Lc фильтр для чего нужен

Электрические LC фильтры

Прежде чем перейти к рассмотрению различных разновидностей LC фильтров, применяющихся в реальной аппаратуре, будет полезно кратко остановиться на их основных параметрах. Как известно из теории цепей, электрический фильтр наиболее удобно рассматривать в качестве линейного пассивного четырехполюсника (рис. 1) и описывать его свойства через параметры такого четырехполюсника. На практике для описания основных параметров фильтров наиболее часто применяется система так называемых рабочих параметров. Рассмотрим кратко их суть.

Рис. 1
Схема линейного пассивного четырехполюсника

Итак, совокупность рабочих параметров фильтра включает в себя следующие: частотные границы полосы пропускания и полосы задерживания (подавления, непропускания); максимальное ослабление в полосе пропускания (или максимальную неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания); минимальное ослабление в полосе задерживания; а также нормируются величины входного и выходного сопротивлений. Поясним суть этих параметров при помощи примера, приведенного на рис. 2 На этом рисунке приведена частотная характеристика фильтра, называемая кривой затухания. Здесь по горизонтальной оси отложена частота f, а по вертикальной — величина затухания (ослабления) А, выражаемая обычно в децибелах (дБ). Полоса пропускания фильтра, соответствующего рис. 2, лежит в пределах от частоты f2 до частоты f3, в пределах которой рабочее ослабление (затухание) не превышает величины a_max (максимального ослабления в полосе пропускания). Полоса задерживания этого фильтра состоит из двух промежутков: от нуля (постоянного тока) до 11 и от 14 до бесконечности. На этих частотных промежутках затухание фильтра составляет не менее величины A_min (минимального затухания в полосе задерживания). Частотные интервалы от 11 до 12 и от 13 до 14 составляют так называемую промежуточную или переходную полосу.

Рис. 2
Характеристика ослабления полосового фильтра

Электрический фильтр, характеристика ослабления (затухания) которого приведена на рис. 2, называют полосовым (ПФ) или полоснопропускающим. Его полоса пропускания ограничена снизу и сверху. Такой фильтр выделяет из всей полосы частот участок, ограниченный его полосой пропускания, и подавляет более высокие и более низкие частотные составляющие. Обратную функцию несут режекторные (РФ) или полоснозаграждающие фильтры, которые также часто называют «фильтр-пробками». Характеристика ослабления такого фильтра представлена на рис. 3. Здесь, наоборот, в некоторой полосе от f2 до f3 затухание велико, а на более низких и более высоких частотах оно мало, т.е. фильтр будет эффективно пропускать все частоты, кроме полосы, лежащей в пределах от f1 до f4, и не пропускать (заграждать) частоты, лежащие в пределах от f2 до f3.

Рис. 3
Характеристика ослабления фильтр-пробка

Однако, наибольшее распространение на практике получили фильтры нижних частот (ФНЧ) и верхних частот (ФВЧ). Характеристика ослабления ФНЧ приведена на рис. 4. Здесь полоса пропускания лежит в пределах от нуля (постоянного тока) до частоты 11, являющейся границей полосы пропускания и часто также называемой частотой среза. Частота 12 является границей полосы задерживания. Обратными свойствами обладает ФВЧ, характеристика ослабления которого имеет вид, приведенный на рис. 5. Здесь полоса пропускания лежит в пределах от частоты 12 до бесконечности, а полоса задерживания от нуля (постоянного тока) до частоты 11. Анализируя рис. 2. 5, нетрудно сделать вывод о том, что полоснопропускающие и полосно-заграждающие фильтры могут быть получены путем сочетания более простых ФНЧ и ФВЧ, что часто и делается на практике.

