Электронные схемы — фильтры — CoderLessons.com

Блок-схема блока питания четко объясняет, что цепь фильтра необходима после схемы выпрямителя. Выпрямитель помогает преобразовывать пульсирующий переменный ток в постоянный ток, который течет только в одном направлении. До сих пор мы видели разные типы выпрямительных цепей.

Выходы всех этих выпрямительных цепей содержат некоторый коэффициент пульсации. Мы также наблюдали, что коэффициент пульсации полуволнового выпрямителя больше, чем у двухполупериодного выпрямителя.

Зачем нам фильтры?

Пульсация в сигнале обозначает наличие некоторого компонента переменного тока. Этот компонент переменного тока должен быть полностью удален, чтобы получить чистый вывод постоянного тока. Итак, нам нужна схема, которая сглаживает выпрямленный выход в чистый сигнал постоянного тока.

Цепь фильтра – это схема, которая удаляет компонент переменного тока, присутствующий в выпрямленном выходе, и позволяет компоненту постоянного тока достигать нагрузки.

На следующем рисунке показана функциональность схемы фильтра.

Цепь фильтра построена с использованием двух основных компонентов: катушки индуктивности и конденсатора. Мы уже изучали учебник по базовой электронике, который

Индуктор допускает постоянный ток и блокирует переменный ток .

Конденсатор допускает переменный ток и блокирует постоянный ток .

Давайте попробуем построить несколько фильтров, используя эти два компонента.

Серийный фильтр индуктора

Поскольку индуктор допускает постоянный ток и блокирует переменный ток, фильтр, называемый последовательным индуктивным фильтром, может быть построен путем последовательного подключения индуктора между выпрямителем и нагрузкой. На рисунке ниже показана схема последовательного индукторного фильтра.

Выпрямленный выход при прохождении через этот фильтр индуктивности блокирует компоненты переменного тока, которые присутствуют в сигнале, чтобы обеспечить чистый постоянный ток. Это простой первичный фильтр.

Шунтирующий конденсаторный фильтр

Поскольку конденсатор пропускает через него переменный ток и блокирует постоянный ток , фильтр, называемый конденсаторный фильтр с шунтом, может быть построен с использованием конденсатора, соединенного в шунт, как показано на следующем рисунке.

Выпрямленный выход при прохождении через этот фильтр, компоненты переменного тока, присутствующие в сигнале, заземляются через конденсатор, который допускает компоненты переменного тока. Остальные компоненты постоянного тока, присутствующие в сигнале, собираются на выходе.

Рассмотренные выше типы фильтров построены с использованием индуктора или конденсатора. Теперь давайте попробуем использовать оба из них, чтобы сделать фильтр лучше. Это комбинационные фильтры.

LC фильтр

Цепь фильтра может быть построена с использованием как индуктора, так и конденсатора, чтобы получить лучшую выходную мощность, при которой могут быть использованы как индуктор, так и конденсатор. На рисунке ниже показана принципиальная схема LC-фильтра.

Выпрямленный выход при передаче этой цепи индуктивности позволяет компонентам постоянного тока проходить через нее, блокируя компоненты переменного тока в сигнале. Теперь из этого сигнала несколько компонентов переменного тока, если они есть, заземлены, так что мы получаем чистый вывод постоянного тока.

Этот фильтр также называется дроссельным входным фильтром, поскольку входной сигнал сначала поступает в индуктор. Вывод этого фильтра лучше, чем предыдущие.

Filter- Фильтр (Pi-фильтр)

Это еще один тип схемы фильтра, который очень часто используется. Он имеет конденсатор на своем входе и, следовательно, он также называется конденсаторным входным фильтром . Здесь два конденсатора и один индуктор соединены в виде π-образной сети. Конденсатор параллельно, затем индуктор последовательно, затем другой конденсатор параллельно образует эту цепь.

При необходимости к этому также могут быть добавлены несколько идентичных разделов в соответствии с требованием. На рисунке ниже показана схема для фильтра  pi(Pi-filter) .

