    Обратите внимание, что характеристики, показанные на рис. 8, идеализированы. Если постоянные конденсатора и катушки индуктивности не установлены должным образом в соответствии с импедансом окружающей цепи, частотные характеристики не будут иметь такой крутой наклон.

    (4) Преимущества использования LC-фильтров

    Как показано выше, фильтры с более высокими порядками имеют более крутые наклоны частотной характеристики. Это свойство дает следующие преимущества в подавлении шума. (С другой стороны, это невыгодно с точки зрения стоимости, поскольку задействовано больше деталей.)

    1. (1) При одинаковой частоте среза можно устранить больше шума.
    2. (2) Сигналы с более высокой частотой могут передаваться при одинаковой способности шумоподавления.
    3. (3) Могут быть получены чрезвычайно большие вносимые потери (которые были бы невозможны с одной деталью).

    Объяснение этих преимуществ следует.

    ・ Легче отделить сигнал от шума

    (1) и (2) полезны, когда частота сигнала и частота шума близки. Как показано на рис. 9, это позволяет уменьшить шум при сохранении частоты сигнала. Поэтому составные ЖК-фильтры часто используются для тактовых сигналов, в которых должна сохраняться форма импульса.
    Для точного управления частотой среза константы конденсатора и катушки индуктивности должны быть отрегулированы в соответствии с импедансом окружающей цепи. Многие LC-фильтры, подготовленные для использования в качестве фильтров сигналов, настроены для соответствия цепи с сопротивлением около 50 Ом.

    ・ Способен значительно ослаблять шум

    (3) выше полезен, потому что существует предел вносимых потерь при использовании одной детали.
    Например, при устранении шума с помощью конденсатора можно было бы полностью устранить шум (100 дБ или выше на всех частотах, превышающих 1 МГц), даже если использовался конденсатор с теоретической максимальной электростатической емкостью (например, 1000 мкФ).В действительности, однако, один конденсатор способен обеспечить вносимые потери только около 60 дБ на некоторых частотах, независимо от того, насколько велика электростатическая емкость конденсатора (не считая трехполюсных конденсаторов и других специальных конденсаторов, которые будут описаны ниже). Это связано с тем, что конденсаторы помимо электростатической емкости содержат паразитные элементы, такие как ESR и ESL.
    Этот предел можно преодолеть, объединив конденсатор с катушкой индуктивности. Вносимые потери, например, 80 дБ (или даже более 100 дБ в зависимости от условий) возможны с LC-фильтром.
    Вот почему LC-фильтры используются в импульсных источниках питания и других очень шумных устройствах.

    6-3-7. Примеры реальных характеристик фильтра
    (1) Сравнение фильтров с частотой отсечки около 10 МГц

    Каковы реальные характеристики конденсаторов и катушек индуктивности? На рис. 10 показан пример сравнения характеристик трех типов фильтров с частотами среза около 10 МГц. Здесь показаны конденсатор, катушка индуктивности и LC-фильтр π-типа.

    (2) Теоретические характеристики

    Инжир.10 (а) показаны теоретические значения, введенные выше. Для облегчения чтения графиков постоянные конденсатора и катушки индуктивности усечены. Точное соответствие констант (например, установка катушки индуктивности на 2,5 мкГн) приведет к полному перекрытию кривых конденсатора и катушки индуктивности. Частота среза фильтра π-типа составляет около 16 МГц.

    (3) Фактические характеристики детали

    Рис. 10 (b) демонстрирует пример реальных характеристик детали. Номинальные значения указаны для каждой детали, поэтому учтены некоторые ошибки измерения.Кроме того, константа фильтра π-типа отличается от значения, использованного в вычислении в (a). Даже в этом случае рисунок показывает, что значения, очень близкие к теоретическим характеристикам, действительно могут быть получены для частот 100 МГц и ниже.
    С другой стороны, фактические характеристики значительно отличаются от теоретических значений для частот, превышающих 100 МГц. В частности, значение вносимых потерь внезапно падает около 1 ГГц.
    Это связано с тем, что влияние паразитных элементов на конденсаторы и катушки индуктивности сильнее на высоких частотах.Влияние паразитных элементов будет рассмотрено в следующем разделе.

