المرشحات الكهربائية - التعريف والتصنيف والخصائص والأنواع الرئيسية

توفر مصادر الطاقة الصناعية عملية منحنيات الجهد الجيبية... في الوقت نفسه ، في عدد من الحالات ، تختلف التيارات والفولتية المتناوبة ، والتي تكون دورية ، بشكل حاد عن التيارات التوافقية.

يمكن استخدام المرشحات الكهربائية لتنعيم موجات الجهد في المقومات ، ومزيلات التشكيل التي تحول التذبذبات عالية التردد المعدلة بالسعة إلى تغييرات بطيئة نسبيًا في جهد الإشارة ، وأجهزة أخرى مماثلة.

في أبسط الحالات ، يمكنك قصر نفسك على الاتصال التسلسلي مع الحمل المحاثات، التي تزداد مقاومتها مع زيادة الترتيب التوافقي وتكون صغيرة نسبيًا للتذبذبات منخفضة التردد وأكثر من ذلك بالنسبة للمكون الثابت. يعتبر استخدام المرشحات على شكل حرف U و T و L أكثر فاعلية.

التعاريف الأساسية وتصنيف المرشحات الكهربائية

تتمثل انتقائية المرشح في قدرته على تحديد نطاق معين من الترددات المتأصلة في الإشارة المفيدة من طيف التردد الكامل للتيارات التي تدخل مدخلاته.

للحصول على انتقائية جيدة ، يجب أن يمرر المرشح التيارات عند الترددات الملازمة للإشارة المرغوبة بأقل قدر من التوهين وأن يكون له الحد الأقصى من التوهين للتيارات عند جميع الترددات الأخرى. وفقًا لهذا المرشح ، يمكن تقديم التعريف التالي.

يُطلق على المرشح الكهربائي جهازًا رباعي الأقطاب ينقل التيارات في نطاق تردد معين مع توهين ضئيل (عرض النطاق) ، والتيارات ذات الترددات خارج هذا النطاق - مع توهين عالٍ أو ، كما يُقال عادةً ، لا يمر (غير- نطاق الإرسال).

وفقًا لهيكل الدوائر ، يتم تقسيم المرشحات إلى سلسلة (عمود) وفلاتر جسر. المرشحات المتسلسلة عبارة عن مرشحات مصنوعة وفقًا لدارات جسر على شكل T و P و L. مرشحات الجسر هي مرشحات مصنوعة على دائرة الجسر.

اعتمادًا على طبيعة العناصر ، تنقسم المرشحات إلى:

• LC - عناصر منها الحث والسعة ؛

• RC - عناصرها عبارة عن مقاومات وقدرات نشطة ؛

• مرنان - عناصره عبارة عن رنانات.

وفقًا لوجود مصادر الطاقة في دائرة المرشح ، يتم تقسيمها إلى:

• سلبي - لا يحتوي على مصادر طاقة في الدائرة ؛

• نشط - يحتوي على مصادر الطاقة في الدائرة على شكل مصباح أو مضخم بلوري ؛ تسمى أحيانًا عوامل تصفية العنصر النشط.

من أجل التوصيف الكامل لأداء المرشح ، من الضروري معرفة خصائصه الكهربائية ، التي تشمل اعتمادات التردد على التوهين ، وانزياح الطور ، والمقاومة المميزة.

الأفضل هو المرشح الذي يحتوي على أقل عدد ممكن من العناصر:

• أقصى انحدار لخاصية التخميد ؛

• التوهين العالي في النطاق غير المرسل ؛

• التوهين الأدنى والمستمر في نطاق المرور ؛

• أقصى ثبات للمقاومة المميزة في نطاق المرور ؛

• استجابة المرحلة الخطية

• إمكانية التعديل السهل والسلس لنطاق التردد وعرضه ؛

• ثبات الخصائص التي لا تعتمد على: الفولتية (التيارات) التي تعمل عند مدخلات المرشح ، ودرجة الحرارة والرطوبة في البيئة ، وكذلك تأثير الاضطرابات الكهربائية والمغناطيسية الخارجية ؛

• القدرة على العمل في نطاقات تردد مختلفة ؛

• يجب الحفاظ على حجم الفلتر ووزنه وتكلفته عند الحد الأدنى.

لسوء الحظ ، لا يوجد نوع أولي واحد من المرشحات التي تلبي خصائصها جميع هذه المتطلبات. لذلك ، اعتمادًا على الظروف المحددة ، يتم استخدام هذه الأنواع من المرشحات ، والتي تلبي خصائصها المتطلبات الفنية على أفضل وجه. في كثير من الأحيان يكون من الضروري تطبيق المرشحات على الدوائر المعقدة التي تتكون من اتصالات أولية من أنواع مختلفة.

