Bộ lọc điện - định nghĩa, phân loại, đặc điểm, các loại chính

Nguồn năng lượng công nghiệp cung cấp thiết thực đường cong điện áp hình sin… Đồng thời, trong một số trường hợp, dòng điện và điện áp xoay chiều, có chu kỳ, khác hẳn với dòng điện hài.

Bộ lọc điện có thể được sử dụng để làm mịn sóng điện áp trong bộ chỉnh lưu, bộ giải điều chế chuyển đổi dao động tần số cao được điều chế biên độ thành những thay đổi tương đối chậm trong điện áp tín hiệu và các thiết bị tương tự khác.

Trong trường hợp đơn giản nhất, bạn có thể giới hạn kết nối nối tiếp với tải cuộn cảm, có điện trở tăng theo thứ tự điều hòa tăng và tương đối nhỏ đối với các dao động tần số thấp và thậm chí còn lớn hơn đối với thành phần không đổi. Sẽ hiệu quả hơn khi sử dụng các bộ lọc hình chữ U, hình chữ T và hình chữ L.

Định nghĩa cơ bản và phân loại bộ lọc điện

Tính chọn lọc của bộ lọc là khả năng chọn một dải tần số nhất định vốn có trong tín hiệu hữu ích từ toàn bộ phổ tần số của dòng điện đi vào đầu vào của nó.

Để có được tính chọn lọc tốt, bộ lọc phải cho dòng điện ở các tần số vốn có của tín hiệu mong muốn đi qua với độ suy giảm tối thiểu và có độ suy giảm tối đa đối với dòng điện ở tất cả các tần số khác. Theo bộ lọc này, định nghĩa sau đây có thể được đưa ra.

Bộ lọc điện được gọi là thiết bị bốn cực truyền dòng điện trong một dải tần số nhất định với độ suy giảm nhỏ (băng thông) và dòng điện có tần số bên ngoài dải tần này — với độ suy giảm cao hoặc, như người ta thường nói, không vượt qua (không- dải truyền dẫn).

Theo cấu trúc của các mạch, các bộ lọc được chia thành các bộ lọc chuỗi (cột) và cầu. Bộ lọc xích là bộ lọc được chế tạo theo mạch cầu hình chữ T, P và L. Bộ lọc cầu là bộ lọc được thực hiện trên mạch cầu.

Tùy thuộc vào bản chất của các phần tử, các bộ lọc được chia thành:

• LC — các phần tử trong số đó là điện cảm và điện dung;

• RC - các phần tử có điện trở và công suất hoạt động;

• bộ cộng hưởng - các yếu tố trong số đó là bộ cộng hưởng.

Theo sự hiện diện của các nguồn năng lượng trong mạch lọc, chúng được chia thành:

• thụ động—không chứa nguồn năng lượng trong mạch;

• hoạt động - chứa các nguồn năng lượng trong mạch dưới dạng đèn hoặc bộ khuếch đại tinh thể; đôi khi được gọi là bộ lọc phần tử tích cực.

Để mô tả đầy đủ đặc tính của hiệu suất bộ lọc, cần phải biết các đặc tính điện của nó, bao gồm sự phụ thuộc tần số của suy giảm, dịch pha và trở kháng đặc tính.

Tốt nhất là bộ lọc, với số lượng phần tử tối thiểu, có:

• độ dốc tối đa của đặc tính giảm chấn;

• suy hao cao trong dải không truyền;

• suy giảm tối thiểu và liên tục trong băng thông;

• hằng số tối đa của trở kháng đặc tính trong dải thông;

• phản ứng pha tuyến tính;

• khả năng điều chỉnh dễ dàng và mượt mà của dải tần và độ rộng của nó;

• sự không đổi của các đặc tính không phụ thuộc vào: điện áp (dòng điện) tác động ở đầu vào bộ lọc, nhiệt độ và độ ẩm của môi trường, cũng như ảnh hưởng của nhiễu điện và từ bên ngoài;

• khả năng làm việc ở các dải tần số khác nhau;

• kích thước, trọng lượng và chi phí của bộ lọc phải được giữ ở mức tối thiểu.

Thật không may, không có loại bộ lọc cơ bản nào có đặc điểm đáp ứng tất cả các yêu cầu này. Vì vậy, tùy theo điều kiện cụ thể mà sử dụng các loại màng lọc có đặc tính đáp ứng tốt nhất các yêu cầu kỹ thuật. Rất thường xuyên, cần phải áp dụng các bộ lọc cho các mạch phức tạp bao gồm các kết nối cơ bản thuộc nhiều loại khác nhau.