    6-3-8. Резюме фильтров нижних частот с использованием LC
    1. (1) Конденсаторы и катушки индуктивности используются как элементы для фильтров нижних частот.
    2. (2) Конденсаторы отводят шумовые токи на землю.
    3. (3) Катушки индуктивности подавляют шумовые токи.
    4. (4) Объединение конденсаторов и катушек индуктивности может улучшить частотные характеристики.

    Фильтры нижних частот с использованием LC »- Ключевые моменты

    • Конденсаторы и катушки индуктивности используются как элементы для фильтров нижних частот.
    • Конденсаторы отводят шумовые токи на землю.
    • Катушки индуктивности подавляют шумовые токи.
    • Объединение конденсаторов и катушек индуктивности может улучшить частотные характеристики.
    Фильтр

    Pi — обзор, работа, конструкция, применение и советы по проектированию

    Фильтры

    обычно используются в силовой и звуковой электронике для подавления нежелательных частот. Существует много различных типов фильтров, используемых в конструкциях электронных схем в зависимости от области применения, но основная концепция всех них одинакова, то есть для удаления нежелательных сигналов.Все эти фильтры можно разделить на два типа — Активные фильтры и пассивные фильтры. Активный фильтр использует один или несколько активных компонентов с другими пассивными компонентами, в то время как пассивные фильтры изготавливаются исключительно с использованием пассивных компонентов. Мы уже подробно обсуждали эти фильтры:

    В этом руководстве мы изучим еще один новый тип фильтра, называемый Pi Filter, который очень часто используется в схемах источников питания. Мы уже использовали Pi-Filter в некоторых из наших предыдущих конструкций источников питания, таких как эта схема SMPS 5 В 2 А и схема SMPS 12 В 1 А.Итак, давайте подробно рассмотрим, что это за фильтры и как их создавать.

    Pi-фильтр Фильтр

    Pi — это тип пассивного фильтра, который состоит в основном из трех компонентов, кроме традиционных двухэлементных пассивных фильтров. Строительное расположение всех компонентов создает форму греческой буквы Pi (π), отсюда и название Pi section Filter .

    В большинстве случаев фильтры Pi используются для применения фильтра нижних частот, но возможна и другая конфигурация.Основным компонентом Pi-фильтра является конденсатор и катушка индуктивности, что делает его LC-фильтром . В приложении фильтра нижних частот фильтр Pi также называется входным фильтром конденсатора, поскольку конденсатор остается поперек входной стороны в конфигурации нижних частот.

    Pi фильтр как фильтр нижних частот

    Фильтр Pi — отличный фильтр нижних частот, который намного больше отличается от традиционного фильтра LC Pi. Когда фильтр Pi предназначен для низких частот, выходной сигнал остается стабильным с постоянным коэффициентом k.

    Конструкция фильтра нижних частот , использующая конфигурацию Pi, довольно проста. Схема фильтра Pi состоит из двух конденсаторов, соединенных параллельно, за которыми следует катушка индуктивности, последовательно образующих форму Pi, как показано на изображении ниже

    Как видно на изображении выше, он состоит из двух конденсаторов, которые подключены к земле с помощью промежуточной катушки индуктивности. Поскольку это фильтр нижних частот, он обеспечивает высокий импеданс на высокой частоте и низкий импеданс на низкой частоте.Таким образом, он обычно используется в линии передачи для блокировки нежелательных высоких частот.

    Конструкция и значения компонентов для расчета фильтра Пи могут быть получены из приведенного ниже уравнения для разработки фильтра Пи для вашего приложения.