Работа фильтра Пи

В этой схеме параллельно подключен конденсатор, затем последовательно – индуктор, а параллельно – другой конденсатор.

• Конденсатор C ₁ – этот фильтрующий конденсатор обеспечивает высокое реактивное сопротивление к постоянному току и низкое реактивное сопротивление к переменному сигналу. После заземления компонентов переменного тока, присутствующих в сигнале, сигнал передается на индуктор для дальнейшей фильтрации.

• Катушка индуктивности L – эта катушка индуктивности обеспечивает низкое реактивное сопротивление для компонентов постоянного тока, в то же время блокируя компоненты переменного тока, если им удалось пройти, через конденсатор C ₁ .

• Конденсатор C ₂ – теперь сигнал дополнительно сглаживается с помощью этого конденсатора, так что он позволяет любому компоненту переменного тока присутствовать в сигнале, который индуктор не смог заблокировать.

Конденсатор C ₁ – этот фильтрующий конденсатор обеспечивает высокое реактивное сопротивление к постоянному току и низкое реактивное сопротивление к переменному сигналу. После заземления компонентов переменного тока, присутствующих в сигнале, сигнал передается на индуктор для дальнейшей фильтрации.

Катушка индуктивности L – эта катушка индуктивности обеспечивает низкое реактивное сопротивление для компонентов постоянного тока, в то же время блокируя компоненты переменного тока, если им удалось пройти, через конденсатор C ₁ .

Конденсатор C

2 – теперь сигнал дополнительно сглаживается с помощью этого конденсатора, так что он позволяет любому компоненту переменного тока присутствовать в сигнале, который индуктор не смог заблокировать.

Таким образом, мы получаем желаемый чистый вывод постоянного тока при нагрузке.

Схема сетевого фильтра для подавления электромагнитных помех

Отсеиваем электрический мусор, поступающий из сети, от электронной аппаратуры

Сетевой фильтр – это устройство, предназначенное для защиты электроаппаратуры от импульсных и высокочастотных помех, норовящих проникнуть в цепь источника первичного электропитания, а также от кратковременных превышений (относительно нормы) напряжения сети.

Ошибочно думать, что классический сетевой трансформатор (ввиду своей низкочастотности) не будет пропускать на вторичную обмотку высокочастотные и импульсные помехи. Будет, причём довольно охотно, особенно когда дело касается синфазных помех. Поэтому, относится ли оборудование к высокочувствительной приёмной технике, или качественной звуковой аппаратуре, сетевой фильтр – это штука весьма полезная и зачастую позволяющая в значительной степени повысить характеристики электронных устройств.
К тому же не следует забывать, что пассивные сетевые фильтры обладают достаточной степенью симметрии, т. е. импульсные и ВЧ помехи, создаваемые радиоэлектронным устройством, обратно в сеть они также не пропускают.

На предыдущей странице мы рассмотрели описание узлов «правильного» подавителя синфазных и дифференциальных помех, осталось лишь скомпоновать всё это дело в конструкцию «правильного» сетевого фильтра.

Рис.1 Схема сетевого фильтра для подавления электромагнитных помех

Предохранитель F1 и варистор U1 – это защита от высоковольтных перенапряжений в сети.

Такие перенапряжения случайны и результат их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор отлично рассеивает высоковольтные импульсные помехи, то в случае длительного аварийного превышения напряжения в розетке (например, появление 380В при обрыве нуля), он не выдерживает мощности и сгорает. Сгорает с переходом в проводящее состояние. По этой причине обязательна дополнительная защита плавким предохранителем, рассчитанным на работу с максимальным током нагрузки.

Цепочка R1, R2, C1, C2 представляет собой простейшую ёмкостную схему фильтрации противофазных (дифференциальных) ВЧ помех, наведённых в линии питания. Подавляемые частоты – от 100кГц и выше.

Синфазный дроссель L1, как следует из названия, осуществляет ослабление НЧ синфазных помех, находящихся в диапазоне частот: от десятка до сотен килогерц. Помогают ему в этом деле конденсаторы С3, С4, расширяя полосу шунтирования помех (в том числе и асимметричных) вплоть до десятков мегагерц.

Дроссели L3 L4 с конденсаторным обвесом уменьшают дифференциальные помехи с частотами – от десятков килогерц до десятков мегагерц.

Дроссель L2 – нечастый гость в сетевых фильтрах, однако его отсутствие в трёхпроводной сети открывает прямую дорогу для проникновения синфазных помех из сети на корпус устройства.

Несмотря на кажущуюся простоту, сетевой фильтр, приведённый на Рис.1, обладает высокой надёжностью и эффективностью подавления всех видов импульсных и высокочастотных помех. Однако для обеспечения этой надёжности и эффективности необходимо скрупулёзно позаботиться о выборе требуемых комплектующих.

1. Варистор. На практике для сетевого напряжения 220В лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного (классификационного) напряжения срабатывания. Эти напряжения соответствуют 277 или 305 вольтам действующего значения переменного тока. Вполне оптимальным значением энергии варистора является значение от 80 Дж и выше.

2. Конденсаторы желательно выбрать из числа специализированных, то есть предназначенных для подавления ЭМП. С1, С2, С5, С6 должны быть класса Y2. С3, С4, С7 могут быть класса: как Y2, так и X2.
Если же использовать обычные высоковольтные конденсаторы, то они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение – не менее 630 В.
3. Дроссели – это главные элементы, отвечающие за уровень подавления помех, поэтому их крайне важно выполнить «по уму»!
Значения индуктивностей дросселей приведены на схеме, а выбор размеров сердечников и диаметра провода следует производить исходя из максимального тока (мощности) нагрузки.

Необходимое число витков рассчитывается на любом калькуляторе, исходя из индуктивности, размеров магнитопровода и его магнитной проницаемости.

L1 – это синфазный дроссель, состоящий из двух катушек, намотанных на общий кольцевой ферритовый сердечник с высокой магнитной проницаемостью (2000. ..10000). Его индуктивность может находиться в пределах 1,8…5 мГн.
Направление намотки обмоток дросселя – противоположное.

У любого сердечника есть такой параметр, как габаритная мощность, и эта габаритная мощность должна быть не меньше максимальной мощности, потребляемой нагрузкой. Выбрать необходимые размеры сердечника исходя из габаритной мощности можно из таблицы, приведённой на странице – ссылка на страницу

В этой же таблице можно узнать необходимый диаметр обмоточного провода.

Дроссели L3, L4 (в отличие от синфазного дросселя) не содержат противофазных обмоток, компенсирующих разностный магнитный поток, поэтому для них необходимы сердечники с высокой индукцией насыщения! Это могут быть: либо танцы с бубнами в виде немагнитных воздушных зазоров в кольцах с высокой магнитной проницаемостью, либо дроссели, намотанные на обрезках от ферритовых магнитных антенн для радиоприёмников, либо (оптимальный вариант) – дроссели на тороидальных сердечниках из распыленного железа.

В качестве таких сердечников следует использовать смеси, предназначенные для эксплуатации при значительных постоянных токах подмагничивания, в первую очередь смеси: –8, –14, –18, –19, –30, –34,–35, –52, на худой конец, расхожую – 26.
Тут важно понимать, что токи насыщения у всех этих материалов отличаются, однако, в первом приближении – однослойная обмотка, выполненная проводом необходимого для конкретного тока сечения, скорее всего, не приведёт к насыщению магнитопровода.
Диаметр провода намотки аналогичен диаметру провода в синфазном дросселе, а габаритные размеры сердечника, хочешь не хочешь, но также приближаются к размерам магнитопровода в синфазном дросселе.

Рассчитать количество витков для катушек на кольцах Amidon и Micrometals из порошкового железа (в зависимости от номера смеси и необходимой индуктивности) можно странице – ссылка на страницу

Индуктивность дросселя L3 некритична.
Поскольку постоянных токов через дроссель не течёт, то его вполне можно выполнить на низкочастотном ферритовом кольце с высокой магнитной проницаемостью, либо на ферритовой фильтрующей трубке (защёлке) для кабеля.

На кольце следует разместить 10…15 витков провода с диаметром, как минимум вдвое превышающим диаметр фазовых обмоток. На защёлке вполне достаточной окажется обмотка из 3…4 витков. Если необходимого по диаметру провода не находится, то не возбраняется выполнить обмотку двойным проводом.

Всю земляную разводку внутри устройства необходимо выполнить как можно более короткими и «толстыми» проводниками.

 

Общие сведения о различных типах схемных фильтров и их функционировании

Фильтрация имеет жизненно важные приложения для обработки сигналов в широком спектре технологий, от связи и полупроводников до систем питания. Читайте дальше, чтобы узнать больше о различных типах фильтров и их рабочих характеристиках.

Какова роль фильтров в электронике?

Фильтры в цепях извлекают (пропускают) определенные частоты, блокируя (ослабляя) нежелательные частоты. Например, когда вы настраиваетесь на любимую радиостанцию, фильтр пропускает нужную частоту и блокирует контент, транслируемый на других радиочастотах. Точно так же в источниках питания постоянного тока можно использовать фильтр для устранения высоких частот или помех на входах переменного тока. Другие применения фильтров включают аналого-цифровые преобразователи и кроссоверные сети аудиоколонок.

Четыре основных типа контурных фильтров

Существует множество различных типов фильтров, но четыре основных типа:

• Фильтр нижних частот — пропускает сигналы с частотой ниже определенной частоты среза, подавляя все частоты выше отсечка
• Фильтр высоких частот — пропускает частоты выше определенной частоты среза, подавляя сигналы с частотой ниже частоты среза
• Полосовой фильтр — сочетает в себе свойства фильтров нижних и верхних частот в одном фильтре
• Режекторный (или полосовой) фильтр – пропускает все частоты выше и ниже определенного диапазона, определяемого значениями компонентов

Активный фильтр против.

Пассивный фильтр

Различия между пассивными и активными фильтрами:

• В схемах пассивных фильтров используются пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Активные фильтры не содержат катушек индуктивности, а состоят из резисторов, конденсаторов и активных компонентов, таких как операционные усилители.
• Пассивные фильтры оптимально работают в диапазоне 100 Гц – 300 МГц (при правильном проектировании верхний частотный предел может быть расширен до гигагерцового диапазона). Однако активные фильтры имеют ограничение полосы пропускания, реагируя только на очень низкие частоты, например, около 0 Гц.
• Активные фильтры могут усиливать выходной сигнал фильтра, в то время как пассивные компоненты не имеют такой возможности.
• Можно разработать активные фильтры высокого порядка без использования катушек индуктивности. Пассивные фильтры не подходят для ослабления или усиления сигнала в приложениях, где проблематичны катушки индуктивности.

Ключевые рабочие характеристики фильтра

Рабочие характеристики фильтра обозначаются или выражаются в таких терминах, как:

• Кривые отклика описывают поведение фильтра.
• Ослабление в децибелах (дБ) является мерой потери мощности сигнала после фильтрации.
• Сигнал частота ( f ).
• -3 дБ Частота ( f _{3 дБ} ) — входная частота, при которой выходной сигнал уменьшается на 3 дБ по отношению к входному.
• Центральная частота ( f ₀ ) — это частота в пределах верхнего и нижнего диапазона частот среза при полосовой и узкополосной фильтрации.
• Частота полосы задержания ( f _s ) — частота при определенном уровне затухания.
• Полоса пропускания (β) обозначает ширину полосы частот, которую пропускает фильтр без существенного ослабления.

Сетевые фильтры внесли свой вклад в реализацию многих современных технологий, требующих ослабления или усиления сигнала. Если вам нужны высококачественные пассивные или активные фильтры, немедленно посетите веб-сайт Allied Components International!

Allied Components International

Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра магнитных компонентов и модулей, соответствующих отраслевым стандартам, таких как микросхемы индуктивности, заказные магнитные катушки индуктивности и специальные трансформаторы. Мы стремимся предоставлять нашим клиентам высококачественную продукцию, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

Мы являемся растущим предприятием в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.

Цепи фильтров — индукторный фильтр, LC-фильтр, фильтр CLC или PI, емкостной фильтр

Поиск

Для удаления компонентов переменного тока или их фильтрации в цепи выпрямителя используется схема фильтра. Цепь фильтра — это устройство, которое удаляет компоненты переменного тока выпрямленного выхода, но позволяет компонентам постоянного тока достигать нагрузки. Схема фильтра, как правило, представляет собой комбинацию катушки индуктивности (L) и конденсатора (C), называемую схемой LC-фильтра. Конденсатор пропускает только переменный ток, а катушка индуктивности пропускает только постоянный ток. Таким образом, подходящая цепь L и C может эффективно отфильтровывать компонент переменного тока из выпрямленной волны.

Цепь фильтра состоит из пассивных элементов цепи, т. е. катушек индуктивности, конденсаторов, резисторов и их комбинаций. Действие фильтра зависит от электрических свойств пассивных элементов схемы. Например, индуктор позволяет постоянному току проходить через него. Но он блокирует переменный ток. С другой стороны, конденсатор позволяет переменному току проходить через него. Но он блокирует постоянный ток. Некоторые важные фильтры приведены ниже.

1. Индуктивный фильтр
2. Конденсаторный фильтр
3. LC-фильтр
4. π-фильтр

Индуктивный фильтр

Этот тип фильтра также называется дроссельным фильтром. Он состоит из катушки индуктивности L, которая вставлена ​​между выпрямителем и сопротивлением нагрузки R _L . Выпрямитель содержит компоненты переменного тока, а также компоненты постоянного тока. Когда выходной сигнал проходит через индуктор, он оказывает высокое сопротивление компонентам переменного тока и не оказывает сопротивления компонентам постоянного тока. Таким образом, компоненты переменного тока выпрямленного выхода блокируются, и на нагрузке достигаются только компоненты постоянного тока.

Конденсаторный фильтр

В этом фильтре конденсатор подключается к нагрузке во время цикла подъема напряжения, он заряжается, и этот заряд подается на нагрузку во время цикла падения напряжения. Этот процесс повторяется для каждого цикла, и, таким образом, отталкивание уменьшается по всей нагрузке. Он показан на приведенном выше рисунке. Он популярен, благодаря низкой стоимости, малым размерам, меньшему весу и хорошим характеристикам. Полезно для нагрузки до 50 мА, как в транзисторных выпрямителях батарей радио.

LC-фильтр

В индукторном фильтре коэффициент пульсаций прямо пропорционален сопротивлению нагрузки. С другой стороны, в емкостном фильтре оно обратно пропорционально сопротивлению нагрузки. Следовательно, если мы объединим фильтр индуктивности с конденсатором, коэффициент пульсаций станет почти независимым от фильтра нагрузки. Он также известен как индукторный входной фильтр, дроссельный входной фильтр, L-вход или LC-секция.

В этой схеме дроссель включен последовательно с нагрузкой. Он обеспечивает высокое сопротивление компонентам переменного тока и позволяет компонентам постоянного тока проходить через нагрузку. Конденсатор на нагрузке подключен параллельно, что отфильтровывает любую составляющую переменного тока, протекающую через дроссель. Таким образом, повторные импульсы выпрямляются, и через нагрузку обеспечивается плавный постоянный ток.

CLC или секторный фильтр

Он состоит из одной катушки индуктивности и двух конденсаторов, соединенных с каждой стороны.