Рис. 4
Характеристика ослабления фильтра нижних частот

Характеристики затухания фильтров, приведенные на рис. 2. 5, принято называть максимально-плоскими, поскольку кривые затухания в пределах полос пропускания и задерживания содержат максимум один (у ПФ и РФ) экстремум (максимум или минимум), а на остальных участках монотонно возрастают либо убывают. Такие кривые математически описываются полиномами Батерворта. Поэтому такие фильтры в литературе принято называть фильтрами Батерворта, либо фильтрами с максимально плоской характеристикой. Основным недостатком таких фильтров является невысокая крутизна нарастания характеристики затухания и, следовательно, достаточно широкая переходная полоса (промежуток между полосой пропускания и полосой задерживания). Лучшими в этом смысле свойствами обладают фильтры Чебышева (названы также по автору полинома). В качестве примера на рис. 6 приведена характеристика ослабления ФНЧ Чебышева. Как видно из рисунка, в полосе пропускания характеристика ослабления носит так называемый равноколебательный характер. Величину a_max в этом случае принято называть максимальной неравномерностью характеристики затухания или амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе пропускания. Число колебаний (всплесков) характеристики зависит от количества элементов фильтра, т.е. его порядка (см. ниже). Эти фильтры также называют фильтрами с равноколебательной характеристикой в полосе пропускания. Наконец, самыми лучшими частотными свойствами обладают фильтры, которые чаще всего называют фильтрами Кауэра. Также они встречаются под названиями фильтров Золотарева (по автору их математической модели), либо эллиптических фильтров. Кривая ослабления таких фильтров экстремальна не только в полосе пропускания, но и в полосе задерживания, а ширина переходной полосы у них минимальна. В качестве примера характеристика затухания ФНЧ Кауэра показана на рис. 7. Поскольку все рассмотренные выше характеристики ослабления фильтров математически описываются полиномами (Батерворта, Чебышева и Золотарева соответственно), часто их также называют полноминальными. Расчет элементов таких фильтров под заданные рабочие параметры довольно сложен и заключается в определении необходимого порядка полинома и поиску его корней и полюсов. На практике чаще пользуются специальными таблицами нормированных значений, которые издаются в виде справочников по расчету и синтезу фильтров.

Рис. 5
Характеристика ослабления фильтра верхних частот

Рис. 6
Характеристика ослабления ФНЧ Чебышева

Рис. 7
Характеристика затухания ФНЧ Кауэра

Перейдем к рассмотрению схемотехники полиноминальных фильтров. Здесь подробно следует остановиться на фильтрах нижних и фильтрах верхних частот, так как полоснопропускающие и полоснозаграждающие фильтры являются комбинацией первых двух. Схемотехника фильтров Батерворта и Чебышева принципиально друг от друга не отличается, а вид характеристики ослабления зависит лишь от числа и номиналов элементов. На рис. 8а и рис. 8б в качестве примера показаны принципиальные схемы ФНЧ и ФВЧ с такими характеристиками соответственно. Из рисунков нетрудно заметить, что схемы эти дуальны: при переходе от ФНЧ к ФВЧ на место конденсаторов ставятся катушки индуктивности и наоборот. Число реактивных элементов (катушек и конденсаторов) в таких фильтрах принято называть порядком фильтра (математически это число совпадает с порядком полинома, что и породило этот термин). Итак, на рис. 8 приведены принципиальные схемы ФНЧ и ФВЧ 5-го порядка. В силу вышесказанного, фильтры Чебышева по сравнению с фильтрами Батерворта того же порядка будут иметь большую крутизну характеристики ослабления. Это значит, что для достижения одинаковой крутизны характеристики ослабления потребуется фильтр Чебышева с меньшим количеством элементов, нежели чем фильтр Батерворта, однако при этом характеристика в полосе пропускания вместо монотонного (гладкого) приобретает существенно неравномерный равноколебательный характер.

Рис. 8а
Принципиальная схема ФНЧ

Рис. 8б
Принципиальная схема ФВЧ

На рис. 9 приведена принципиальная схема ФНЧ Кауэра 5-го порядка. Как видно из рисунка, схемотехника таких фильтров сложнее: часть реактивных звеньев представляет собой не одиночные катушки и индуктивности, а параллельные (либо последовательные) колебательные контуры. Однако, несмотря на более сложную схемотехнику и большее число элементов, такие фильтры (как уже говорилось выше) при одинаковом порядке имеют самую узкую, по сравнению с фильтрами других типов, переходную полосу, т.е. могут обеспечить характеристику затухания вблизи полосы пропускания наиболее приближенную к прямоугольной. Это неоспоримое достоинство является причиной очень широкого применения подобных фильтров на практике.

Рис. 9
ФНЧ Кауэра 5-го порядка

Рис. 10
Принципиальная схема П-фильтра

Рис. 11
Принципиальная схема Т-фильтра

В ряде случаев на практике применяются также и менее сложные типы пассивных LC фильтров, нежели рассмотренные выше. Расчетные формулы для них также достаточно простые. В частности, к таковым относятся простейшие так называемые «П» и «Т» фильтры, показанные на рис. 10 и рис. 11 соответственно, а также системы связанных колебательных контуров, которые заслуживают отдельного рассмотрения.