      Частота среза (fc) = 1 / ᴫ (LC)  1/2  
      Значение емкости (C) = 1 / Z  0ᴫfc  
      Значение индуктивности (L1) = Z  0  / ᴫfc 
      Где Z  0  - характеристика импеданса в омах, а fc - частота среза. 

    Pi Фильтр как фильтр высоких частот

    Так же, как фильтр нижних частот, пи-фильтры также могут быть настроены как фильтр верхних частот. В таком случае фильтр блокирует низкую частоту и пропускает высокую частоту . Он также сделан с использованием двух типов пассивных компонентов, двух катушек индуктивности и одного конденсатора.

    В конфигурации фильтра нижних частот фильтр сконструирован так, что два конденсатора включены параллельно с катушкой индуктивности между ними, но в конфигурации фильтра верхних частот положение и количество пассивных компонентов полностью противоположны.Вместо одной катушки индуктивности здесь используются две отдельные катушки индуктивности с одним конденсатором.

    Вышеупомянутое изображение схемы фильтра Pi показывает фильтр в конфигурации верхних частот, не говоря уже о конструкции, которая также выглядит как символ Pi. Конструкция и значения компонентов фильтра Pi могут быть получены из следующего уравнения —

    Частота среза (fc) = 1 / 4ᴫ (LC)  1/2 
    Значение емкости (C) = 1 / 4Z  0ᴫfc 
    Значение импеданса (L1) = Z  0  / 4ᴫfc
    Где Z  0  - характеристика импеданса в омах, а fc - частота среза.

    Преимущества фильтра Pi

    Высокое выходное напряжение
    Выходное напряжение на пи-фильтре достаточно велико, что делает его подходящим для большинства приложений, связанных с мощностью, где требуются высоковольтные фильтры постоянного тока.

    Низкий коэффициент пульсаций
    Сконфигурирован как фильтр нижних частот В целях фильтрации постоянного тока Pi-фильтр является эффективным фильтром, отфильтровывает нежелательные пульсации переменного тока , исходящие от мостового выпрямителя.Конденсатор обеспечивает низкое сопротивление по переменному току, но высокое сопротивление по постоянному току из-за влияния емкости и реактивного сопротивления. Из-за этого низкого импеданса по переменному току первый конденсатор фильтра Pi обходит пульсации переменного тока, исходящие от мостового выпрямителя. Обойденная пульсация переменного тока переходит в индуктивность. Катушка индуктивности сопротивляется изменениям тока и блокирует пульсации переменного тока, которые затем фильтруются вторым конденсатором. Эти несколько этапов фильтрации помогают обеспечить плавный выход постоянного тока с очень низкой пульсацией на фильтре Pi.

    Простота проектирования в радиочастотных приложениях
    В контролируемой радиочастотной среде, где требуется более высокая частота передачи, например, в диапазоне ГГц, высокочастотные Pi-фильтры легко и гибко устанавливать на печатной плате, используя только следы печатной платы . Высокочастотные фильтры Pi также обеспечивают на помехоустойчивость, на больше, чем кремниевые фильтры. Например, кремниевый чип имеет предел устойчивости к напряжению, тогда как пи-фильтры, изготовленные с использованием пассивных компонентов, обладают гораздо большей устойчивостью к скачкам напряжения и суровым промышленным условиям.

    Недостатки Pi-фильтра

    Более высокие значения мощности индуктора
    Помимо радиочастотной конструкции, Сильное потребление тока через фильтр Pi не рекомендуется , поскольку ток должен проходить через индуктор. Если этот ток нагрузки относительно высок, то мощность индуктора также увеличивается, что делает его громоздким и дорогим. Кроме того, большой ток через катушку индуктивности увеличивает рассеиваемую мощность на катушке индуктивности, что приводит к снижению эффективности.

    Высокомощный входной конденсатор
    Другой серьезной проблемой фильтра Pi является большое значение входной емкости. Для фильтров Pi требуется большая емкость на входе, что становится проблемой в приложениях с ограниченным пространством. Также дорогостоящие конденсаторы увеличивают стоимость конструкции.

