Электрические фильтры

Понятие и внутреннее устройство электрических фильтров, их классификация, функциональные особенности и сферы практического применения. Полоса прозрачности как диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания. Расчет параметров фильтра по частотам.

Рубрика Производство и технологии
Вид лекция
Язык русский
Дата добавления 21.09.2017
Размер файла 32,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрические фильтры

1. Назначение и типы фильтров

Под электрическими фильтрами понимают четырехполюсники, включаемые между источником питания и приемником (нагрузкой), назначение которых состоит в том, чтобы беспрепятственно (без затухания) пропускать к приемнику токи одних частот и задерживать или пропускать, но с большим затуханием, токи других частот.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания, называется полосой прозрачности или полосой пропускания. Диапазон частот, пропускаемых с затуханием, называется полосой затухания.

Электрические фильтры собирают из катушек индуктивности и конденсаторов. Исключение составляют RC-фильтры. Фильтры используют в радиотехнике и технике связи, где применяют токи высоких частот, а также в преобразовательной технике, когда предъявляются повышенные требования к спектральному составу токов.

Как правило, индуктивное сопротивление катушек намного превосходит их активное сопротивление , поэтому можно считать R = 0. Проводимостью конденсаторов, обусловленной токами утечки, также можно пренебречь.

Фильтры обычно собирают по симметричной Т- или П-образной схеме.

В этих схемах и .

Фильтры, у которых произведение продольного сопротивления на поперечную проводимость представляет собой некоторое постоянное для данного фильтра число k, не зависящее от частоты, принято называть k-фильтрами. Фильтры, в которых это произведение зависит от частоты, называются m-фильтрами.

Сопротивление нагрузки , присоединяемое на выходе фильтра, должно быть согласовано с характеристическим сопротивлением фильтра ZС.

В k-фильтрах волновое сопротивление существенно изменяется в зависимости от частоты , находящейся в полосе прозрачности. В связи с этим необходимо изменять сопротивление нагрузки в функции от частоты, что связано с техническими трудностями и является нежелательным. В m-фильтрах данный недостаток отсутствует.

Качество фильтра тем выше, чем более резко выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем более резко возрастает затухание в полосе затухания.

Фильтрующие свойства четырехполюсников физически обусловлены возникновением в них резонансных режимов - резонансов токов и напряжений.

.2. Основы теории k-фильтров

Если нагрузка согласована с характеристическим сопротивлением ZС четырехполюсника, то ток и напряжение на выходе связаны с током и напряжением на входе соотношением:

,

где . При этом

.

Множитель определяет, во сколько раз модуль U2 или I2 меньше модуля U1 или I1. Если = 0, то = 1, и фильтр пропускает колебания без затухания.

В полосе прозрачности = 0. В полосе затухания > 0.

Множитель по модулю равен 1 и определяет отставание по фазе U2 и I2 от U1 и I1.

Фильтрующие свойства четырехполюсника рассмотрим путем сравнения выражения для коэффициента А четырехполюсника с равным ему выражением гиперболического косинуса от аргумента

.

Для фильтра, собранного по Т-образной схеме, .

Для фильтра, собранного по П-образной схеме, .

Из каких бы реактивных сопротивлений ни был собран фильтр, соотношения и всегда будут определяться действительным числом. Действительным будет и число А, и равное ему ch ( + j). Следовательно,

sh sin = 0, A = ch cos .

Эти два уравнения используют для определения границ полосы прозрачности и характера изменения угла в зоне прозрачности, а также характера изменения коэффициента затухания в полосе затухания.

В полосе прозрачности = 0 и sh 0 = 0, ch 0 = 1 и A = cos .

Так как cos может изменяться в пределах от +1 до -1, то крайние значения коэффициента A в полосе прозрачности равны 1. Границы полосы прозрачности определяются частотами 1 и 2. Значения 1 и 2 для фильтров ВЧ и НЧ определяют из уравнения

A() = 1.

Для полосовых и заграждающих фильтров 1 и 2 находят как корни уравнения A() = -1. Уравнение A() = 1 дает возможность определить резонансную частоту 0, находящуюся в интервале частот 1 и 2.

Частоту, являющуюся граничной между полосой прозрачности и полосой затухания, называют частотой среза.

Характер изменения угла в функции от для зоны прозрачности определяют из уравнения

= arccos A().

Определим и для полосы затухания. В ней при > 0 произведение sh sin равно нулю в случае при sin = 0, т.е. когда = 0 или  = .

При = 0 ch = A(), а при = ch = - A().

По этим выражениям можно построить кривую = f() в полосе затухания. В полосе затухания находится в фазе или в противофазе с напряжением .

Следует отметить:

1) с изменением меняются коэффициенты B и C четырехполюсников и характеристическое сопротивление . Для того, чтобы фильтр работал на согласованную нагрузку, при изменении частоты необходимо изменять нагрузку;

2) в полосе прозрачности характеристическое сопротивление фильтра всегда имеет активный характер, а в полосе затухания - чисто реактивный.

3. Фильтры типа k. Низкочастотные, высокочастотные, полосовые и заграждающие

Фильтрами нижних частот (ФНЧ) называются фильтры, пропускающие в нагрузку только низкие частоты: от 1 = 0 до 2. Полоса затухания у них находится в интервале от 2 до .

