パッシブ LC フィルター (LPF および HPF) の構造の一般原理

回路内で特定の周波数スペクトルの交流電流を抑制する必要があるが、同時にこのスペクトル以上または以下の周波数の電流を効果的に通す必要がある場合、リアクタンス素子上のパッシブ LC フィルタ、つまりローパス フィルタが役に立ちます。ローパスフィルター (必要に応じて、設定よりも低い周波数の発振を効果的に通過させる) またはハイパスフィルター HPF (必要に応じて、設定よりも高い周波数の発振を効果的に通過させる)。

これらのフィルタの構築原理は、AC 回路内で異なる動作をするインダクタとコンデンサの特性に基づいています。

誘導抵抗が存在することはよく知られています。 コイル はコイルを流れる電流の周波数に直接比例するため、コイルを流れる電流の周波数が高いほど、より大きくなります。 反応性 つまり、高周波では交流電流がより遅くなり、低周波では電流がより容易に流れます。

コンデンサー 逆に、電流の周波数が高いほど、この交流電流はより容易に通過し、電流の周波数が低いほど、このコンデンサが電流に対する障害を大きくします。概略的には、ローパス フィルターとハイパス フィルターは L 字型、T 字型、U 字型 (多接合) です。

L型LCフィルター

L 字型フィルタは、インダクタンス L のコイルと静電容量 C のコンデンサで構成される基本的な電子フィルタです。このような回路の周波数応答は、次の点に対する 2 つの要素 (L と C) の接続順序によって決まります。フィルタリングされた信号が適用され、L と C の値に適用されます...

実際には、フィルタの周波数応答に対する負荷抵抗の操作効果を大幅に低減するために、動作周波数範囲でのリアクタンスが負荷抵抗の約 100 倍小さくなるように L と C の値が選択されます。 。

フィルターに適用される信号の振幅が元の値の 0.7 に低下する周波数は、カットオフ周波数と呼ばれます。理想的なフィルターは垂直方向の偏向が急峻です。

したがって、信号源および中性線バスに対するインダクタ L とコンデンサ C の接続順序に応じて、ハイパス フィルタ - HPF またはローパス フィルタ - LPF が得られます。

実際、これらの回路は分圧器であり、分圧器のアームにはリアクタンス素子が取り付けられており、その交流に対する抵抗は周波数に依存します。

ここでは、カットオフ周波数でのフィルタ出力の電圧降下が入力電圧振幅の 0.7 に等しいことを考慮して、各フィルタ要素の電圧降下を簡単に計算できます。これは、試薬間の比率が 0.3 / 0.7 である必要があることを意味します。この比率に基づいて、フィルターを構成するセパレーターが計算されます。

負荷回路が開いているとき、ローパス フィルターでは、入力信号の周波数がフィルターの LC 回路の共振周波数を超えると、出力の振幅が急激に減少し始めます。ハイパスフィルターでは、入力信号の周波数がフィルターのLC回路の共振周波数を下回ると、出力の振幅も低下し始めます。実際には、LC フィルターは無負荷のままでは使用されません。

T型LCフィルター

フィルターの背後に接続されている敏感な回路に対するフィルターの分路効果を弱めるために、T 字型フィルターが使用されます。ここでは、追加のリアクタンス要素が L 接続の出力側に追加されています。

L 字型 LC フィルタ用に実際に計算された容量またはインダクタンスは、合計抵抗がこのペアで置き換えられる計算された要素と等しくなるように、一対の同一要素の直列接続で置き換えられます (インダクタンスの 2 つの半分または2 つのコンデンサ (容量が 2 倍))。

U字型LCフィルター

L 字型の接続に後部ではなく前部に要素を追加すると、U 字型のフィルターが得られます。この回路は入力ソースをさらにバイアスします。ここで追加される要素は、L 接続で計算された静電容量 (単純に 2 つの容量要素に分割される) の半分、または 2 つのコイルを並列接続することで得られるインダクタンス値の 2 倍です。

フィルタ内の接続が多いほど、フィルタリングの精度が高くなります。その結果、負荷の最大振幅は、このフィルタの共振周波数に最も近い周波数になります (接続の誘導成分がその容量成分のこの周波数に等しいことが条件です)。残りの周波数は、スペクトルは抑制されます。

マルチレベルフィルターを使用すると、ノイズの多い信号から目的の周波数の信号を非常に正確に分離することができます。カットオフ周波数の振幅が比較的小さい場合でも、残りの範囲はフィルター タップの一般的な効果によって抑制されます。