    Плохое регулирование напряжения
    Pi-фильтры не подходят, если токи нагрузки нестабильны и постоянно меняются. Пи-фильтры обеспечивают плохое регулирование напряжения при сильном дрейфе тока нагрузки.В таком случае рекомендуется использовать фильтры с L-образным сечением.

    Применение Pi-фильтров

    Преобразователи мощности

    Как уже говорилось, Pi-фильтры являются отличным фильтром постоянного тока для подавления пульсаций переменного тока. Из-за такого поведения фильтры Pi широко используются в конструкциях силовой электроники, таких как преобразователь переменного тока в постоянный, преобразователь частоты и т. Д. Однако в Power Electronics Pi фильтры используются в качестве фильтра нижних частот, и мы уже разработали блок питания для фильтра Pi Схема для нашей конструкции ИИП на 12 В 1 А, как показано ниже.

    Как правило, Pi-фильтры напрямую связаны с мостовым выпрямителем, а выход Pi-фильтров называется высоковольтным постоянным током. Выходное напряжение постоянного тока высокого напряжения используется для схемы драйвера блока питания для дальнейшей работы.

    Эта конструкция, от диода мостового выпрямителя до драйвера, работает иначе с работой Pi-Filter . Во-первых, этот фильтр Pi обеспечивает плавный постоянный ток для работы без пульсаций всей схемы драйвера, что приводит к низкой пульсации выходного сигнала от конечного выхода источника питания, а другой фильтр предназначен для , изолируя основные линии от высоких частота переключения в цепи драйвера.

    Правильно сконструированный линейный фильтр может обеспечить синфазную фильтрацию (фильтр, который отклоняет шумовой сигнал, как если бы это был независимый одиночный проводник) и дифференциальную фильтрацию (дифференцируя шум с двумя частотами переключения, особенно высокочастотный шум, который может быть добавлен). в сеть) в источнике питания, где фильтр Pi является важным компонентом. Пи-фильтр также называется фильтром Power Line , если он используется в приложении Power Electronics.

    Заявление РФ

    В приложении RF фильтры Pi используются в разных операциях и в разных конфигурациях. Например, в ВЧ-приложениях согласование импеданса является огромным фактором, и фильтры Pi используются для согласования импеданса между ВЧ-антеннами и перед ВЧ-усилителями. Однако в максимальных случаях, когда используется очень высокая частота, например, в диапазоне ГГц, фильтры Pi используются в линии передачи сигнала и разработаны с использованием только дорожек печатной платы.

    На приведенном выше изображении показаны фильтры на основе трассировки печатной платы, где трасса создает индуктивность и емкость в приложениях с очень высокой частотой. Помимо линии передачи, фильтры Pi также используются в устройствах радиочастотной связи, где имеют место модуляция и демодуляция. Pi-фильтры предназначены для целевой частоты для демодуляции сигнала после приема на стороне приемника. Пи-фильтры верхних частот также используются для обхода целевых высоких частот в касках усиления или передачи.

    Советы по проектированию Pi-фильтра

    Чтобы разработать правильный фильтр Pi, необходимо компенсировать правильную тактику проектирования печатной платы для бесперебойной работы, эти советы перечислены ниже.

    В силовой электронике

    • Толстые дорожки необходимы в схеме фильтра Pi.
    • Изолируйте фильтр Pi от блока питания.
    • Расстояние между входным конденсатором, катушкой индуктивности и выходным конденсатором необходимо закрыть.
    • Заземляющая пластина выходного конденсатора должна быть напрямую подключена к схеме драйвера через соответствующую заземляющую пластину.
    • Если конструкция состоит из зашумленных линий (таких как линия считывания высокого напряжения для драйвера), которые необходимо подключить к высоковольтному постоянному току, необходимо подключить трассу до конечного выходного конденсатора фильтров Pi. Это улучшает помехоустойчивость и инжекцию нежелательного шума в схему драйвера.