Мнения читателей

• Рузиль / 20.02.2013 — 18:10 Здравствуйте. Помогите ответить на такой вопрос: Диапазон пропускания частот полосового фильтра изменяется в каких пределах.
• Vlad / 09.12.2011 — 11:02 Зашел на эту страницу и понял, что «попал».Сетевой экран сообщил об угрозе. Эта страница заражена вирусом Exploit.CVE2011-3544.2
• Препод ОТЦ / 02.05.2011 — 08:54 Учитесь двоечники! На экзамене проверим что знаете 🙂
• Люська / 14.04.2011 — 08:32 И у меня похожий вопрос. как рассчитать активный высокочастотный имея лишь значение частоты среза? хотя бы скажите, с чего начинать.
• aqwatron / 27.02.2011 — 02:04 а как рассчитать количество звеньев в LC фильтре ФНЧ если заданы ПЭПЧ ПЭЗЧ и R нагрузки?по чебышеву или батерворту?
• Александр / 01.12.2010 — 19:09 Есть методичка «Курсовая работа по ТЭЦ» для Бонч-Бруевича. Расчёт пассивных и активных фильтров Чебышева и Баттерворта (ФВЧ, ФНЧ, ПФ, РФ), а также амплитудного и частотного корректора. Скачать можно на сайте twirpx.com по ссылке http://www.twirpx.com/file/42273/ (нужно зарегистрироваться, дадут халявные 100 баллов (хватит на 20 файлов)).Я написал на Маткаде программы для всех этих расчётов, только у меня нет функций чтобы самому вычислять параметры «альфа» для пассивных фильтров Чебышева
• Аля / 17.06.2010 — 10:43 Здравствуйте! Очень надо найти RL-фильтры(
• xc / 02.02.2010 — 19:19 freedisco.ru
• Евгений / 07.09.2009 — 09:25 какие самые основные недостатки у LC- фильтров?
• Александр / 03.08.2009 — 06:08 Расчет фильтров LC можно проводить в программе filter solutions. Вот пример расчета ФНЧ http://www.sevradio.ru/

Что такое LC-фильтр, как он работает, формулы и схемы

Из чего состоит LC-фильтр и как он работает, формулы для расчетов, принципиальные схемы LC-фильтров, статья для начинающих радиолюбителей. Во многих электронных устройствах применяются LC-фильтры, как видно по названию, эти фильтры состоят из индуктивности (L) и емкости (С).

Самый простой LC-фильтр

Самый простой LC-фильтр — это колебательный контур, включенный так как показано на рис. 1. Входное переменное напряжение поступает на контур через резистор R1, а выходное снимается с самого контура.

Рис. 1. Схема LC-фильтра.

Вообще это очень похоже на делитель напряжения на двух резисторах, но вместо одного из резисторов здесь контур. В сущности дела оно так и есть.

На резонансной частоте реактивное сопротивление контура сильно возрастает, а значит, коэффициент деления такого делителя уменьшается.

Эта схема (рис.1) действует как узкополосной полосовой фильтр, центральную частоту которого можно рассчитать по известной формуле:

, где частота в Гц, индуктивность в Гн, емкость в Ф.

Сопротивление контура на резонансной частоте:

где р — характеристическое сопротивление, равное реактивному сопротивлению катушки и конденсатора. Величину р можно рассчитать по формуле:

А вот рассчитать добротность Q значительно сложнее. Эта величина зависит от потерь в контуре. Так как конденсатор обычно вносит минимум потерь, то добротность контура чаще всего практически равна добротности индуктивности, входящей в состав этого контура.

Резонансную частоту и добротность можно определить измерениями. Нужно собрать схему по рисунку 2. Это практически такая же схема как на рис.1.

Переменное напряжение, соответствующее по частоте расчетному значению, подают от генератора «Г» на контур через сопротивление R1. Подстраивая генератор находят такую частоту, при которой возникает резонанс, то есть, при которой вольтметр переменного тока Р1 показывает наибольшую величину.

Рис. 2. Схема для измерения резонансной частоты и добротности.