Под фильтрами верхних частот (ФВЧ) понимают фильтры, пропускающие в нагрузку только высокие частоты: от 1 до . Полоса затухания у них находится в интервале от 0 до 1. Построение ФВЧ и их характеристики показаны на рис. 12.3.

Для Т-образного фильтра нижних частот

При = 1 = 0 . С увеличением частоты ZC уменьшается, сначала мало отличаясь от значения При характеристическое сопротивление ZC = 0.

Для П-образного фильтра нижних частот

Для Т-образного фильтра верхних частот

Характеристическое сопротивление ZС = 0 при . С увеличением сопротивление ZС увеличивается и при .

Если фильтр предназначен для работы на частотах, находящихся внутри полосы прозрачности данного фильтра и относительно далеко отстоящих от значения , при котором ZС = 0, то сопротивление Zн фильтра НЧ выбирают равным ZС, которое соответствует = 1 = 0. Для Т-фильтра .

Для фильтров ВЧ обычно нагрузку согласовывают со значением ZC при . Для Т-фильтра ВЧ . В полосе затухания ZC оказывается чисто реактивным для всех фильтров. Для определения характера ZC в этой зоне определяют характер входного сопротивления фильтра в режиме холостого хода или короткого замыкания: для фильтров НЧ при очень высокой частоте и для фильтров ВЧ - при низкой частоте. В зоне затухания ZC имеет индуктивный характер для Т-фильтра НЧ и П-фильтра ВЧ и емкостный характер для П-фильтра НЧ и Т-фильтра ВЧ.

Полосовые фильтры представляют собой фильтры, пропускающие в нагрузку лишь узкую полосу частот от 1 до 2. Справка от 2 и слева от 1 находятся полосы затухания.

Формулы для определения параметров полосового фильтра по заданным частотам f1 и f2 и сопротивлению нагрузки фильтра ZC при .

частота фильтр электрический

Под заграждающими фильтрами понимают фильтры, в которых полоса прозрачности как бы разрезана на две одинаковые половины полосой затухания. Слева от 1 и справа от 2 находятся две части полосы прозрачности.

По схеме k-фильтра можно определить, к какому виду он относится. Если в ветви сопротивлений стоят только индуктивности, то фильтр относится к типу НЧ. Если в ветви сопротивлений - емкость, то это фильтр ВЧ.

Если в ветви сопротивлений находятся последовательно соединенные элементы L и C, то фильтр полосового типа. Если параллельно соединенные элементы L и C, то получится заграждающий фильтр.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Горнотранспортные машины: понятие и внутреннее устройство, функциональные особенности сферы практического применения. Описание пластинчатого конвейера, расчет его основных параметров. Выбор электродвигателя, кинематический и силовой расчеты привода.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 21.08.2013

  • Понятие и функциональные особенности сетевых насосов, сферы их практического применения, внутреннее устройство и взаимосвязь элементов. Расчет подачи и напора рабочего колеса, коэффициент быстроходности. Определение коэффициента полезного действия.

    контрольная работа [896,6 K], добавлен 02.01.2015

  • Общая характеристика исследуемой холодильной установки, ее внутреннее устройство, взаимосвязь элементов и узлов, принцип работы и сферы практического применения. Расчет и построение заданного и рекомендуемого цикла. Параметры узловых точек процесса.

    контрольная работа [8,7 M], добавлен 04.02.2015

  • Общее описание, функциональные особенности маслоохладителей, их классификация и разновидности, сферы практического применения. Расчет недостающих термодинамических параметров. Тепловой, конструктивный расчеты аппарата. Укрепление отверстий. Выбор крышек.

    курсовая работа [4,4 M], добавлен 24.03.2012

  • Анализ типовых конструкций бункерных загрузочных устройств: общее описание и функциональные возможности, особенности и сферы практического применения. Анализ выдачи заготовок, классов механизмов ориентации. Расчеты конструктивных параметров устройства.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.06.2015

  • Общее описание и главные технические характеристики исследуемого крана, принцип его работы, внутреннее устройство и взаимосвязь компонентов, функциональные особенности и сферы промышленного применения. Методика расчета массы крана, механизма передвижения.

    курсовая работа [43,4 K], добавлен 10.06.2014

  • Понятие и классификация погрузочных машин, их разновидности и выполняемые функции, особенности и условия практического применения. Буропогрузочные машины: типы и внутреннее устройство, сферы использования на сегодня. Погрузочно-транспортные машины.

    реферат [880,6 K], добавлен 25.08.2013

  • Понятие и функциональные особенности погрузочно-разгрузочных машин, сферы их практического применения и значение. Группа режима работы и направления ее исследования. Классификация и типы кранов, их специфика. Устройство, элементы тележки, принцип работы.

    презентация [155,8 K], добавлен 17.05.2013

  • Характеристика и функциональные особенности распылительных сушилок, их внутреннее устройство и принцип работы. Сравнительное описание различных конструкций, их преимущества и недостатки. Вспомогательное оборудование, расчет рукавных фильтров, калорифера.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.03.2016

  • Инструмент для бурения шпуров, его классификация и разновидности, функциональные особенности и условия применения. Телескопные, гидравлические и колонковые перфораторы: понятие и внутреннее устройство, оценка возможностей, сравнительное описание.

    реферат [28,6 K], добавлен 25.08.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.