Filter listrik — definisi, klasifikasi, karakteristik, tipe utama

Sumber energi industri menyediakan praktis kurva tegangan sinusoidal… Pada saat yang sama, dalam beberapa kasus, arus dan voltase bolak-balik, yang periodik, sangat berbeda dari harmonik.

Filter listrik dapat digunakan untuk menghaluskan gelombang tegangan dalam penyearah, demodulator yang mengubah osilasi frekuensi tinggi termodulasi amplitudo menjadi perubahan tegangan sinyal yang relatif lambat, dan perangkat serupa lainnya.

Dalam kasus paling sederhana, Anda dapat membatasi diri pada koneksi serial dengan beban induktor, yang resistansinya meningkat dengan meningkatnya tatanan harmonik dan relatif kecil untuk osilasi frekuensi rendah dan terlebih lagi untuk komponen konstan. Lebih efektif menggunakan filter berbentuk U, berbentuk T, dan berbentuk L.

Definisi dasar dan klasifikasi filter listrik

Selektivitas filter adalah kemampuannya untuk memilih rentang frekuensi tertentu yang melekat pada sinyal berguna dari seluruh spektrum frekuensi arus yang masuk ke inputnya.

Untuk mendapatkan selektivitas yang baik, filter harus melewatkan arus pada frekuensi yang melekat pada sinyal yang diinginkan dengan redaman minimum dan memiliki redaman maksimum untuk arus pada semua frekuensi lainnya. Sesuai dengan filter ini, definisi berikut dapat diberikan.

Filter listrik disebut perangkat empat kutub yang mentransmisikan arus dalam pita frekuensi tertentu dengan redaman kecil (bandwidth), dan arus dengan frekuensi di luar pita ini - dengan redaman tinggi atau, seperti yang biasa dikatakan, tidak lewat (non- pita transmisi).

Menurut struktur sirkuit, filter dibagi menjadi filter rantai (kolom) dan jembatan. Filter rantai adalah filter yang dibuat sesuai dengan rangkaian jembatan berbentuk T, P, dan L. Filter jembatan adalah filter yang dibuat pada rangkaian jembatan.

Bergantung pada sifat elemennya, filter dibagi menjadi:

• LC — unsur-unsurnya adalah induktansi dan kapasitansi;

• RC — unsur-unsurnya adalah resistensi dan kapasitas aktif;

• resonator — unsur-unsurnya adalah resonator.

Menurut keberadaan sumber energi di rangkaian filter, mereka dibagi menjadi:

• pasif - tidak mengandung sumber energi di sirkuit;

• aktif — mengandung sumber energi di sirkuit dalam bentuk lampu atau penguat kristal; terkadang disebut filter elemen aktif.

Untuk karakterisasi kinerja filter yang lengkap, perlu diketahui karakteristik kelistrikannya, yang meliputi ketergantungan frekuensi atenuasi, pergeseran fasa, dan impedansi karakteristik.

Yang terbaik adalah filter yang, dengan jumlah elemen minimum, memiliki:

• kecuraman maksimum dari karakteristik redaman;

• atenuasi tinggi pada pita non-transmit;

• atenuasi minimal dan konstan pada passband;

• keteguhan maksimum dari impedansi karakteristik pada pita sandi;

• respons fase linier;

• kemungkinan penyesuaian pita frekuensi dan lebarnya dengan mudah dan lancar;

• keteguhan karakteristik yang tidak bergantung pada: tegangan (arus) yang bekerja pada input filter, suhu dan kelembaban lingkungan, serta pengaruh gangguan listrik dan magnet eksternal;

• kemampuan untuk bekerja dalam rentang frekuensi yang berbeda;

• ukuran, berat dan biaya filter harus dijaga seminimal mungkin.

Sayangnya, tidak ada satu pun jenis filter dasar yang karakteristiknya memenuhi semua persyaratan ini. Oleh karena itu, tergantung pada kondisi spesifik, jenis filter seperti itu digunakan, yang karakteristiknya paling sesuai dengan persyaratan teknis. Sangat sering perlu menerapkan filter ke sirkuit kompleks yang terdiri dari koneksi dasar dari berbagai jenis.

Jenis filter yang paling umum

Dalam gambar. 1 menunjukkan diagram filter berbentuk L sederhana dengan induktor L dan kapasitor C yang dihubungkan antara penerima rpr dan penyearah V.