Các loại bộ lọc phổ biến nhất

Trong bộ lễ phục. Hình 1 cho thấy sơ đồ của bộ lọc hình chữ L đơn giản với cuộn cảm L và tụ điện C được kết nối giữa máy thu rpr và bộ chỉnh lưu V.

Các dòng điện xoay chiều ở tất cả các tần số đáp ứng điện trở đáng kể của cuộn cảm và một tụ điện được kết nối song song truyền các dòng điện tần số cao còn lại dọc theo nhánh song song. Điều này làm giảm đáng kể gợn sóng điện áp trong tải. rNS.

Bộ lọc bao gồm hai hoặc nhiều liên kết tương tự cũng có thể được sử dụng. Đôi khi các bộ lọc đơn giản với điện trở được sử dụng thay cho cuộn cảm.

Cơm. 1.Bộ lọc điện hình chữ L làm mịn đơn giản nhất

Nâng cao hơn là các bộ lọc cộng hưởng mà họ sử dụng hiện tượng cộng hưởng.

Khi mắc nối tiếp cuộn cảm và tụ điện, khi fwL = 1/(kwV) thì mạch sẽ có độ dẫn điện (hoạt động) cao nhất ở tần số fw và độ dẫn điện khá cao ở dải tần gần với cộng hưởng. Mạch này là một bộ lọc thông dải đơn giản.

Khi cuộn cảm và tụ điện được mắc song song, mạch như vậy sẽ có độ dẫn điện thấp nhất ở tần số cộng hưởng và độ dẫn điện tương đối thấp ở dải tần gần với tần số cộng hưởng. Bộ lọc như vậy là bộ lọc chặn cho một dải tần số nhất định.

Để cải thiện hiệu suất của bộ lọc thông dải đơn giản, có thể sử dụng sơ đồ (Hình 2) trong đó một cuộn cảm và một tụ điện được kết nối song song với nhau song song với máy thu. Một mạch như vậy cũng được điều chỉnh cộng hưởng với tần số của dê và thể hiện điện trở rất cao đối với dòng điện trong dải tần số đã chọn và điện trở thấp hơn nhiều đối với dòng điện ở các tần số khác.

Cơm. 2. Sơ đồ bộ lọc thông dải đơn giản

Một bộ lọc tương tự có thể được sử dụng trong các bộ biến điệu tạo ra các dao động biến điệu ở một tần số cụ thể. Điện áp tín hiệu tần số thấp Uc được áp dụng cho bộ điều biến M, điện áp này được chuyển đổi thành các dao động tần số cao được điều chế và bộ lọc tách điện áp khỏi tần số yêu cầu, được đưa đến tải rNS.

Ví dụ, giả sử rằng một dòng điện xoay chiều không phải hình sin chạy qua mạch và các dòng điện hài thứ ba và thứ năm rất lớn sẽ bị loại khỏi đường cong dòng điện máy thu.Tiếp theo, chúng ta sẽ xen kẽ hai mạch được điều chỉnh để cộng hưởng cho hài thứ ba và thứ năm trong mạch (Hình 3, a).

Trở kháng đường bên trái được điều chỉnh để cộng hưởng ở tần số 3w sẽ rất lớn đối với tần số đó và nhỏ đối với tất cả các sóng hài khác; một vai trò tương tự được thực hiện bởi mạch bên phải được điều chỉnh để cộng hưởng ở tần số 5w... Do đó, đường cong dòng điện của máy thu đầu vào sẽ gần như không chứa sóng hài thứ ba và thứ năm (Hình 3, b), sóng hài này sẽ bị triệt tiêu bởi lọc.

Cơm. 3. Sơ đồ với các mạch cộng hưởng mắc nối tiếp được điều chỉnh để cộng hưởng cho hài thứ ba và thứ năm: a — sơ đồ mạch; b — đường cong của điện áp và mạch và dòng điện vào của máy thu

Cơm. 4. Đường cong điện áp đầu ra của bộ lọc thông dải

Trong một số trường hợp, các bộ lọc thông dải phức tạp hơn được thực hiện, cũng như các bộ lọc cắt vượt qua hoặc không vượt qua các dao động bắt đầu ở một tần số nhất định. Các bộ lọc như vậy bao gồm các kết nối hình chữ T hoặc hình chữ U.

Nguyên tắc hoạt động của các bộ lọc là trong dải tần số, ví dụ, bộ lọc thông dải, cộng hưởng xảy ra ở tần số n + 1, trong đó n là số lượng kết nối. Một đường cong Uout = f (w) đối với một bộ lọc bao gồm ba kết nối như vậy được hiển thị trong Hình. 4. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra ở các tần số w1, w2, w3 và w4.

Xem thêm về chủ đề này: bộ lọc nguồn VàBộ lọc đầu vào và đầu ra cho bộ biến tần