หลักการทั่วไปของการสร้างตัวกรอง LC แบบพาสซีฟ (LPF และ HPF)

เมื่อจำเป็นต้องระงับกระแสสลับด้วยสเปกตรัมความถี่ที่แน่นอนในวงจร แต่ในขณะเดียวกันก็ผ่านกระแสที่มีความถี่สูงหรือต่ำกว่าสเปกตรัมนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวกรอง LC แบบพาสซีฟบนองค์ประกอบปฏิกิริยาจะมีประโยชน์ - ตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน ตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน (หากจำเป็น การผ่านของการสั่นอย่างมีประสิทธิภาพด้วยความถี่ที่ต่ำกว่าที่ตั้งไว้) หรือตัวกรองความถี่สูงผ่าน HPF (หากจำเป็น การส่งผ่านการสั่นอย่างมีประสิทธิภาพด้วยความถี่ที่สูงกว่าที่ตั้งไว้)

หลักการของการสร้างตัวกรองเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเพื่อให้ทำงานต่างกันในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าการต้านทานแบบอุปนัย ขดลวด เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของกระแสที่ไหลผ่าน ดังนั้นความถี่ของกระแสที่ไหลผ่านขดลวดยิ่งสูง ปฏิกิริยา มันแสดงกระแสนี้ นั่นคือ มันชะลอกระแสสลับที่ความถี่สูงให้มากขึ้น และผ่านกระแสที่ความถี่ต่ำได้ง่ายขึ้น

คอนเดนเซอร์ — ในทางตรงกันข้าม ยิ่งความถี่ของกระแสสูง กระแสสลับนี้จะทะลุผ่านได้ง่ายขึ้น และยิ่งความถี่ของกระแสต่ำลง ตัวเก็บประจุนี้จะเป็นอุปสรรคต่อกระแสมากขึ้น ตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำและความถี่สูงในแผนผังเป็นรูปตัว L รูปตัว T และรูปตัวยู (หลายทางแยก)

ตัวกรอง LC รูปตัว L

ตัวกรองรูปตัว L เป็นตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้นซึ่งประกอบด้วยขดลวดเหนี่ยวนำ L และตัวเก็บประจุของความจุ C การตอบสนองความถี่ของวงจรดังกล่าวขึ้นอยู่กับลำดับการเชื่อมต่อขององค์ประกอบทั้งสอง (L และ C) เทียบกับจุดที่ ใช้สัญญาณที่กรองแล้วกับค่า L และ C ...

ในทางปฏิบัติ ค่าของ L และ C ถูกเลือกเพื่อให้ค่ารีแอกแตนซ์ในช่วงความถี่การทำงานมีค่าน้อยกว่าค่าความต้านทานโหลดประมาณ 100 เท่า เพื่อลดผลกระทบของการเคลื่อนตัวของค่าหลังต่อการตอบสนองความถี่ของตัวกรอง .

ความถี่ที่แอมพลิจูดของสัญญาณที่ใช้กับตัวกรองลดลงถึง 0.7 ของค่าเดิมเรียกว่าความถี่คัตออฟ ตัวกรองที่เหมาะสมที่สุดจะมีการโก่งตัวในแนวดิ่งสูงชัน

ดังนั้น ขึ้นอยู่กับลำดับการเชื่อมต่อของตัวเหนี่ยวนำ L และตัวเก็บประจุ C ที่เกี่ยวกับแหล่งสัญญาณและบัสที่เป็นกลาง คุณจะได้รับตัวกรองความถี่สูง - HPF หรือตัวกรองความถี่ต่ำ - LPF

ในความเป็นจริงวงจรเหล่านี้เป็นตัวแบ่งแรงดันและมีการติดตั้งองค์ประกอบปฏิกิริยาที่แขนของตัวแบ่งซึ่งความต้านทานต่อกระแสสลับขึ้นอยู่กับความถี่

