Princípio geral de construção de filtros LC passivos (LPF e HPF)

Quando é necessário suprimir correntes alternadas com um determinado espectro de frequência no circuito, mas ao mesmo tempo efetivamente passar correntes com frequências acima ou abaixo desse espectro, um filtro LC passivo em elementos reativos pode ser útil - um filtro passa-baixa em um filtro passa-baixo (se necessário, passagem efetiva de oscilações com frequência inferior à ajustada) ou filtro passa-alta HPF (se necessário, passagem efetiva de oscilações com frequência superior à ajustada).

O princípio de construção desses filtros é baseado nas propriedades dos indutores e capacitores para se comportarem de maneira diferente em circuitos CA.

É bem conhecido que a resistência indutiva bobinas é diretamente proporcional à frequência da corrente que flui através dela, portanto, quanto maior a frequência da corrente que flui através da bobina, maior reatividade ele exibe essa corrente, ou seja, desacelera mais as correntes alternadas em frequências mais altas e passa mais facilmente as correntes em frequências mais baixas.

Condensador — pelo contrário, quanto maior a frequência da corrente, mais facilmente esta corrente alternada penetra através dela, e quanto menor a frequência da corrente, maior o obstáculo à corrente é este capacitor. Esquematicamente, os filtros passa-baixa e passa-alta são em forma de L, em forma de T e em forma de U (junção múltipla).

Filtro LC em forma de L

O filtro em forma de L é um filtro eletrônico elementar que consiste em uma bobina de indutância L e um capacitor de capacitância C. A resposta de frequência de tal circuito depende da ordem de conexão de dois elementos (L e C) em relação ao ponto onde um sinal filtrado é aplicado e aos valores de L e C ...

Na prática, os valores de L e C são selecionados de forma que sua reatância na faixa de frequência de operação seja aproximadamente 100 vezes menor que a resistência de carga, a fim de reduzir significativamente o efeito de manobra desta última na resposta de frequência de um filtro .

A frequência na qual a amplitude do sinal aplicado ao filtro cai para 0,7 de seu valor original é chamada de frequência de corte. Um filtro ideal tem uma deflexão vertical íngreme.

Assim, dependendo da sequência de conexão do indutor L e do capacitor C em relação à fonte do sinal e ao barramento neutro, obtém-se um filtro passa-alto - HPF ou um filtro passa-baixo - LPF.

Na verdade, esses circuitos são divisores de tensão, e elementos reativos são instalados nos braços do divisor, cuja resistência à corrente alternada depende da frequência.

Aqui você pode calcular facilmente a queda de tensão em cada um dos elementos do filtro, levando em consideração que na frequência de corte, a queda de tensão na saída do filtro deve ser igual a 0,7 da amplitude da tensão de entrada.Isso significa que a proporção entre os reagentes deve ser de 0,3 / 0,7 - com base nessa proporção, é calculado o separador que compõe o filtro.

Quando o circuito de carga está aberto, em filtros passa-baixo, quando a frequência do sinal de entrada excede a frequência ressonante do circuito LC do filtro, a amplitude da saída começa a diminuir drasticamente. Nos filtros passa-alto, quando a frequência do sinal de entrada cai abaixo da frequência de ressonância do circuito LC do filtro, a amplitude da saída também começa a cair. Na prática, os filtros LC não são usados ​​como tal sem carga.

Filtro LC em forma de T

Para enfraquecer o efeito de desvio do filtro nos circuitos sensíveis conectados atrás dele, são usados ​​filtros em forma de T. Aqui, um elemento reativo adicional é adicionado à conexão L, ao lado de sua saída.

A capacidade ou indutância praticamente calculada para o filtro LC em forma de L é substituída pela ligação em série de um par de elementos idênticos de forma que sua resistência total seja igual ao elemento calculado que é substituído por este par (eles colocam duas metades de indutâncias ou dois capacitores, que são duas vezes maiores em capacidade).

Filtro LC em forma de U

Ao adicionar um elemento adicional à conexão em forma de L, mas não na parte traseira, mas na frente, é obtido um filtro em forma de U. Este circuito polariza mais a fonte de entrada. Aqui, o elemento adicionado é metade da capacitância calculada para a conexão L (que é simplesmente dividida em dois elementos capacitivos) ou duas vezes o valor da indutância agora obtido conectando duas bobinas em paralelo.

Quanto mais conexões houver no filtro, mais precisa será a filtragem.Com isso, a maior amplitude da carga terá a frequência que para este filtro será mais próxima de sua frequência de ressonância (a condição é que a componente indutiva da conexão seja igual a esta frequência de sua componente capacitiva), o restante o espectro será suprimido.

O uso de filtros de vários níveis permite separar com muita precisão o sinal da frequência desejada do sinal ruidoso. Mesmo que a amplitude na frequência de corte seja relativamente pequena, o restante da faixa será suprimido pelo efeito geral dos taps do filtro.