Эта частота и будет реальной резонансной частотой. Она может отличаться от расчетной из-за погрешностей величин емкости и индуктивности. В идеале — равна расчетной.

На частоте резонанса R1 и резонансное сопротивление контура Ro образуют делитель напряжения, поэтому выходное напряжение Uвых = Uвх * Ro / (R1+Ro).

Измерив входное напряжение Uвх и выходное Uвых из этой формулы можно найти резонансное сопротивление контура Ro, ну а потом, зная величину характеристического сопротивления, из формулы

можно из формулы Ro=pQ найти добротность Q. Другой параметр LC-фильтра — это полоса пропускания где — это отклонение частоты входного напряжения от резонанса в ту или другую сторону, при которой выходное напряжение, соответствующее резонансу (Uвых), уменьшается до 0,7Uвых. Зная величину полосы пропуская можно найти добротность по формуле Q = Fo/(2*дельтаF).

Таким образом становится ясно, что полоса пропускания LC-фильтра прежде всего зависит от добротности контура. При этом нужно учесть, что таким образом будет определена не собственная добротность контура, а величина меньше, из-за шунтирующего действия резистора R1.

Недостаток фильтра по рисунку 1 в том, что на него оказывает сильное влияние величина выходного сопротивления источника входного переменного напряжения.

Автотрансформаторное и трансформаторное включение

Желая получить более острую резонансную кривую, можно использовать трансформаторное (рис.3) или автотрансформаторное (рис.4) включение для подачи входного напряжения.

Рис. 3. Трансформаторное включение.

Рис. 4. Автотрансформаторное включение.

Число витков катушки связи (рис.З) или число витков отвода (считая от заземленного конца катушки) можно определить из формулы: R1 = Ro(N/No)^2 , где R1 — это фактически и есть выходное сопротивление источника входного переменного напряжения, Ro — сопротивление контура на резонансной частоте, N — число витков катушки связи (или число витков, от которых сделан отвод), No — число витков контурной катушки (или общее число витков катушки, если по рис.4).

Рис. 5. Емкостный автотрансформатор.

Совсем не обязательно делать отвод именно от катушки, можно сделать отвод и от конденсатора, вернее от емкостной составляющей контура. Так получится — емкостный автотрансформатор (рис. 5).

А соотношение емкостей для определенной величины выходного сопротивления источника сигнала можно определить из формулы: R1 = Ro * C1^2 / (C1+C2)^2.

На контур может оказывать шунтирующее влияние не только выходное сопротивление источника Uвх, но и входное сопротивление каскада, на который с контура поступает выходное напряжение Uвых (R2 на рис. 6). Особенно если входное сопротивление каскада (R2) невелико (сопоставимо или даже меньше Ro).

Рис. 6. Схема фильтра.

В этом случае необходимо сначала вычислить новое значение Ro, уменьшенное параллельным включением сопротивления R2. Расчет производить по известной формуле параллельных сопротивлений:

А потом уже рассчитывать согласование (взяв полученную величину R как Ro в формулах).

Контуры с индуктивной и емкостной связью

Параметры узкополосного фильтра можно существенно улучшить, используя в нем несколько контуров. Связь между этими контурами может быть индуктивной (рис. 7) или емкостной (рис. 8).

Рис. 7. Контуры с индуктивной связью.

При индуктивной связи коэффициент взаимной индукции выбирается в Q раз меньше индуктивности катушек, а емкость конденсатора связи — в Q раз меньше емкостей контурных конденсаторов.

Рис. 8. Контуры с емкостной связью.

Подача сигнала последовательно

Сигнал на контур можно подавать не только параллельно, но и последовательно, как показано на рис. 9. При этом, в отличие от схемы на рис. 6, сопротивление R1 (сопротивление источника сигнала) для получения острой характеристики нужно выбирать как можно меньше, а вот входное сопротивление каскада (R2) должно быть как и на рис. 6, как можно больше.

Рис. 9. Последовательная подача сигнала на контур.

Если в схеме на рис. 9 соблюсти зависимость: R1 = R2 = p, то получается согласованный ФНЧ (фильтр нижних частот), коэффициент передачи которого постоянен на всех частотах от нуля, до резонансной частоты контура, и равен -6dB, но выше частоты резонанса коэффициент передачи начинает резко падать по 12 dB на октаву.

