Благодаря этому в кривой тока и напряжения нагрузки высокочастотные гармоники будут выражены слабее, чем во входном напряжении фильтра

Аналогичное действие оказывает конденсатор, включенный параллельно с нагрузкой (рис.18.1,б).

Для гармоник низкой частоты конденсатор представляет большое сопротивление, а постоянная составляющая тока в нем равна нулю. Для высокочастотных гармоник емкостное сопротивление мало, поэтому в нагрузке они выражены слабо.

Если включить одновременно катушку и конденсатор, как показано на рисунке 18.1,в, то их действие в указанном направлении будет еще более эффективно.

Фильтры такого типа называются низкочастотными.

При создании фильтров широкое применение находят резонансные явления. Как известно, в контурах с последовательным и параллельным соединением катушки и конденсатора при определенных условиях возникает явление резонанса: в последовательном контуре (рис. 18.2,а) – резонанс напряжений, а в параллельном (рис. 18.2,б) – резонанс токов.

 

Если резонансная частота контура совпадает с частотой k -й гармоники, то контур настроен в резонанс на частоту этой гармоники.

Сопротивление z контура для k -й гармоники при резонансе напряжений минимально (для контура без потерь ), а при резонансе токов максимально (для контура без потерь ).

Это явление используется для выделения или подавления в нагрузке тока k -й гармоники.

Для выделения в приемнике напряжение k -й гармоники следует включить последовательно с ним колебательный контур (рис. 18.3,а), в котором на частоте k -й гармоники возникает резонанс напряжений.

 

 

 

 

Сопротивление этого контура на частоте k -й гармоники будет минимальным. Поэтому k -я гармоника напряжения будет выражена в приемнике наиболее полно, а другие гармоники будут выражены тем слабее, чем больше их частота отличается от резонансной частоты контура.

Аналогичный результат можно получить, если параллельно с приемником включить колебательный контур, в котором на частоте k -й гармоники возникает резонанс токов (рис.18.3,б). Этот контур, обладая большим сопротивлением, при частоте k -й гармоники позволяет выделить на приемнике напряжение этой частоты, подавив остальные гармоники. Два колебательных контура, включенных по схеме рис.18.3,в, действуя в одинаковом направлении, позволяют более эффективно выделить в приемнике ток k -й гармоники.Избирательная способность резонансных фильтров обычно характеризуется графиками зависимости выходного напряжения от частоты входного напряжения (рис.18.3,г); при резонансной частоте  выходное напряжение становится практически равным входному, а при частотах, значительно отличающихся от , выходное напряжение близко к нулю.

Колебательные контуры, настроенные в резонанс на частоту k -й гармоники, можно также применить для уменьшения напряжения этой гармоники.

Для этого последовательно с приемником нужно включить колебательный контур, в котором возникает резонанс токов (рис.18.4,а), или параллельно приемнику включить контур, в котором возникает резонанс напряжений (рис.18.4,б). Применение одновременно обоих контуров, как показано на рисунке 18.4,в, еще больше уменьшает k -ю гармонику выходного напряжения. Фильтр такого типа называют заградительным. В точке резонанса  напряжение на его выходе равно нулю (рис. 18.4,г).

Вопросы для самоконтроля

 

1. Как определить активную мощность в цепи при несинусоидальном токе?

2. Сформулируйте принцип наложения в применении к электрическим цепям.

3. Как применяется этот принцип к расчету цепи с несинусоидальной ЭДС?

4. Как рассчитывают полное сопротивление цепи для постоянной составляющей?

5. Чему равно полное сопротивление цепи для k -ой гармоники?

6. Почему при индуктивном характере нагрузки форма кривой тока в цепи ближе к синусоиде, чем форма кривой напряжения?

7. Почему при емкостном характере нагрузки кривая напряжения ближе к синусоиде, чем кривая тока?

8. Как зависят реактивные сопротивления индуктивности и емкости от частоты?

9. Начертите схемы низкочастотных фильтров и объясните их действие.

10. Напишите условия резонанса в реальном контуре и в конуре без потерь при последовательном и параллельном соединении катушки и конденсатора.

11. В чем состоит фильтрующее действие последовательного и параллельного колебательных контуров?