Arus bolak-balik pada semua frekuensi memenuhi resistansi induktor yang signifikan, dan kapasitor yang terhubung paralel melewati sisa arus frekuensi tinggi di sepanjang cabang paralel. Ini secara signifikan mengurangi riak tegangan pada beban. rNS.

Filter yang terdiri dari dua atau lebih tautan serupa juga dapat digunakan. Terkadang filter sederhana dengan resistor digunakan sebagai pengganti induktor.

Beras. 1.Filter elektrik smoothing berbentuk L yang paling sederhana

Lebih canggih adalah filter resonansi yang mereka gunakan fenomena resonansi.

Ketika induktor dan kapasitor dihubungkan secara seri, ketika fwL = 1 / (kwV), rangkaian akan memiliki konduktivitas tertinggi (aktif) pada frekuensi fw dan konduktivitas yang cukup tinggi pada pita frekuensi yang dekat dengan resonansi. Sirkuit ini adalah filter band pass sederhana.

Ketika induktor dan kapasitor dihubungkan secara paralel, rangkaian seperti itu akan memiliki konduktivitas terendah pada frekuensi resonansi dan konduktivitas yang relatif rendah pada pita frekuensi yang dekat dengan frekuensi resonansi. Filter semacam itu adalah filter pemblokiran untuk pita frekuensi tertentu.

Untuk meningkatkan kinerja filter band-pass sederhana, dimungkinkan untuk menggunakan skema (Gbr. 2) di mana induktor dan kapasitor dihubungkan secara paralel satu sama lain secara paralel ke penerima. Sirkuit seperti itu juga disetel dalam resonansi dengan frekuensi kambing dan menghadirkan resistansi yang sangat tinggi untuk arus di pita frekuensi yang dipilih dan lebih sedikit resistansi untuk arus frekuensi lainnya.

Beras. 2. Skema filter bandpass sederhana

Filter serupa dapat digunakan dalam modulator yang menghasilkan osilasi termodulasi pada frekuensi tertentu. Tegangan sinyal frekuensi rendah Uc diterapkan ke modulator M, yang diubah menjadi osilasi frekuensi tinggi termodulasi, dan filter memisahkan tegangan dari frekuensi yang diperlukan, yang diumpankan ke beban rNS.

Misalkan, misalnya, arus bolak-balik non-sinusoidal mengalir melalui rangkaian dan arus harmonik ketiga dan kelima yang sangat besar harus dihilangkan dari kurva arus penerima.Selanjutnya, kami akan secara bergantian memasukkan dua sirkuit yang disetel ke resonansi untuk harmonik ketiga dan kelima di sirkuit (Gbr. 3, a).

Impedansi saluran kiri yang disetel ke resonansi untuk frekuensi 3w akan sangat besar untuk frekuensi itu dan kecil untuk semua harmonik lainnya; peran serupa dimainkan oleh rangkaian kanan yang disetel ke resonansi untuk frekuensi 5w... Oleh karena itu, kurva arus dari penerima input hampir tidak mengandung harmonik ketiga dan kelima (Gbr. 3, b), yang akan ditekan oleh Saring.

Beras. 3. Skema dengan sirkuit resonansi terhubung seri disetel ke resonansi untuk harmonik ketiga dan kelima: a — diagram sirkuit; b — kurva tegangan dan sirkuit dan input arus penerima

Beras. 4. Kurva tegangan output bandpass filter

Dalam beberapa kasus, filter band-pass yang lebih canggih dilakukan, serta filter cut-off yang melewatkan atau tidak melewatkan osilasi yang dimulai pada frekuensi tertentu. Filter semacam itu terdiri dari koneksi berbentuk T atau berbentuk U.

Prinsip pengoperasian filter adalah bahwa dalam pita frekuensi frekuensi, misalnya filter bandpass, resonansi terjadi pada frekuensi n + 1, di mana n adalah jumlah koneksi. Kurva Uout = f (w) untuk filter yang terdiri dari tiga koneksi ditunjukkan pada Gambar. 4. Resonansi terjadi pada frekuensi w1,w2, w3 dan w4.

Lihat juga di topik ini: Filter daya DanFilter masukan dan keluaran untuk konverter frekuensi