Nguyên lý chung cấu tạo bộ lọc LC thụ động (LPF và HPF)
Khi cần triệt tiêu các dòng điện xoay chiều có phổ tần số nhất định trong mạch, nhưng đồng thời truyền dòng điện có tần số trên hoặc dưới phổ này một cách hiệu quả, bộ lọc LC thụ động trên các phần tử phản ứng có thể hữu ích - bộ lọc thông thấp trên bộ lọc thông thấp (nếu cần, truyền dao động hiệu quả với tần số thấp hơn giá trị đặt) hoặc bộ lọc thông cao HPF (nếu cần, truyền dao động hiệu quả với tần số cao hơn giá trị đặt).
Nguyên tắc xây dựng các bộ lọc này dựa trên các đặc tính của cuộn cảm và tụ điện để hoạt động khác nhau trong mạch điện xoay chiều.
Người ta biết rằng điện trở cảm ứng cuộn dây tỉ lệ thuận với tần số dòng điện chạy qua nó nên tần số dòng điện chạy qua cuộn dây càng cao thì càng lớn phản ứng nó hiển thị dòng điện này, tức là nó làm chậm dòng điện xoay chiều ở tần số cao hơn và cho dòng điện ở tần số thấp hơn chạy qua dễ dàng hơn.
Tụ điện - ngược lại, tần số của dòng điện càng cao thì dòng điện xoay chiều này xuyên qua nó càng dễ dàng và tần số của dòng điện càng thấp thì tụ điện này càng cản trở dòng điện. Về mặt sơ đồ, các bộ lọc thông thấp và thông cao có hình chữ L, hình chữ T và hình chữ U (đa điểm nối).
Bộ lọc LC hình chữ L
Bộ lọc hình chữ L là một bộ lọc điện tử cơ bản bao gồm một cuộn dây có độ tự cảm L và một tụ điện có điện dung C. Đáp ứng tần số của một mạch như vậy phụ thuộc vào thứ tự kết nối của hai phần tử (L và C) so với điểm mà một tín hiệu đã lọc được áp dụng và với các giá trị của L và C ...
Trong thực tế, các giá trị của L và C được chọn sao cho điện kháng của chúng trong dải tần số hoạt động nhỏ hơn khoảng 100 lần so với điện trở tải, nhằm giảm đáng kể tác động điều động của giá trị sau đối với đáp ứng tần số của bộ lọc .
Tần số tại đó biên độ của tín hiệu đưa vào bộ lọc giảm xuống 0,7 giá trị ban đầu được gọi là tần số cắt. Một bộ lọc lý tưởng có độ lệch dọc dốc.
Vì vậy, tùy thuộc vào trình tự kết nối của cuộn cảm L và tụ điện C đối với nguồn tín hiệu và bus trung tính, bạn sẽ có bộ lọc thông cao - HPF hoặc bộ lọc thông thấp - LPF.
Trên thực tế, các mạch này là bộ chia điện áp và các phần tử phản kháng được lắp đặt trong các nhánh của bộ chia, có khả năng chống lại dòng điện xoay chiều phụ thuộc vào tần số.
Tại đây, bạn có thể dễ dàng tính toán điện áp rơi trong từng phần tử bộ lọc, có tính đến việc ở tần số cắt, điện áp rơi ở đầu ra của bộ lọc phải bằng 0,7 biên độ điện áp đầu vào.Điều này có nghĩa là tỷ lệ giữa các thuốc thử phải là 0,3 / 0,7 - dựa trên tỷ lệ này, chất tách tạo nên bộ lọc được tính toán.
Khi mạch tải mở, trong các bộ lọc thông thấp, khi tần số của tín hiệu đầu vào vượt quá tần số cộng hưởng của mạch LC của bộ lọc, biên độ của đầu ra bắt đầu giảm mạnh. Trong các bộ lọc thông cao, khi tần số của tín hiệu đầu vào giảm xuống dưới tần số cộng hưởng của mạch LC của bộ lọc, biên độ của đầu ra cũng bắt đầu giảm. Trong thực tế, các bộ lọc LC không được sử dụng như vậy khi không tải.
Bộ lọc LC hình chữ T
Để làm suy yếu hiệu ứng shunt của bộ lọc trên các mạch nhạy cảm được kết nối phía sau nó, các bộ lọc hình chữ T được sử dụng. Ở đây, một phần tử phản ứng bổ sung được thêm vào kết nối L, ở phía đầu ra của nó.
Công suất hoặc độ tự cảm được tính toán thực tế cho bộ lọc LC hình chữ L được thay thế bằng kết nối nối tiếp của một cặp phần tử giống hệt nhau sao cho tổng điện trở của chúng bằng với phần tử tính toán được thay thế bằng cặp này (họ đặt hai nửa cuộn cảm hoặc hai tụ điện có dung lượng lớn gấp đôi).
Bộ lọc LC hình chữ U
Bằng cách thêm một phần tử bổ sung vào kết nối hình chữ L, nhưng không phải ở phía sau mà ở phía trước, sẽ thu được bộ lọc hình chữ U. Mạch này thiên vị nguồn đầu vào nhiều hơn. Ở đây, phần tử được thêm vào bằng một nửa điện dung tính toán cho kết nối L (được chia đơn giản thành hai phần tử điện dung) hoặc gấp đôi giá trị điện cảm hiện có được bằng cách kết nối song song hai cuộn dây.
Càng có nhiều kết nối trong bộ lọc, bộ lọc sẽ càng chính xác.Do đó, biên độ cao nhất của tải sẽ có tần số mà đối với bộ lọc này sẽ gần nhất với tần số cộng hưởng của nó (điều kiện là thành phần cảm ứng của kết nối bằng với tần số này của thành phần điện dung của nó), phần còn lại của quang phổ sẽ bị triệt tiêu.
Việc sử dụng các bộ lọc đa cấp giúp có thể tách rất chính xác tín hiệu của tần số mong muốn khỏi tín hiệu nhiễu. Ngay cả khi biên độ ở tần số giới hạn tương đối nhỏ, thì phần còn lại của phạm vi sẽ bị triệt tiêu bởi hiệu ứng chung của các điểm nhấn của bộ lọc.