Определение фильтров, их назначение и классификация.

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым ослаблением) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим ослаблением) токов других частот.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без ослабления (или с малым ослаблением), называется полосой пропусканияили полосой прозрачности;диапазон частот, пропускаемых с большим ослаблением, называется полосой затуханияили полосой задерживания. Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства.

 

Таблица 16.1- Классификация фильтров

Название фильтров	Диапазон пропускаемых частот
Низкочастотные фильтры (НЧФ)
Высокочастотные фильтры (ВЧФ)
Полосовые фильтры (ПФ)
Заграждающие или режекторные фильтры (ЗФ или РФ)	и , где

Частота называется частотой среза или граничной частотой.

Фильтры используются как в радиотехнике и технике связи, где имеют место токи достаточно высоких частот, так и в силовой электронике и электротехнике.

Применяются: пассивные LC-фильтры и RC-фильтры; активные RC-фильтры (АRC-фильтры); цифровые фильтры.

 

 

Низкочастотные фильтры.

Т-и П- образные схемы низкочастотного фильтра приведены на рисунке17.1.

Рисунок 17.1

Найдём произведение сопротивлений и : (17.1)

где - номинальное характеристическое сопротивление.

Как видно из выражения (17.1), НЧФ являются фильтрами типа К.

Определим . (17. 2)

Условия для полосы пропускания и полосы задерживания НЧФ получим из (16.10) и (16.11) с учетом выражения (17.2).

Полоса пропускания . (17. 3)

Полоса задерживани . (17. 4)

Из условий (16.9) и получим граничные частоты и .

АЧХ и ФЧХ для НЧФ приведены на рисунке

Рисунок 17.2

Условия для полосы пропускания и полосы задерживания и частотные характеристики и получены при согласовании фильтра с нагрузкой ( ) во всем диапазоне частот.

 

Высокочастотные фильтры.

Т-и П- образные схемы высокочастотного фильтра приведены на рисунке 17.4.

 

Рисунок 17.4

Найдём произведение сопротивлений и : (17.7)

где - номинальное характеристическое сопротивление.

Как видно из выражения (17.7), ВЧФ являются фильтрами типа К.

Определим . (17.8)

Условия для полосы пропускания и полосы задерживания ВЧФ получим из (16.10) и (16.11) с учетом выражения (17. 8).

Полоса пропускания . (17. 9)

Полоса задерживания ,

. (17.10)

Из условий (16.9) и получим граничные частоты и .

 

 

39. Полосовые фильтры.

Рисунок 17.7

Полоса пропускания полосового фильтра лежит в диапазоне частот от до . Полосовой фильтр может быть образован путём соединения низкочастотного фильтра с полосой пропускания от 0 до и высокочастотного фильтра с полосой пропускания от до , причем > .

Т-и П- образные схемы полосового фильтра приведены на рисунке 17.7.

Выберем , тогда при частоте в продольной ветви наступает резонанс напряжений, в поперечной резонанс токов. Поэтому частота принадлежит полосе пропускания. Частотные характеристики полосового фильтра представлены на рисунке 17.8.

 

 

 

Заграждающие фильтры.

Полоса пропускания заграждающего фильтра лежит в диапазоне частот от 0 до и от до . Заграждающие фильтры могут быть получены путём совмещения свойств НЧФ и ВЧФ. Т-и П- образные схемы заграждающего фильтра приведены на рисунке 17.10.

Рисунок 17.10

Частотные характеристики ЗФ представлены на рисунке 17.9.

 

 

Трехфазные цепи.

Трехфазная цепь является совокупностью трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 120^o, создаваемые общим источником. Участок трехфазной системы, по которому протекает одинаковый ток, называется фазой.

Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, соединительных проводов и приемников или нагрузки, которые могут быть однофазными или трехфазными.

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину. На статоре генератора размещена обмотка, состоящая из трех частей или фаз, пространственно смещенных относительно друг друга на 120^o. В фазах генератора индуктируется симметричная трехфазная система ЭДС, в которой электродвижущие силы одинаковы по амплитуде и различаются по фазе на 120^o. Запишем мгновенные значения и комплексы действующих значений ЭДС.

Сумма электродвижущих сил симметричной трехфазной системы в любой момент времени равна нулю.

Соответственно

На схемах трехфазных цепей начала фаз обозначают первыми буквами латинского алфавита (А, В, С), а концы - последними буквами (X, Y, Z). Направления ЭДС указывают от конца фазы обмотки генератора к ее началу.
Каждая фаза нагрузки соединяется с фазой генератора двумя проводами: прямым и обратным. Получается несвязанная трехфазная система, в которой имеется шесть соединительных проводов. Чтобы уменьшить количество соединительных проводов, используют трехфазные цепи, соединенные звездой или треугольником.

Если концы всех фаз генератора соединить в общий узел, а начала фаз соединить с нагрузкой, образующей трехлучевую звезду сопротивлений, получится трехфазная цепь, соединенная звездой. При этом три обратных провода сливаются в один, называемый нулевым или нейтральным. Токи в фазах приемника или источника называют фазными токами, токи в линейных проводах - линейными токами. Так как линейные провода соединены последовательно с фазами источника и приемника, линейные токи при соединении звездой являются одновременно фазными токами. I_л = I_ф. Если конец каждой фазы обмотки генератора соединить с началом следующей фазы, образуется соединение в треугольник. К точкам соединений обмоток подключают три линейных провода, ведущие к нагрузке, в трехфазной цепи, соединенной треугольником, фазные и линейные напряжения одинаковы. U_л = U_ф