ตัวกรองไฟฟ้า — ความหมาย การจำแนก ลักษณะ ประเภทหลัก

แหล่งพลังงานอุตสาหกรรมให้ประโยชน์ เส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าไซน์… ในเวลาเดียวกัน ในหลายกรณี กระแสสลับและแรงดันซึ่งเป็นระยะจะแตกต่างอย่างมากจากฮาร์มอนิก

ตัวกรองไฟฟ้าสามารถใช้เพื่อทำให้คลื่นแรงดันไฟฟ้าเรียบขึ้นในวงจรเรียงกระแส เครื่องดีโมดูเลเตอร์ที่แปลงการสั่นความถี่สูงที่มอดูเลตด้วยแอมพลิจูดเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ค่อนข้างช้าของแรงดันสัญญาณ และอุปกรณ์อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน

ในกรณีที่ง่ายที่สุด คุณสามารถจำกัดการเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโหลดได้ ตัวเหนี่ยวนำซึ่งมีความต้านทานเพิ่มขึ้นตามลำดับฮาร์มอนิกที่เพิ่มขึ้น และมีค่าค่อนข้างน้อยสำหรับการสั่นความถี่ต่ำ และยิ่งมากขึ้นสำหรับส่วนประกอบคงที่ การใช้ฟิลเตอร์รูปตัวยู รูปตัว T และรูปตัว L จะมีประสิทธิภาพมากกว่า

คำจำกัดความพื้นฐานและการจำแนกประเภทของตัวกรองไฟฟ้า

หัวกะทิของตัวกรองคือความสามารถในการเลือกช่วงความถี่หนึ่ง ๆ ที่มีอยู่ในสัญญาณที่มีประโยชน์จากคลื่นความถี่ทั้งหมดของกระแสที่ป้อนเข้ามา

เพื่อให้ได้รับการคัดเลือกที่ดี ตัวกรองต้องผ่านกระแสที่ความถี่ที่มีอยู่ในสัญญาณที่ต้องการโดยมีการลดทอนขั้นต่ำและมีการลดทอนสูงสุดสำหรับกระแสที่ความถี่อื่นทั้งหมด ตามตัวกรองนี้สามารถให้คำนิยามต่อไปนี้ได้

ตัวกรองไฟฟ้าเรียกว่าอุปกรณ์สี่ขั้วที่ส่งกระแสในย่านความถี่หนึ่งที่มีการลดทอนเพียงเล็กน้อย (แบนด์วิธ) และกระแสที่มีความถี่นอกย่านนี้ — ที่มีการลดทอนสูงหรือตามปกติจะกล่าวว่าไม่ผ่าน (ไม่- วงส่งสัญญาณ)

ตามโครงสร้างของวงจร ตัวกรองแบ่งออกเป็นโซ่ (คอลัมน์) และตัวกรองสะพาน ตัวกรองโซ่เป็นตัวกรองที่ผลิตขึ้นตามวงจรบริดจ์รูปตัว T, P และ L ตัวกรองสะพานเป็นตัวกรองที่สร้างขึ้นในวงจรบริดจ์

ขึ้นอยู่กับลักษณะขององค์ประกอบ ตัวกรองแบ่งออกเป็น:

• LC — องค์ประกอบที่เป็นตัวเหนี่ยวนำและความจุ

• RC — องค์ประกอบที่มีความต้านทานและความจุที่ใช้งานอยู่

• resonator — องค์ประกอบที่เป็น resonator

ตามการมีอยู่ของแหล่งพลังงานในวงจรกรอง จะแบ่งออกเป็น:

• แบบพาสซีฟ — ไม่มีแหล่งพลังงานในวงจร

• แอกทีฟ — มีแหล่งพลังงานในวงจรในรูปของหลอดไฟหรือคริสตัลแอมพลิฟายเออร์ บางครั้งเรียกว่าตัวกรององค์ประกอบที่ใช้งานอยู่

