Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В этом случае целесообразно иключить в цепь нагрузки дроссель Е с ферромагнитным сердечником, обладаюшпй большой вндуктивностью (рис. 4 2). Дрос- сель с обмоткой из сравнительно толстого провода имеет малое сопротивле- ние постоянному таку и очень большое сопротивление переменному. Такой фильтр из емкости и индуктивностн называется Гобразным фильтром.
Его можно усовершенствовать, поднлючив параллельно нагрузке дополнительно конденсатор С (рис. 4.3), через ко- торый должен проходить остаток переменного тока после дросселя Е Г-образного фильтра. Такой фильтр называется П-о б р а з н ы м ф ~и л ь т р о м. Продолжая таким же путем подключать дроссели и конденсаторы, мож. но получать все более и более сложные фильтры, которые лучше отфильтровывают переменный ток. Такие фильтры состоят из последовательного соединения нескольких Г- или П-образных звеньев, Практически увеличение числа звеньев в фильтре более трех уже не создаст существенного выигрыша в фильтрации и приводит к неоправданному увеличению массы, габаритных размеров и стоимости устройства. Поэтому более сложные фильтры применяют весьма редко, При малом внутреннем сопротивлении источника питания в начестве простейшего фильтра можно использовать только дроссель (рис.
4.4). Если сопро- Ъ Гн Рис. 4.4. Использование дросселя в качсстве фильтра тивленне дросселя переменному току велико и ыЕ»ач, то переменный ток окажется незначительным, а постоянный ток, для которого сопротивление дросселя мало, может быть сравнительно большим. Т(ля улучшения фильтрации параллельно нагрузке включают конденсатор. Такой фильтр тоже навываетгя Г-образным, фильтруюшее действие его может быть улучшено включением дополн~ительного дросселя в цепь нагрузки.
63 Фа$аГгауц Сгпльтр С ~ 7э 1 а) 4 Таной фильтр называется Т-о б р а зн ы м ф и л ь т р о м (рис. 4.5). При изменениях нагрузки П-образные фильтры позволяют получить большее постоянство напряжения, а Т-образ- Рис. 4.5. Т-образный филыр ные фильтры — большее постоянство тока на выходе, Если в неноторый момент времени сопротивление нагрузки резко изменится и начнет изменяться ток, то при Т-образной схеме филыра изменению тока в нагрузке будет препятствовать стоящий между ней и конденсатором дроссель, в котором будет индуцироваться ЭДС самоиндукции, стремящаяся поддержать ток на прежнем уровне. При резком изменении нагрузки П-образного фильтра изменение напряжения на конденсаторе происходит сравнительно медленно, и он под- 4.3.
ФИЛЬТРЫ НИЖНИХ ЧАСТОТ Часто в радиотехнических устройствах оказывается необходимым пропускать токи всех частот от нулевой до некоторой частоты (,гь называемой ч астотой среза, а асе токи более высоких частот задерживать. Для этой цели используют фильтры нижних частот. Их схемы не отличаются от разобраяных выше схем фильтров источников питания постоянного тока; разница состоит только в значениях составляющих их емкостей, нндуктианостей н сопротивлений. Создать идеальный фильтр, абсолютно не,пропускающий токов, имеющих частоту выше частоты среза, невозможно. Ослабление фильтруемых напряжений илв токов оценивается отношением их амплитуд на входе к амплитудам на выходе. Однако чаще берется не само отношение, а его логарифм.
Это вызвано тем, что реакция органов слуха и зрения человека, как было экспериментально установлено, оказывается пропорциональной не степени изменения раздражающего воздействия, а его логарифму. Поэтому обы шо оценку уси- 54 держивает напряжение на нагрузке иа прежнем уровне, но зато ток в нагрузке резко изменится. К недостаткам фильтров с дроссе. лями следует отнести большие габаритные размеры, массу и стоимость. Поэтому часто в тех случаях, когда к фильтру не предъявляется особенно жестких требований, вместо дросселей ставят резисторы (рис.
4.6). Это позво- — С вЂ” С 7л =С С Рис. 4.6. Фильтры, составленные из кон- денсаторов и резисторов: а — Г-образный; б — Т-образный; в— П-образный лает резко сократить габариты и стоимость фильтров. Основной недостаток таких фильтров заключается в большах потерях мощности в резисторах, поэтому их используют только в тех цепях, где протекают сравнительно небольшие токи. ления (или ослабленна) затухания производят в децибелах: р = 1О 12 — = 20 12 —, и, (4.2) и,' где Р, — мощность,на выходе; Рз — мощность на входе; Уз — напряжение на входе; У~ — напряжение на выходе. При оценке затухания по отношению напрянгеннй учитывают, что при одинаковых сопротивлениях мощности относятся как квадраты напряжений.
