Фильтр низких частот переменного тока

Типы низкочастотных фильтров переменного тока

Низкочастотный фильтр переменного тока пропускает сигналы низкой частоты, одновременно ослабляя сигналы высокой частоты. Это достигается за счет того, что выходное напряжение фильтра остается постоянным на низких частотах и резко падает на высоких. Для каждого фильтра определяется частота среза, ниже которой разрешается проходить сигналам. Фильтры в цепях переменного тока имеют различные частоты среза, которые зависят от значений конденсатора и резистора.

Низкочастотные фильтры переменного тока классифицируются на следующие категории:

• Пассивный LC-низкочастотный фильтр: Индуктивность и емкость пассивных фильтров работают вместе, чтобы отфильтровать сигналы низкой частоты от входа переменного тока. Они имеют простую структуру и потребляют гораздо меньше мощности.
• Активный низкочастотный фильтр: Активные фильтры имеют множество различных конфигураций, включая Sallen-Key, множественные Sallen-Key, усилители с регулируемым коэффициентом усиления и биквадратные фильтры. Операционные усилители необходимы для создания активного фильтра, а резисторы и конденсаторы необходимы для регулирования характеристик фильтра. Для локальной отрицательной обратной связи в активном фильтре также может использоваться биполярный или полевой транзистор.
• Пассивный RC-низкочастотный фильтр: Пассивные RC-фильтры представляют собой простые схемы, состоящие из резистора и конденсатора. Пассивные RC-низкочастотные фильтры уменьшают электромагнитные помехи и шум в системах передачи электроэнергии, сигналов и данных. Они полезны во многих приложениях, например, во время рентгеновских исследований, в блоках питания ПК, складных сенсорных экранах смартфонов и т. д.
• Цифровой низкочастотный фильтр: Один из наиболее популярных цифровых низкочастотных фильтров, фильтр скользящего среднего (MAF), прост в реализации и использовании, но у него есть существенный недостаток, заключающийся в том, что он ухудшает качество сигнала. К другим цифровым НЧФ относятся фильтры с оконным sinc, фильтры Савицкого-Голея, фильтры Кайзера и фильтры Бесселя.

Функция и особенности низкочастотного фильтра переменного тока

Конструкция и характеристики низкочастотных фильтров переменного тока могут отличаться в зависимости от их применения. Вот некоторые общие особенности и функции универсального низкочастотного фильтра:

• Простая конструкция: Простая конструкция низкочастотного фильтра представляет собой пассивный фильтр с резистором и конденсатором. Простота конструкции гарантирует эффективность и надежность фильтра, а также требует минимального обслуживания.
• Частота среза: Частота, на которой фильтр начинает работать, называется частотой среза электронного низкочастотного фильтра переменного тока. Частоты выше частоты среза будут ослабляться до определенной степени, в то время как частоты ниже частоты среза будут пропускаться без помех. Частота среза фильтра имеет решающее значение для его работы и должна соответствовать требованиям приложения.
• Ослабление: Скорость, с которой амплитуда сигнала уменьшается выше частоты среза, называется крутизной спада или скоростью ослабления. Этот параметр должен соответствовать требованиям приложения.
• Порядок фильтра: Порядок фильтра определяет количество полюсов, которые он имеет, и насколько резко ослабляется сигнал. Фильтр первого порядка имеет один полюс, а фильтр второго порядка имеет два полюса.
• Характеристики компонентов: Выбор конденсатора и резистора, используемых в цепи фильтра, влияет на надежность, производительность, эффективность и стоимость устройства. Компоненты фильтра должны выбираться в соответствии с применением и условиями окружающей среды.
• Вносимые потери: Это относится к потере мощности сигнала в полосе пропускания. Этот тип потерь отмечается на его средней частоте; например, на 1 кГц для фильтра 1 кГц не должно быть потерь в амплитуде проходящего сигнала.
• Форма отклика: Кривая частотной характеристики фильтра должна соответствовать требованиям приложения (например, Баттерворта, Бесселя или Чебышева).
• Сопротивление: Уровни входного и выходного сопротивления цепи фильтра должны соответствовать источнику и нагрузке, чтобы предотвратить отражение сигнала на границе между цепью фильтра и предыдущим каскадом.
• Номинальное напряжение: Номинальное напряжение фильтра должно соответствовать требованиям приложения, чтобы обеспечить надежную работу.