สำหรับการระบุคุณลักษณะที่สมบูรณ์ของประสิทธิภาพตัวกรอง จำเป็นต้องทราบคุณลักษณะทางไฟฟ้า ซึ่งรวมถึงการพึ่งพาความถี่ของการลดทอน การเลื่อนเฟส และอิมพีแดนซ์คุณลักษณะ

สิ่งที่ดีที่สุดคือตัวกรองที่มีจำนวนองค์ประกอบขั้นต่ำ:

• ความชันสูงสุดของลักษณะการทำให้หมาด ๆ

• การลดทอนสูงในแถบที่ไม่ส่งสัญญาณ

• การลดทอนน้อยที่สุดและคงที่ใน passband;

• ค่าคงที่สูงสุดของอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะในแถบพาสแบนด์

• การตอบสนองเฟสเชิงเส้น

• ความเป็นไปได้ของการปรับแถบความถี่และความกว้างที่ง่ายและราบรื่น

• ความคงตัวของลักษณะที่ไม่ขึ้นอยู่กับ: แรงดัน (กระแส) ที่กระทำที่อินพุตตัวกรอง อุณหภูมิและความชื้นของสิ่งแวดล้อม ตลอดจนอิทธิพลของการรบกวนทางไฟฟ้าและแม่เหล็กภายนอก

• ความสามารถในการทำงานในช่วงความถี่ต่างๆ

• ต้องรักษาขนาด น้ำหนัก และต้นทุนของตัวกรองให้น้อยที่สุด

น่าเสียดายที่ไม่มีตัวกรองพื้นฐานประเภทเดียวที่มีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้ทั้งหมด ดังนั้นขึ้นอยู่กับเงื่อนไขเฉพาะ จึงใช้ตัวกรองประเภทดังกล่าว ซึ่งมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิคมากที่สุด บ่อยครั้งที่จำเป็นต้องใช้ตัวกรองกับวงจรที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยการเชื่อมต่อเบื้องต้นประเภทต่างๆ

ประเภทของตัวกรองที่พบมากที่สุด

ในรูป 1 แสดงไดอะแกรมของตัวกรองรูปตัว L อย่างง่ายที่มีตัวเหนี่ยวนำ L และตัวเก็บประจุ C เชื่อมต่อระหว่างตัวรับ rpr และวงจรเรียงกระแส V

กระแสสลับที่ทุกความถี่จะพบกับความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำที่สำคัญ และตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนานจะส่งผ่านกระแสความถี่สูงที่เหลือไปตามสาขาขนาน สิ่งนี้ช่วยลดการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าในโหลดได้อย่างมาก ร.น.

นอกจากนี้ยังสามารถใช้ตัวกรองที่ประกอบด้วยลิงก์ที่คล้ายกันตั้งแต่สองลิงก์ขึ้นไป บางครั้งใช้ตัวกรองอย่างง่ายพร้อมตัวต้านทานแทนตัวเหนี่ยวนำ

ข้าว. 1.ตัวกรองไฟฟ้ารูปตัว L ที่ปรับให้เรียบที่ง่ายที่สุด

ขั้นสูงกว่านั้นคือตัวกรองเรโซแนนซ์ที่พวกเขาใช้ ปรากฏการณ์เสียงสะท้อน.

เมื่อตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุต่ออนุกรมกัน เมื่อ fwL = 1 / (kwV) วงจรจะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงสุด (แอกทีฟ) ที่ความถี่ fw และค่าการนำไฟฟ้าค่อนข้างสูงในย่านความถี่ใกล้เคียงกับเรโซแนนซ์ วงจรนี้เป็นตัวกรองผ่านแบนด์อย่างง่าย

เมื่อตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนาน วงจรดังกล่าวจะมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำสุดที่ความถี่เรโซแนนซ์และค่าการนำไฟฟ้าค่อนข้างต่ำในย่านความถี่ใกล้กับความถี่เรโซแนนซ์ ตัวกรองดังกล่าวเป็นตัวกรองการปิดกั้นสำหรับย่านความถี่หนึ่งๆ