أكثر أنواع المرشحات شيوعًا

في التين. يوضح الشكل 1 مخططًا لمرشح بسيط على شكل حرف L مع محث L ومكثف C متصل بين جهاز الاستقبال rpr والمقوم V.

تلتقي التيارات المتناوبة في جميع الترددات بمقاومة كبيرة لمحث ، ويمرر مكثف متصل بالتوازي التيارات عالية التردد المتبقية على طول الفرع المتوازي. هذا يقلل بشكل كبير من تموجات الجهد في الحمل. rNS.

يمكن أيضًا استخدام المرشحات التي تتكون من رابطين متشابهين أو أكثر. في بعض الأحيان يتم استخدام مرشحات بسيطة مع مقاومات بدلاً من المحاثات.

أرز. 1.أبسط مرشح كهربائي تنعيم على شكل حرف L.

الأكثر تقدمًا هي المرشحات الرنانة التي يستخدمونها ظواهر الرنين.

عندما يتم توصيل المحرِّض والمكثف في سلسلة ، عندما يكون fwL = 1 / (kwV) ، سيكون للدائرة أعلى موصلية (نشطة) عند التردد fw وموصلية عالية جدًا في نطاق التردد بالقرب من الرنين. هذه الدائرة عبارة عن مرشح تمرير نطاق بسيط.

عندما يتم توصيل المحرِّض والمكثف بالتوازي ، سيكون لهذه الدائرة أقل موصلية عند تردد الطنين وموصلية منخفضة نسبيًا في نطاق التردد القريب من تردد الطنين. هذا المرشح هو مرشح حجب لنطاق تردد معين.

لتحسين أداء مرشح تمرير النطاق البسيط ، من الممكن استخدام مخطط (الشكل 2) يتم فيه توصيل مغو ومكثف بالتوازي مع بعضهما البعض بالتوازي مع المستقبل. يتم ضبط هذه الدائرة أيضًا بالرنين مع تردد الماعز وتقدم مقاومة عالية جدًا للتيارات في نطاق التردد المحدد ومقاومة أقل بكثير للتيارات ذات الترددات الأخرى.

أرز. 2. تخطيطي لمرشح ممر نطاق بسيط

يمكن استخدام مرشح مماثل في المُعدِّلات التي تُنتج اهتزازات مُعدَّلة بتردد معين. يتم تطبيق جهد إشارة التردد المنخفض Uc على المغير M ، والذي يتم تحويله إلى تذبذبات عالية التردد مُعدلة ، ويفصل الفلتر الجهد عن التردد المطلوب ، والذي يتم تغذيته بحمل rNS.

لنفترض ، على سبيل المثال ، أن تيارًا متناوبًا غير جيبي يتدفق عبر الدائرة وأن التيارات التوافقية الثالثة والخامسة يجب إزالتها من منحنى تيار المستقبل.بعد ذلك ، سنقوم بالتناوب بتضمين دائرتين مضبوطين لرنين التوافقيات الثالثة والخامسة في الدائرة (الشكل 3 ، أ).

ستكون مقاومة الخط الأيسر المضبوطة للرنين لتردد 3 واط كبيرة جدًا لهذا التردد وصغيرة لجميع التوافقيات الأخرى ؛ يتم لعب دور مماثل بواسطة الدائرة اليمنى المضبوطة على الرنين للتردد 5w ... لذلك ، لن يحتوي المنحنى الحالي لمستقبل الإدخال تقريبًا على التوافقيات الثالثة والخامسة (الشكل 3 ، ب) ، والتي سيتم قمعها بواسطة منقي.

أرز. 3. مخطط بدارات طنين متصلة بالسلسلة مضبوطة على رنين التوافقيات الثالثة والخامسة: أ - مخطط الدائرة ؛ ب - منحنيات الجهد والدائرة والتيار inp للمستقبل

أرز. 4. منحنى الجهد الناتج مرشح ممر النطاق

في بعض الحالات ، يتم تنفيذ مرشحات تمرير النطاق الأكثر تعقيدًا ، بالإضافة إلى مرشحات القطع التي تمر أو لا تمرر التذبذبات بدءًا من تردد معين. تتكون هذه المرشحات من وصلات على شكل حرف T أو على شكل حرف U.

مبدأ تشغيل المرشحات هو أنه في نطاق الترددات ، على سبيل المثال ، مرشح تمرير النطاق ، يحدث الرنين عند ترددات n + 1 ، حيث n هو عدد التوصيلات. يوضح الشكل منحنى Uout = f (w) لمثل هذا المرشح المكون من ثلاثة توصيلات. 4. يحدث الرنين عند الترددات W1 و W2 و W3 و W4.

راجع أيضًا حول هذا الموضوع: فلاتر الطاقة ومرشحات الإدخال والإخراج لمحولات التردد