電気フィルター — 定義、分類、特性、主な種類

産業用エネルギー源は実用的なものを提供します 正弦波電圧曲線…同時に、多くの場合、周期的な交流電流や電圧は高調波とは大きく異なります。

電気フィルタは、整流器、振幅変調された高周波発振を信号電圧の比較的遅い変化に変換する復調器、およびその他の同様のデバイスで電圧波を平滑化するために使用できます。

最も単純なケースでは、負荷とのシリアル接続に制限できます。 インダクタ、その抵抗は高調波次数が増加するにつれて増加し、低周波発振では比較的小さく、定数成分ではさらに小さくなります。 U字、T字、L字フィルターを使用するとより効果的です。

電気フィルタの基本的な定義と分類

フィルタの選択性は、入力に入る電流の周波数スペクトル全体から有用な信号に固有の特定の範囲の周波数を選択する能力です。

良好な選択性を得るには、フィルターは、必要な信号に固有の周波数で最小の減衰で電流を通し、他のすべての周波数の電流に対して最大の減衰を持たなければなりません。このフィルタによれば、次のように定義できます。

電気フィルターは 4 極デバイスと呼ばれ、特定の周波数帯域の電流をほとんど減衰 (帯域幅) せずに伝送し、この帯域外の周波数の電流は減衰が大きく、または一般的に言われているように通過させません (非通過)。伝送帯域）。

回路の構造に応じて、フィルターはチェーン (カラム) フィルターとブリッジ フィルターに分けられます。チェーン フィルターは、T 型、P 型、L 型のブリッジ回路に従って作成されたフィルターです。ブリッジフィルターはブリッジ回路上に作られたフィルターです。

要素の性質に応じて、フィルターは次のように分類されます。

• LC — その要素はインダクタンスとキャパシタンスです。

• RC — その要素はアクティブな抵抗と容量です。

• 共振器 — その要素は共振器です。

フィルター回路内のエネルギー源の存在に応じて、それらは次のように分類されます。

• パッシブ — 回路内にエネルギー源を含まない。

• アクティブ — 回路内にランプまたはクリスタルアンプの形でエネルギー源が含まれています。アクティブエレメントフィルターと呼ばれることもあります。

フィルタの性能を完全に特性評価するには、減衰、位相シフト、特性インピーダンスの周波数依存性を含む電気的特性を知る必要があります。

最も良いのは、最小限の要素を備えた次のようなフィルターです。

• 減衰特性の最大急峻さ。

• 非送信帯域での高い減衰。

• 通過帯域内の最小かつ一定の減衰。

• 通過帯域内の特性インピーダンスの最大一定性。

• 線形位相応答。

• 周波数帯域とその幅を簡単かつスムーズに調整できる可能性。

• フィルタ入力に作用する電圧（電流）、環境の温度と湿度、外部の電気的および磁気的外乱の影響に依存しない特性の一定性。

• 異なる周波数範囲で動作する能力。

• フィルターのサイズ、重量、コストは最小限に抑える必要があります。

残念ながら、これらの要件をすべて満たす特性を備えた単一の基本タイプのフィルターは存在しません。したがって、特定の条件に応じて、その特性が技術的要件に最もよく適合するタイプのフィルターが使用されます。多くの場合、さまざまなタイプの基本接続で構成される複雑な回路にフィルターを適用する必要があります。

最も一般的なタイプのフィルター

図では。図1は、受信機rprと整流器Vの間に接続されたインダクタLとコンデンサCを備えた単純なL型フィルタの図を示しています。

すべての周波数の交流電流は大きなインダクタ抵抗を満たし、並列接続されたコンデンサが残留高周波電流を並列分岐に沿って流します。これにより、負荷の電圧リップルが大幅に減少します。 rNS。

2 つ以上の類似したリンクで構成されるフィルターも使用できます。場合によっては、インダクタの代わりに抵抗を備えた単純なフィルタが使用されることがあります。

米。 1.最もシンプルな平滑用L型電気フィルター

より高度なレゾナントフィルターが使用されています。 共鳴現象.

インダクタとコンデンサが直列に接続されている場合、fwL = 1 / (kwV) の場合、回路は周波数 fw で最も高い導電率 (アクティブ) を持ち、共振に近い周波数帯域では非常に高い導電率を持ちます。この回路は単純なバンドパス フィルターです。

インダクタとコンデンサが並列に接続されている場合、そのような回路は共振周波数での導電率が最も低くなり、共振周波数に近い周波数帯域では導電率が比較的低くなります。このようなフィルターは、特定の周波数帯域のブロッキング フィルターです。

単純なバンドパスフィルタの性能を向上させるには、インダクタとコンデンサを受信機に並列に接続する方式（図2）を使用できます。このような回路はヤギの周波数に共振するように調整されており、選択された周波数帯域の電流に対しては非常に高い抵抗を示し、他の周波数の電流に対してははるかに低い抵抗を示します。

米。 2. 単純なバンドパス フィルターの回路図

同様のフィルターを、特定の周波数で変調された発振を生成する変調器で使用できます。低周波信号電圧 Uc が変調器 M に印加され、変調された高周波発振に変換され、フィルタによって電圧が必要な周波数から分離され、負荷 rNS に供給されます。

たとえば、非正弦波交流が回路を流れ、非常に大きな 3 次および 5 次高調波電流が受信機の電流曲線から除去されるとします。次に、回路内に 3 次高調波と 5 次高調波の共振に調整された 2 つの回路を交互に組み込みます (図 3、a)。

3w の周波数の共振に調整された左側のライン インピーダンスは、その周波数では非常に大きくなり、他のすべての高調波では小さくなります。同様の役割は、周波数 5w の共振に調整された適切な回路によって果たされます。したがって、入力レシーバーの電流曲線には 3 次と 5 次の高調波がほとんど含まれなくなります (図 3、b)。フィルター。

米。 3. 3 次および 5 次高調波の共振に調整された直列接続の共振回路を備えたスキーム: a — 回路図; b — 受信機の電圧、回路および電流入力の曲線

米。 4. バンドパスフィルター出力電圧曲線

場合によっては、より高度なバンドパス フィルターが実行されるだけでなく、特定の周波数で始まる発振を通過または通過しないカットオフ フィルターも実行されます。このようなフィルターは、T 字型または U 字型の接続で構成されます。

フィルタの動作原理は、周波数の周波数帯域内で、たとえばバンドパス フィルタでは、n + 1 個の周波数で共振が発生するというものです。ここで、n は接続数です。 3 つの接続で構成されるこのようなフィルターの曲線 Uout = f (w) を図に示します。 4. 周波数 w1、w2、w3、w4 で共振が発生します。

このトピックについては、以下も参照してください。 パワーフィルター と周波数コンバーターの入力および出力フィルター