Všeobecný princíp konštrukcie pasívnych LC-filtrov (LPF a HPF)
Keď je potrebné v obvode potlačiť striedavé prúdy s určitým frekvenčným spektrom, ale zároveň efektívne prepúšťať prúdy s frekvenciami nad alebo pod týmto spektrom, môže sa hodiť pasívny LC filter na reaktívnych prvkoch - dolnopriepustný filter na dolnopriepustný filter (v prípade potreby efektívny prechod kmitov s frekvenciou pod nastavenou frekvenciou) alebo hornopriepustný filter HPF (v prípade potreby efektívny prechod kmitov s frekvenciou vyššou ako nastavená).
Princíp konštrukcie týchto filtrov je založený na vlastnostiach induktorov a kondenzátorov správať sa v striedavých obvodoch odlišne.
Je dobre známe, že indukčný odpor cievky je priamo úmerná frekvencii prúdu, ktorý ňou preteká, preto čím vyššia je frekvencia prúdu pretekajúceho cievkou, tým väčšia je reaktivita tento prúd zobrazuje, to znamená, že striedavé prúdy pri vyšších frekvenciách viac spomaľuje a prúdy pri nižších frekvenciách ľahšie prechádza.
Kondenzátor — naopak, čím vyššia je frekvencia prúdu, tým ľahšie cez ňu tento striedavý prúd preniká a čím je frekvencia prúdu nižšia, tým je tento kondenzátor väčšou prekážkou prúdu. Schématicky sú dolnopriepustné a hornopriepustné filtre v tvare L, T a U (multi-junction).
LC filter v tvare L
Filter v tvare L je elementárny elektronický filter pozostávajúci z cievky s indukčnosťou L a kondenzátora s kapacitou C. Frekvenčná odozva takéhoto obvodu závisí od poradia zapojenia dvoch prvkov (L a C) vzhľadom na bod, kde použije sa filtrovaný signál a na hodnoty L a C ...
V praxi sa hodnoty L a C volia tak, aby ich reaktancia v rozsahu prevádzkovej frekvencie bola približne 100-krát menšia ako odpor záťaže, aby sa výrazne znížil jej manévrovací účinok na frekvenčnú odozvu filtra. .
Frekvencia, pri ktorej amplitúda signálu aplikovaného na filter klesne na 0,7 svojej pôvodnej hodnoty, sa nazýva medzná frekvencia. Ideálny filter má strmú vertikálnu odchýlku.
Takže v závislosti od poradia zapojenia tlmivky L a kondenzátora C vzhľadom na zdroj signálu a neutrálnu zbernicu získate hornopriepustný filter - HPF alebo dolnopriepustný filter - LPF.
V skutočnosti sú tieto obvody deličmi napätia a v ramenách deliča sú inštalované reaktívne prvky, ktorých odolnosť voči striedavému prúdu závisí od frekvencie.
Tu môžete jednoducho vypočítať úbytok napätia v každom z filtračných prvkov, berúc do úvahy, že pri medznej frekvencii by sa mal úbytok napätia na výstupe filtra rovnať 0,7 amplitúdy vstupného napätia.To znamená, že pomer medzi činidlami by mal byť 0,3 / 0,7 - na základe tohto pomeru sa vypočíta separátor, ktorý tvorí filter.
Keď je zaťažovací obvod otvorený, v dolnopriepustných filtroch, keď frekvencia vstupného signálu prekročí rezonančnú frekvenciu LC obvodu filtra, začne amplitúda výstupu prudko klesať. V hornopriepustných filtroch, keď frekvencia vstupného signálu klesne pod rezonančnú frekvenciu LC obvodu filtra, začne klesať aj amplitúda výstupu. V praxi sa LC filtre ako také bez zaťaženia nepoužívajú.
LC filter v tvare T
Na oslabenie posunovacieho účinku filtra na citlivé obvody za ním zapojené sa používajú filtre v tvare T. Tu je k L-prípojke na strane jeho výstupu pridaný ďalší reaktívny prvok.
Kapacita alebo indukčnosť prakticky vypočítaná pre LC filter v tvare L sa nahradí sériovým zapojením dvojice rovnakých prvkov tak, aby sa ich celkový odpor rovnal vypočítanému prvku, ktorý je nahradený touto dvojicou (dávajú dve polovice indukčností resp. dva kondenzátory, ktoré majú dvojnásobnú kapacitu).
LC filter v tvare U
Pridaním dodatočného prvku k pripojeniu v tvare L, ale nie vzadu, ale vpredu, sa získa filter v tvare U. Tento obvod viac predpína vstupný zdroj. Tu pridaný prvok predstavuje polovicu vypočítanej kapacity pre L-zapojenie (ktoré je jednoducho rozdelené na dva kapacitné prvky) alebo dvojnásobok hodnoty indukčnosti získanej paralelným zapojením dvoch cievok.
Čím viac spojení je vo filtri, tým presnejšie bude filtrovanie.V dôsledku toho bude mať najvyššia amplitúda záťaže frekvenciu, ktorá bude pre tento filter najbližšie k jeho rezonančnej frekvencii (podmienkou je, aby sa indukčná zložka zapojenia rovnala tejto frekvencii jeho kapacitnej zložky), zvyšok spektrum bude potlačené.
Použitie viacúrovňových filtrov umožňuje veľmi presne oddeliť signál požadovanej frekvencie od zašumeného signálu. Aj keď je amplitúda na medznej frekvencii relatívne malá, zvyšok rozsahu bude potlačený všeobecným účinkom odbočiek filtra.