    В цепи РФ

    • Выбор компонентов является основным критерием для приложения RF.Переносимость компонентов играет важную роль.
    • Небольшое увеличение дорожки на печатной плате может вызвать индуктивность в цепи. При выборе катушки индуктивности следует внимательно подходить к выбору индуктивности следа печатной платы. При проектировании следует использовать правильную тактику для уменьшения паразитной индуктивности.
    • Необходимо минимизировать паразитную емкость.
    • Требуется закрытое размещение.
    • Коаксиальный кабель
    • подходит для ввода и вывода в радиочастотном приложении.

    % PDF-1.3 % 626 0 объект > эндобдж xref 626 100 0000000016 00000 н. 0000002352 00000 п. 0000002446 00000 н. 0000003847 00000 н. 0000004410 00000 н. 0000004524 00000 н. 0000004638 00000 н. 0000004752 00000 п. 0000004866 00000 н. 0000004980 00000 н. 0000005094 00000 н. 0000005208 00000 н. 0000005322 00000 н. 0000005436 00000 н. 0000005550 00000 н. 0000005664 00000 н. 0000005778 00000 н. 0000005892 00000 н. 0000006006 00000 п. 0000006120 00000 н. 0000006234 00000 н. 0000006348 00000 п. 0000006462 00000 н. 0000006576 00000 н. 0000006690 00000 н. 0000006804 00000 п. 0000006918 00000 п. 0000007032 00000 н. 0000007146 00000 н. 0000007260 00000 н. 0000007375 00000 н. 0000007490 00000 н. 0000007605 00000 н. 0000007720 00000 н. 0000007834 00000 п. 0000007948 00000 н. 0000008062 00000 н. 0000008176 00000 п. 0000008290 00000 н. 0000008404 00000 п. 0000008518 00000 н. 0000008632 00000 н. 0000008746 00000 н. 0000008858 00000 н. 0000009355 00000 п. 0000009642 00000 п. 0000010343 00000 п. 0000011195 00000 п. 0000011987 00000 п. 0000012398 00000 п. 0000013040 00000 п. 0000013240 00000 п. 0000013598 00000 п. 0000014470 00000 п. 0000014493 00000 п. 0000015811 00000 п. 0000015834 00000 п. 0000017077 00000 п. 0000017100 00000 п. 0000018312 00000 п. 0000018335 00000 п. 0000019548 00000 п. 0000019571 00000 п. 0000020695 00000 п. 0000020718 00000 п. 0000021930 00000 п. 0000021953 00000 п. 0000023154 00000 п. 0000023375 00000 п. 0000023642 00000 п. 0000023908 00000 п. 0000024191 00000 п. 0000024504 00000 п. 0000024814 00000 п. 0000025158 00000 п. 0000025405 00000 п. 0000025725 00000 п. 0000026008 00000 п. 0000026309 00000 п. 0000026558 00000 п. 0000026865 00000 п. 0000027077 00000 п. 0000027338 00000 п. 0000027618 00000 п. 0000027904 00000 н. 0000028186 00000 п. 0000028436 00000 п. 0000028702 00000 п. 0000028951 00000 п. 0000028973 00000 п. 0000029947 00000 н. 0000030089 00000 п. 0000038208 00000 п. 0000043285 00000 п. 0000045228 00000 п. 0000050384 00000 п. 0000050670 00000 п. 0000050883 00000 п. 0000002487 00000 н. 0000003824 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 627 0 объект > эндобдж 628 0 объект > эндобдж 724 0 объект > ручей HmLSW {) w-bJJ) uUHquv ̍ * Bla˰Tm.2 ح Y + c ދ [b &&% K} /

    LC Синфазный фильтр мощности

    Силовой фильтр LC — LPF-01

    LPF-01 Силовой фильтр LC Это компактный и эффективный LC-фильтр, разработанный для очистки «грязного» источника постоянного тока для чувствительных FPV- и RC-компонентов. Фильтр обладает превосходными свойствами, позволяющими уменьшить влияние помех, излучаемых через воздух, и шума, передаваемого через силовые провода. Подходит для установок до 16 В и максимальной нагрузки 1,5 А. 3-контактный вход позволяет подавать один сигнал байпаса (при переподключении с помощью прилагаемых кабелей).

