ОБЩИЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ПАССИВНЫХ LC-ФИЛЬТРОВ

GENERAL PRINCIPLE OF CONSTRUCTING PASSIVE LC FILTERS

Nikolay Shkutko

student, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлено описание принципа построения пассивных LC-фильтров.

ABSTRACT

This article describes the principle of constructing passive LC filters.

Ключевые слова: пассивный фильтр, LC-фильтр, ФНЧ, ФВЧ.

Keywords: passive filter, LC filter, low-pass filter, high-pass filter.

Фильтр – устройство, которое оказывает разное влияние на прохождение через него сигналов различных частот. Обычно требуется пропускать одни частоты и не пропускать другие, поэтому фильтр имеет полосу пропуская – диапазон частот, пропускаемых фильтром и полосу подавления – диапазон частот, не пропускаемых фильтром. Границей между полосой пропускания и полосой заграждения является частота среза.

В данной статье будут рассмотрены пассивные LC-фильтры. При построении таких фильтров необходимо учитывать свойства индуктивных и емкостных элементах в цепях переменного тока. Всем известно, что индуктивное сопротивление катушки имеет прямую зависимость от частоты протекающего в ней тока. Соответственно, чем выше частота, тем выше реактивное сопротивление. В конденсаторе же все наоборот, чем выше частота переменного тока, тем ниже емкостное сопротивление. В зависимости от расположения элементов, фильтры нижних и верхних частот делятся на Г-образные, Т-образные и П-образные.

Г-образный LC-фильтр – простейший фильтр, который содержит катушку индуктивностью L и конденсатор емкостью С. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) такого фильтра будет зависеть от порядка расположения катушки и конденсатора.

Рисунок 1. Амплитудно-частотная характеристика ФНЧ и ФВЧ.

Значение параметров L и С подбирается таким образом, чтобы их реактивные сопротивления в рабочем диапазоне частот были в 100 раз меньше сопротивления нагрузки.

Как уже говорилось ранее, в зависимости от последовательности расположения катушки и конденсатора получится фильтр верхних частот (ФВЧ) или фильтр нижних частот (ФНЧ).

Рисунок 2. Схема ФВЧ и ФНЧ

Фактически подобные цепи являются делителями напряжения, плечи которого содержат реактивные элементы. Так как на частоте среза падение напряжения на выходе фильтра равно 0,7 амплитуды входного напряжения, то можно с легкостью рассчитать падения напряжения на каждом элементе фильтра.

Для уменьшения шунтирующего действия фильтра на чувствительные цепи, которые подключаются после фильтра, используют Т-образные фильтры. Т-образный фильтр получается путем добавления со стороны его выхода ещё одного реактивного элемента.

Рассчитанный параметр индуктивности или емкости для Г-образного фильтра заменяется последовательным включением пары одинаковых элементов таким образом, чтобы их суммарное реактивное сопротивление было реактивному сопротивлению элемента, который будет заменен на данную пару.

Рисунок 3. Т-образные фильтры высоких и низких частот

Если в Г-образном фильтре добавить дополнительный реактивный элемент со стороны его входа, то получается П-образный фильтр, который сильнее шунтирует источник входного сигнала.

Рисунок 4. П-образные фильтры высоких и низких частот

Если добавляемый реактивный элемент – емкость, то он составляет половину значения емкости, рассчитанной для Г-образного фильтра, если добавленный элемент – индуктивность, значение удваивается.

Список литературы:

1. https://www.ruselectronic.com/passive-filters/#i (дата обращения 25.09.2021)
2. http://electricalschool.info/electronica/2098-obschiy-princip-postroeniya-passivnyh-lc-filtrov.html (дата обращения 25.09.2021)
3. https://hifi-audio.ru/archives/13699 (дата обращения 25.09.2021)