Схема электронного фильтра

На выходе источника постоянного напряжения (выпрямителя), обладающего внутренним сопротивлением R _в, включен электронный фильтр, состоящий из ламп Л ₁, Л ₂, конденсаторов С _с1, С _с2, С ₁, С _н и резисторов.

Давайте рассмотрим работу электронного фильтра при периодических колебаниях тока нагрузки, вызванных периодическими изменениями сопротивления нагрузки.

Если сопротивление нагрузки увеличивается, то ток в цепи нагрузки уменьшается, а напряжение на входе электронного фильтра возрастает за счет уменьшения падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника R _в. Так как в этот момент напряжение на нагрузке также стремится возрасти, то это вызывает уменьшение отрицательного потенциала на сетке усилительной лампы Л ₂ и соответствующее увеличение отрицательного потенциала на сетке регулирующей лампы Л ₁. В результате почти весь избыток напряжения источника падает на лампе Л ₁, а выходное напряжение остается почти без изменений. Периодически изменяющиеся сигналы передаются на сетки ламп через конденсаторы С _с1, С _с2, емкость которых определяется низшей частотой колебаний тока нагрузки. При уменьшении сопротивления нагрузки схема работает аналогично.

Подобным же образом электронный фильтр ослабляет пульсацию источника постоянного напряжения.

Способность электронного фильтра поддерживать постоянство выходного напряжения при периодических колебаниях тока нагрузки позволяет рассматривать выпрямитель с электронным фильтром, как источник напряжения с низким выходным сопротивлением.

Для уменьшения мощности, рассеиваемой на аноде регулирующей лампы, ее можно шунтировать сопротивлением R _ш при условии, что колебания тока нагрузки невелики.

Выходное сопротивление электронного фильтра

где R _iр — внутреннее сопротивление регулирующей лампы Л ₁; μ _р — коэффициент усиления регулирующей лампы; К _у — коэффициент усиления усилителя; k _ш = R _ш/(R _ip + R _ш); R _ш — сопротивление, шунтирующее регулирующую лампу; Х = √1 + Ω² R ²_в С ²₁; Ω — угловая частота
колебаний тока нагрузки; С ₁ — емкость на входе электронного фильтра.

Коэффициент сглаживания электронного фильтра

где С _н — емкость на выходе электронного фильтра.

Регулирующая и усилительная лампы должны работать на линейных участках характеристик без захода в область сеточных токов. Минимальное анодное напряжение регулирующей лампы должно быть таким, чтобы максимальный ток нагрузки протекал через лампу при отрицательном напряжении на сетке. Для защиты от перенапряжений в схемах высоковольтных выпрямителей служат разрядники Р ₁ и Р ₂.

Электрические фильтры. Классификация и основные параметры

Электрический фильтр - это устройство, предназначенное для выделения или подавления электрических сигналов заданных частот.

По характеру полосы пропускаемых частот фильтры делятся на шесть типов:

1) ФНЧ (фильтр нижних частот) - пропускает сигналы с частотой от 0 до f_в(f_в=ω_в/2π).

2) ФВЧ (фильтр верхних частот) - пропускает сигналы с частотой от f_н до ∞

3) ФПП (полосовой фильтр) - пропускает сигналы с частотой от f_н до f_в.

4) РФ (режекторный фильтр) - не пропускает сигналы заданной частоты или полосы частот

5) ГПФ (гребенчатый фильтр) - фильтр, имеющий несколько полос пропускания.

6) РГФ (режекторный гребенчатый фильтр) - фильтр, имеющий несколько полос подавления.

Основные характеристики электрических фильтров - это полоса пропускания и избирательность.

Границы полос пропускания (ω_в, ω_н) определяются по частотам, на которых коэффициент усиления Ко уменьшается в √2≈0,7 раз.

Избирательность - мера, характеризующая способность фильтра разделять две группы колебаний с близкими частотами. Она определяется крутизной спада коэффициента передачи К(ω) на переходном участке от полосы пропускания к полосе подавления. Обычно крутизна спада оценивается в логарифмических единицах, Дб/окт: Δ=20Lg(K(ω₂)/K(ω₁)), где ω₂=2ω₁.

Фильтры бывают пассивные - состоящие только из пассивных элементов (резистор, конденсатор, катушка индуктивности) и активные - в состав которых входят усилительные элементы.

Пассивные фильтры используют только энергию фильтруемого сигнала, активные - используют дополнительно подведенную энергию.

Для понимания того, как рассчитываются фильтры вспомним уравнения, связывающие напряжение и ток для пассивных элементов.

1) Резистор: u(t)=R*i(t), в операторной форме U(S)=R*I(S), W(S)=R

2) Конденсатор: i(t)=C*d(u(t))/dt, в операторной форме U(S)=I(S)*1/CS, W(S)=1/CS

3) Индуктивность: u(t)=L*d(i(t))/dt, в операторной форме U(S)=LS*I(S), W(S)=LS

Рассмотрим последовательно соединенные L, C, R звенья:

Если считать, что входное сопротивление нагрузки много больше сопротивления фильтра, то i₂=0, i₁=i. В действительности это не так, но мы рассматриваем идеальный вариант.

Тогда (для данной схемы) можно считать U_вых(S)=I(S)*R, U_вх(S)=I(S)*(LS+1/CS+R),

отсюда коэффициент усиления: K(S)=U_вых(S)/U_вх(S)=R/(LS+1/CS+R).

Подставив в эту формулу S=jω, можно получить зависимости:

K(ω) - АЧХ фильтра и j(ω) - ФЧХ фильтра.

Необходимо помнить, что чем более неравномерны АЧХ и ФЧХ фильтра на рабочем участке, тем более сильно искажается форма отфильтрованного сигнала.