    Теперь можно выбирать между синфазной и одномодовой фильтрацией. Паяльная перемычка на входной стороне отключает фильтрацию на отрицательном выводе / заземлении. Если у вас возникли проблемы с системами OSD, попробуйте переключить фильтр на одиночный режим. На рисунке ниже перемычка расположена за красным проводом.

    Это компактный и эффективный ЖК-фильтр, предназначенный для очистки источника постоянного тока с шумом. Идеально подходит для чувствительных FPV- и RC-компонентов в одной батарее. Фильтр имеет свойства уменьшать влияние помех, излучаемых через воздух, и шума, передаваемого через силовые провода.Одним из преимуществ этого фильтра является то, что фильтруются как отрицательные, так и положительные выводы (общий режим).

    Проблемы часто возникают в чувствительных видеосистемах FPV, когда используются длинные провода питания (15 см +), ограниченное пространство для проводки, неправильно отфильтрованные передатчики, шум от регулятора скорости или переключаемый преобразователь напряжения постоянного тока в постоянный или чаще всего используется общая батарея минимизировать вес. Помехи могут привести к появлению видеолин, полос, случайных пропаданий и уменьшению дальности передачи. LC-фильтр нижних частот поможет подавить большую часть высокочастотных шумов и помех от источника питания.

    Синфазная дроссельная катушка используется для обеспечения большого импеданса (сопротивления) против синфазного токового шума, воспринимаемого обоими выводами питания. Он более эффективен для подавления шума, чем обычные установки с ферритовым кольцом и дифференциальным индуктором. Это означает, что шум, входящий в оба провода, будет нейтрализовать друг друга, оставив только обычный дифференциальный ток, протекающий через дроссель.

    Катушка индуктивности большой серии обеспечивает хорошее подавление токового шума между входом и выходом.Низкое сопротивление катушек вызывает только минимальное падение напряжения на фильтре (<200 мВ), а используемый конденсатор с низким ESR обеспечивает эффективное снижение пульсаций напряжения (шума) (<120 мВ пик-пик).

    Совместите его с RMRC Battery Tap (на фото ниже, продается отдельно), и вы можете легко запитать свою видеосистему напрямую от основного бортового аккумулятора!
    Только известные марки и качественные детали используются для обеспечения отличных фильтрующих свойств. Каждый фильтр проходит испытания перед отправкой от европейского производителя.

    Технические характеристики:

    • Редакция: Ред. 3 март 2013 г.
    • Тип: пассивный синфазный фильтр пульсаций мощности нижних частот
    • Режимы: общий режим, одиночный режим — выбирается перемычкой
    • Максимальное напряжение: 16 В постоянного тока
    • Максимальный ток: ~ 1,5 А
    • Частота среза при -3 дБ: 127 Гц (ослабляет высокие частоты / шум)
    • Падение напряжения на фильтре: 180 мВ при 900 мА
    • Максимальная пульсация напряжения: 120 мВ
    • Конденсатор: японский полимерный конденсатор
    • Импеданс / СОЭ: 0.012 Ом при 100 кГц / 16 В
    • Ток пульсации: 5000 мА, среднеквадратичное значение
    • Дроссель: немецкий синфазный дроссель
    • Последовательное сопротивление (постоянный ток): 0,205 Ом / путь
    • Толщина проволоки / дорожки: скрученная 22 AWG / 32 мил
    • Рабочая температура: от -40 ° C до +105 ° C
    • Размеры: 37,7 Д x 8,8 Ш x 14,5 мм
    • Вес: 8,1 грамма (включая разъемы JST)

    Соответствует RoHS
    Разработано и произведено в Европе

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *