Allgemeines Aufbauprinzip passiver LC-Filter (LPF und HPF)

Wenn es darum geht, Wechselströme mit einem bestimmten Frequenzspektrum im Stromkreis zu unterdrücken, gleichzeitig aber Ströme mit Frequenzen oberhalb oder unterhalb dieses Spektrums effektiv durchzulassen, kann ein passiver LC-Filter auf reaktiven Elementen sinnvoll sein – ein Tiefpassfilter auf ein Tiefpassfilter (ggf. wirksamer Durchgang von Schwingungen mit einer Frequenz unterhalb des eingestellten Wertes) oder ein Hochpassfilter HPF (ggf. wirksamer Durchgang von Schwingungen mit einer höheren Frequenz als dem eingestellten Wert).

Das Konstruktionsprinzip dieser Filter basiert auf den Eigenschaften von Induktivitäten und Kondensatoren, sich in Wechselstromkreisen unterschiedlich zu verhalten.

Der induktive Widerstand ist bekannt Spulen ist direkt proportional zur Frequenz des durch die Spule fließenden Stroms. Je höher die Frequenz des durch die Spule fließenden Stroms, desto größer Reaktivität Es zeigt diesen Strom an, das heißt, es bremst Wechselströme bei höheren Frequenzen stärker ab und lässt Ströme bei niedrigeren Frequenzen leichter durch.

Kondensator — im Gegenteil, je höher die Frequenz des Stroms, desto leichter dringt dieser Wechselstrom durch ihn hindurch, und je niedriger die Frequenz des Stroms, desto größer ist das Hindernis für den Strom dieses Kondensators. Schematisch sind die Tiefpass- und Hochpassfilter L-förmig, T-förmig und U-förmig (Mehrfachübergang).

L-förmiger LC-Filter

Der L-förmige Filter ist ein elementarer elektronischer Filter, der aus einer Spule mit der Induktivität L und einem Kondensator mit der Kapazität C besteht. Der Frequenzgang einer solchen Schaltung hängt von der Reihenfolge der Verbindung zweier Elemente (L und C) relativ zum Punkt ab ein gefiltertes Signal wird angelegt und auf die Werte von L und C ...

In der Praxis werden die Werte von L und C so gewählt, dass ihre Reaktanz im Betriebsfrequenzbereich etwa 100-mal kleiner ist als der Lastwiderstand, um dessen Manövriereffekt auf den Frequenzgang eines Filters deutlich zu reduzieren .

Die Frequenz, bei der die Amplitude des am Filter anliegenden Signals auf das 0,7-fache ihres ursprünglichen Wertes abfällt, wird als Grenzfrequenz bezeichnet. Ein idealer Filter hat eine steile vertikale Ablenkung.

Abhängig von der Anschlussreihenfolge der Induktivität L und des Kondensators C in Bezug auf die Signalquelle und den Neutralbus erhält man also einen Hochpassfilter (HPF) oder einen Tiefpassfilter (LPF).

Tatsächlich handelt es sich bei diesen Schaltkreisen um Spannungsteiler, und in den Armen des Teilers sind reaktive Elemente installiert, deren Widerstand gegenüber Wechselstrom von der Frequenz abhängt.

Hier können Sie den Spannungsabfall in jedem der Filterelemente leicht berechnen, wobei zu berücksichtigen ist, dass bei der Grenzfrequenz der Spannungsabfall am Filterausgang gleich 0,7 der Eingangsspannungsamplitude sein sollte.Das bedeutet, dass das Verhältnis zwischen den Reagenzien 0,3 / 0,7 betragen sollte – basierend auf diesem Verhältnis wird der Separator berechnet, aus dem der Filter besteht.

Wenn der Lastkreis geöffnet ist, beginnt bei Tiefpassfiltern die Amplitude des Ausgangs stark abzunehmen, wenn die Frequenz des Eingangssignals die Resonanzfrequenz des LC-Kreises des Filters überschreitet. Wenn bei Hochpassfiltern die Frequenz des Eingangssignals unter die Resonanzfrequenz des LC-Kreises des Filters fällt, beginnt auch die Amplitude des Ausgangs zu fallen. In der Praxis werden LC-Filter als solche nicht unbelastet eingesetzt.

T-förmiger LC-Filter

Um die Nebenschlusswirkung des Filters auf die dahinter liegenden empfindlichen Stromkreise abzuschwächen, werden T-förmige Filter verwendet. Hier wird der L-Verbindung auf der Seite ihres Ausgangs ein zusätzliches reaktives Element hinzugefügt.

Die für den L-förmigen LC-Filter praktisch berechnete Kapazität oder Induktivität wird durch die Reihenschaltung eines Paares identischer Elemente ersetzt, sodass ihr Gesamtwiderstand gleich dem berechneten Element ist, das durch dieses Paar ersetzt wird (sie setzen zwei Hälften von Induktivitäten bzw zwei Kondensatoren, die eine doppelt so große Kapazität haben).

U-förmiger LC-Filter

Durch das Hinzufügen eines zusätzlichen Elements zur L-förmigen Verbindung, jedoch nicht hinten, sondern vorne, erhält man einen U-förmigen Filter. Diese Schaltung spannt die Eingangsquelle stärker vor. Hier beträgt das hinzugefügte Element die Hälfte der berechneten Kapazität für die L-Verbindung (die einfach in zwei kapazitive Elemente aufgeteilt wird) oder das Doppelte des Induktivitätswerts, der sich jetzt durch Parallelschaltung zweier Spulen ergibt.

Je mehr Verbindungen im Filter vorhanden sind, desto genauer ist die Filterung.Infolgedessen hat die höchste Amplitude der Last die Frequenz, die für diesen Filter seiner Resonanzfrequenz am nächsten kommt (Voraussetzung ist, dass die induktive Komponente der Verbindung gleich dieser Frequenz ihrer kapazitiven Komponente ist), der Rest von Das Spektrum wird unterdrückt.

Durch den Einsatz mehrstufiger Filter ist es möglich, das Signal der gewünschten Frequenz sehr präzise vom verrauschten Signal zu trennen. Selbst wenn die Amplitude bei der Grenzfrequenz relativ klein ist, wird der Rest des Bereichs durch die allgemeine Wirkung der Filterabgriffe unterdrückt.