ที่นี่คุณสามารถคำนวณแรงดันตกคร่อมในองค์ประกอบตัวกรองแต่ละตัวได้โดยง่าย โดยคำนึงว่าที่ความถี่คัตออฟ แรงดันตกที่เอาต์พุตตัวกรองควรเท่ากับ 0.7 ของแอมพลิจูดแรงดันอินพุตซึ่งหมายความว่าอัตราส่วนระหว่างรีเอเจนต์ควรเป็น 0.3 / 0.7 - ตามอัตราส่วนนี้จะคำนวณตัวคั่นที่ประกอบเป็นตัวกรอง

เมื่อวงจรโหลดเปิดในตัวกรองความถี่ต่ำเมื่อความถี่ของสัญญาณอินพุตเกินความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร LC ของตัวกรอง แอมพลิจูดของเอาต์พุตจะเริ่มลดลงอย่างรวดเร็ว ในฟิลเตอร์กรองความถี่สูง เมื่อความถี่ของสัญญาณอินพุตต่ำกว่าความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร LC ของฟิลเตอร์ แอมพลิจูดของเอาต์พุตก็เริ่มลดลงเช่นกัน ในทางปฏิบัติ ตัวกรอง LC จะไม่ถูกใช้โดยไม่มีโหลด

ฟิลเตอร์ LC รูปตัว T

เพื่อลดผลกระทบของการสับเปลี่ยนของตัวกรองต่อวงจรที่ละเอียดอ่อนที่เชื่อมต่ออยู่ด้านหลัง จึงใช้ตัวกรองรูปตัว T ที่นี่ มีการเพิ่มองค์ประกอบปฏิกิริยาเพิ่มเติมในการเชื่อมต่อ L ที่ด้านข้างของเอาต์พุต

ความจุหรือความเหนี่ยวนำที่คำนวณได้จริงสำหรับตัวกรอง LC รูปตัว L จะถูกแทนที่ด้วยการเชื่อมต่ออนุกรมของคู่ขององค์ประกอบที่เหมือนกัน เพื่อให้ความต้านทานรวมของพวกมันเท่ากับองค์ประกอบที่คำนวณได้ซึ่งถูกแทนที่ด้วยคู่นี้ (พวกเขาใส่ตัวเหนี่ยวนำสองครึ่งหรือ ตัวเก็บประจุสองตัว ซึ่งมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของความจุ)

ตัวกรอง LC รูปตัวยู

โดยการเพิ่มองค์ประกอบเพิ่มเติมในการเชื่อมต่อรูปตัว L แต่ไม่ใช่ที่ด้านหลัง แต่ที่ด้านหน้าจะได้ตัวกรองรูปตัวยู วงจรนี้ให้อคติกับแหล่งอินพุตมากขึ้น ที่นี่องค์ประกอบที่เพิ่มเข้ามาคือครึ่งหนึ่งของความจุที่คำนวณได้สำหรับการเชื่อมต่อ L (ซึ่งแบ่งออกเป็นสององค์ประกอบ capacitive) หรือสองเท่าของค่าความเหนี่ยวนำที่ได้รับในขณะนี้โดยการเชื่อมต่อสองขดลวดแบบขนาน

ยิ่งมีการเชื่อมต่อในตัวกรองมากเท่าใด การกรองก็จะแม่นยำมากขึ้นเท่านั้นเป็นผลให้แอมพลิจูดสูงสุดของโหลดจะมีความถี่ซึ่งสำหรับตัวกรองนี้จะใกล้เคียงกับความถี่เรโซแนนซ์ของมันมากที่สุด (เงื่อนไขคือส่วนประกอบอุปนัยของการเชื่อมต่อเท่ากับความถี่นี้ของส่วนประกอบตัวเก็บประจุ) ส่วนที่เหลือของ คลื่นความถี่จะถูกระงับ

การใช้ตัวกรองหลายระดับทำให้สามารถแยกสัญญาณของความถี่ที่ต้องการออกจากสัญญาณที่มีเสียงดังได้อย่างแม่นยำมาก แม้ว่าแอมพลิจูดที่ความถี่คัตออฟจะค่อนข้างน้อย แต่ช่วงที่เหลือจะถูกระงับโดยผลกระทบทั่วไปของก๊อกกรอง