Сценарии

• Аудиосистема:

  Низкочастотные фильтры необходимы для удаления шума высокой частоты в классическом аудиофильтре. Этот шум может возникать из-за электромагнитных помех кабелей и может вызывать искажение звукового сигнала. Этот фильтр создает более чистый и чистый звук низкой частоты, улучшая акустические системы.

• Системы связи:

  Низкочастотный фильтр улучшает качество сигнала в системах связи, подавляя шум. Это гарантирует, что аудио и управляющие сигналы в спутниковой, радио и телевизионной передаче передаются без ошибок. Он также повышает мощность сигнала, расширяя диапазон системы.

• Измерительная аппаратура:

  Промышленные низкочастотные фильтры переменного тока имеют решающее значение для обеспечения точного анализа датчиков и сигналов в измерительной аппаратуре. Фильтруя шум датчиков и переходные сигналы, они обеспечивают более точное измерение давления, расхода, температуры и других физических величин. Это улучшает подавление шума и увеличивает время отклика системы.

• Низкочастотный генератор:

  Низкочастотные фильтры играют роль в формировании частоты, напряжения и стабильности схемы генератора в НЧГ. Они сглаживают генерируемую форму сигнала, удаляя высшие гармоники, таким образом создавая чистый сигнал низкочастотного генератора для модуляции.

• Анализ финансового рынка:

  Финансовые аналитики используют эти фильтры для изучения ценовых тенденций в финансовых сигналах. Например, инвестор может захотеть изучить цену акций низкочастотного фильтра на протяжении времени. В этом случае цены акций являются входным сигналом, а фильтр устраняет краткосрочную волатильность цен, помогая инвестору принимать долгосрочные инвестиционные решения.

Как выбрать низкочастотный фильтр переменного тока

Покупатели должны убедиться, что фильтр может работать при требуемом уровне напряжения, не ломаясь и не влияя на производительность. Они должны знать, что электронные фильтры имеют предел напряжения, который может быть выражен в вольтах (В) или вольтах пик-пик (Vpp). Этот предел определяется максимальным уровнем переменного тока, который может обрабатывать фильтр. В идеале фильтрующие системы, используемые для коммунальных или силовых приложений, должны иметь номинал V или Vpp, аналогичный номиналу рассматриваемого сигнала.

Покупатели должны определить тип фильтра, необходимый для их приложения. Они должны знать, что 2-полюсные и 4-полюсные конструкции являются наиболее распространенными среди низкочастотных фильтров. Низкочастотные фильтры Pentek представляют собой 2-полюсные фильтры, обеспечивающие ослабление на 12 децибел на октаву. Эти фильтры подходят для применений с датчиками давления или температуры. Их простая реализация делает их идеальными для стандартной обработки сигналов. 4-полюсная конструкция ослабляет внеполосный сигнал с большей крутизной.

Конструкция фильтра также играет решающую роль в его производительности. Аналоговые конструкции подходят для приложений реального времени, где сигналы должны обрабатываться быстро. Цифровые фильтры, с другой стороны, работают с дискретными данными в преобразованном цифровом виде. Они обеспечивают большую гибкость в применении, но могут добавить значительное время обработки к сигналу.

Проектирование эффективного низкочастотного фильтра требует расчетов для определения значений внешнего резистора (R) и конденсатора (C). Эти расчеты зависят от частоты среза, которую необходимо получить. В первом примере показано, как получить значения резистора и конденсатора для низкочастотного фильтра 12 Гц. Фильтр должен иметь ток 50 мкА при использовании резистора 1 кОм на землю. Для этого значения R и C должны быть 1 кОм и 10 мкФ соответственно. Постоянная времени будет 10 мс, что должно позволить току подняться до 63 процентов от своего конечного значения.

Перед покупкой клиенты также должны учитывать характеристики ослабления фильтра, размер и упаковку, диапазон температур и стоимость.

Низкочастотный фильтр переменного тока - Вопросы и ответы

В1. Можно ли использовать низкочастотный фильтр с любым усилителем?

О1. Можно использовать низкочастотный фильтр с усилителем. Тем не менее, важно убедиться, что значения тока фильтра подходят для уровня мощности системы и что он может обрабатывать выходную мощность усилителя.

В2. Как установить низкочастотный фильтр переменного тока?

О2. Чтобы установить фильтр переменного тока, сначала определите желаемую частоту среза и характеристики фильтра. Затем отключите питание от системы переменного тока и подключите фильтр в соответствии с инструкциями производителя, обеспечивая правильную проводку и полярность. Наконец, протестируйте систему, чтобы убедиться в функциональности фильтра, и внесите необходимые коррективы.