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวกรองแบนด์พาสอย่างง่าย คุณสามารถใช้โครงร่าง (รูปที่ 2) ซึ่งตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนานขนานกับตัวรับ วงจรดังกล่าวยังได้รับการปรับให้สอดคล้องกับความถี่ของแพะและมีความต้านทานสูงมากสำหรับกระแสในย่านความถี่ที่เลือก และมีความต้านทานน้อยกว่ามากสำหรับกระแสของความถี่อื่น

ข้าว. 2. แผนผังของตัวกรองแบนด์พาสอย่างง่าย

สามารถใช้ตัวกรองที่คล้ายกันในโมดูเลเตอร์ที่สร้างการสั่นแบบมอดูเลตที่ความถี่เฉพาะ แรงดันสัญญาณความถี่ต่ำ Uc ถูกนำไปใช้กับโมดูเลเตอร์ M ซึ่งจะถูกแปลงเป็นการสั่นความถี่สูงแบบมอดูเลต และตัวกรองจะแยกแรงดันไฟฟ้าออกจากความถี่ที่ต้องการ ซึ่งป้อนให้กับโหลด rNS

ตัวอย่างเช่น สมมติว่ากระแสสลับที่ไม่ใช่ไซน์อยด์ไหลผ่านวงจร และกระแสฮาร์มอนิกที่สามและห้าที่มีขนาดใหญ่มากจะถูกตัดออกจากเส้นโค้งกระแสของเครื่องรับต่อไปเราจะรวมวงจรสองวงจรที่ปรับเสียงสะท้อนสำหรับฮาร์มอนิกที่สามและห้าในวงจรสลับกัน (รูปที่ 3, a)

อิมพีแดนซ์ของเส้นด้านซ้ายที่ปรับเพื่อเรโซแนนซ์สำหรับความถี่ 3w จะมีขนาดใหญ่มากสำหรับความถี่นั้นและมีขนาดเล็กสำหรับฮาร์โมนิกอื่นๆ ทั้งหมด มีบทบาทที่คล้ายกันนี้โดยวงจรด้านขวาที่ปรับเสียงสะท้อนสำหรับความถี่ 5w... ดังนั้น เส้นโค้งปัจจุบันของเครื่องรับอินพุตจะแทบไม่มีฮาร์โมนิกที่สามและห้า (รูปที่ 3, ข) ซึ่งจะถูกระงับโดย กรอง.

ข้าว. 3. วงจรเรโซแนนซ์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมซึ่งปรับแต่งให้เรโซแนนซ์สำหรับฮาร์มอนิกที่สามและห้า: a — แผนภาพวงจร; b — เส้นโค้งของแรงดันและวงจรและกระแสขาเข้าของเครื่องรับ

ข้าว. 4. เส้นโค้งแรงดันขาออกตัวกรอง Bandpass

ในบางกรณี มีการใช้ตัวกรองแบนด์พาสที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่นเดียวกับตัวกรองตัดที่ผ่านหรือไม่ผ่านการสั่นที่เริ่มต้นที่ความถี่หนึ่งๆ ตัวกรองดังกล่าวประกอบด้วยการเชื่อมต่อรูปตัว T หรือรูปตัวยู

หลักการทำงานของตัวกรองคือในย่านความถี่ของความถี่เช่นตัวกรองแบนด์พาสเสียงสะท้อนจะเกิดขึ้นที่ความถี่ n + 1 โดยที่ n คือจำนวนการเชื่อมต่อ เส้นโค้ง Uout = f (w) สำหรับตัวกรองดังกล่าวที่ประกอบด้วยการเชื่อมต่อสามจุดแสดงในรูปที่ 4. เสียงสะท้อนเกิดขึ้นที่ความถี่ w1,w2, w3 และ w4

ดูเพิ่มเติมในหัวข้อนี้: เครื่องกรองไฟ และตัวกรองอินพุตและเอาต์พุตสำหรับตัวแปลงความถี่