Поэтому в выражении (4.2) коэффициент прн логарифме напряжений удваивается. На рис. 4.7 изображен типичный график зависимости затухания, создаваечого фильтром нижних частот, от частоты подведенного к нему напряжения. Для того чтобы характеристика фильтра в возможно большей степени приближалась к идеальной, т. е. крутизна ее падающей части была наибольшей, нужно, чтобы сопротивление потерь в элементах фильтра было минимальным, число ячеек возможно большим, а со- /сэг Рис. 4.7. Характеристика затухания фильтра нижних частот 2 д 0 Ез) Г( Рис.
48, Схема фильтра, представленного в виде цепочки Г-образных нческ С (/2 гч/2 ф/2 Сг/2 Рис 4.9. Разделение Т-образного фильтра нюкних частот на две Г-образные ячейка йг Лг/2 Лг/2 лгл ТЛ "Тчэ Хаг Рнс. 4.!О. Разделение П-образного фильтра нижних частот на две Г-образные ячейки 55 противление нагрузки определенным образом связано с параметрами фильтра.
Для выяснения этих условий разобьем схему любого сдох!пего фильтра на элементарные Г-образные ячейки, состоящие нз емкости л индуктивносги, т. е. из двух реактивных сопротивлений противоположного характера Х, и Хз (рис. 4.8). Например, при разделении х! хг Т-образного фильтра на две Г-образные ячейки (рис. 4.9) конденсатор С~ рас- сматривают как параллельное соединение двух конденсаторов емкостью Сн2, а при разделении П-образного фильтра на Г-образные ячейки (рис. 4.!0) индуктивность Лг рассматривают как последовательное соединение двух индуктивностей Ь/2.
Процесс передачи энергии вдоль ячеек фильтра можно представить следующим образом; переменное напряжение источника на входе возбуждает ток в первой ячейке фильтра, создающей переменное напряжение иа элементе Хз, т. е. на входе второй ячейки, пад действием которого в ней возникает ток, и т, д. Если не учитывать потери и допустить, что вся энергия от входа передается на выход, то токи и напряжения во всех ячейках будут одинаковыми. При таком наивыгоднейшем режиме работы фильтр с нагрузкой представляет для источника чисто активное сопротивление (вся его энергия поглощается).
Это возможно только в том случае, если нагрузка фильтра активная и в реактивных элементах противоположного характера протекают такие токи и действуют такие напряжения, при которых в них развиваются одинаковые реактивные мощности. Пусть при выполнении данных условий токи во всех индуктлвностях элементарных ячеек будут 7, а яапряженяя на емкостях У. При этом реакгивнан мощность в индуктивности 1 Р = — /зХ (4 3) рб а в емкости и Рс Х (4.4) Из условия Ргь= Рэс можно определить, какое сопротивление будет представлять фильтр длн источника питания: )7„= и(7=УХ!,ХС. (4.5) Такое же входное сопротивление должна представлять каждая следующая ячейка фильэра для предыдущей.
Это сопротивление называется в о л н оным или характеристическим сопротивлением фильтра )Р. Подставим в уравнение (4.5) выражения для сопротивления Хс=ю(ч/2 и Хе=2/озСь Тогда )7„= )Р = УЬ7С, (4.б) Для того чтобы последняя ячейка работала так же, квк предыдущие, необходимо, чтобы нагрузка была согласована с фильтром, т. е. чтобы она имела чисто активный характер и равнялась волновому сопротивлению фильтра: )) = У~.,)С, = 57. (4.7) Каждая из Г-образных ячеек представляет собой последовательный контур.
На резонаноной частоте сопротивление емиостей равно сопротивлению индуктквностей. На более низких частотах сопроаивлоиие емкостей бьютро возрастает, а сопротивление индуктивностей кидает. Поэтому ток с частотой, которая ниже частоты резонанса, встречая малое сопротивление индуктнвностей и большое сопротивление емкостей, проходит почти полностью по фильтру от источника к нагрузке. На частотах выше резонансной сопротивление нндуктивностей увеличивается, а емкостей — падает.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