Это соответствует фильтру второго порядка.

Т-образный и П-образный фильтры

Для получения более крутых скатов характеристики можно два таких фильтра, как на рис. 9 («Г»-образных) соединить и получить «Т»-образный фильтр (рис. 10).

Рис. 10. Т-образный фильтр.

Обратите внимание, — конденсатор должен быть двойной емкости по сравнению с рис.9. Либо сделать «П»-образный фильтр (рис. 11), в котором двойное значение должна иметь индуктивность. Это будет уже ФНЧ третьего порядка.

Рис. 11. П-образный фильтр.

Возможно и дальнейшее наращивание, например, на рисунке 12 показан ФНЧ пятого порядка обладающий спадом характеристики на частотах выше резонансной 30 dB на октаву.

Рис. 12. Схема ФНЧ пятого порядка.

Фильтры высших частот ФВЧ отличаются тем, что ослабляют частоты ниже частоты резонанса. ФВЧ можно сделать, если в показанных на рисунках 9-12 индуктивности и емкости поменять местами.

1.3. Описание lc-фильтров

Фильтры более высокого качества реализуются на основе катушек индуктивности и конденсаторов. В LC-фильтр могут входить также и резисторы. Связь входной и выходной цепей большинства LC-фильтров соответственно с источником сигнала и с нагрузкой производится таким образом, чтобы значения их реактивных или полных сопротивлений были равны.

На рис. 4 приведена схема и амплитудно-частотная характеристика типового Г — образного LC-фильтра нижних частот.

Рис. 4. Схема и АЧХ Г — образного низкочастотного фильтра.

Расчет такого фильтра производится по следующим формулам:

Все LC-фильтры обладают тем преимуществом, что на переменном токе конденсаторы и катушки индуктивности работают взаимообратно, т.е. при увеличении частоты сигнала индуктивное сопротивление возрастает, а емкостное падает. Таким образом, в LC-фильтре нижних частот реактивное сопротивление параллельного элемента при увеличении частоты сигнала уменьшается и этот элемент шунтирует высокочастотные сигналы. На низких частотах реактивное сопротивление параллельного элемента достаточно высокое. Последовательный элемент обеспечивает прохождение низкочастотных сигналов, а для сигналов высоких частот его реактивное сопротивление велико.

Простой Г — образный фильтр не обеспечивает достаточную крутизну амплитудно-частотной характеристики. Для увеличения крутизны в основную Г-образную структуру вводят дополнительную катушку индуктивности, как показано на рис. 5. Такой фильтр называется Т-образным.

Рис. 5. Т — образный НЧ LC-фильтр.

В Т — образном фильтре значение конденсатора С такое же, как и в исходной Г-образной структуре, и все ее расчетные формулы сохраняются. Суммарная индуктивность катушек L₁ и L₂ должна быть эквивалентна индуктивности единственной катушки исходной Г-образной структуры. Обычно требуемая общая индуктивность распределяется между двумя этими катушками поровну таким образом, чтобы каждая из катушек в Т — образном фильтре нижних частот имела индуктивность в два раза меньше, чем катушка в Г — образном фильтре.

Крутизну амплитудно-частотной характеристики можно увеличить также путем введения в цепь дополнительного конденсатора. Такой фильтр называется П-образным (рис. 6.).

Рис. 6. П-образный низкочастотный LC-фильтр.

В П — образном фильтре значение индуктивности L такое же, как и в исходной Г-образной структуре, тогда как суммарная емкость конденсаторов С₁ и С₂ должна быть эквивалентна емкости конденсатора исходной Г — образной структуры. Обычно требуемая общая емкость распределяется между двумя этими конденсаторами поровну таким образом, чтобы каждый из конденсаторов в П — образном фильтре имел емкость, равную половине емкости конденсатора в Г — образном фильтре.

На рис. 7 приведена схема и амплитудно-частотная характеристика типового Г — образногоLС-фильтра верхних частот.

Рис. 7. Схема и АЧХ высокочастотного Г-образного LC-фильтра.

Расчет Г — образного LС-фильтра верхних частот производится по следующим формулам:

В этом фильтре при увеличении частоты сопротивление последовательного элемента уменьшается. Он пропускает высокочастотные сигналы, а для сигналов низких частот его реактивное сопротивление велико. Параллельный элемент оказывает шунтирующее влияние на сигналы низких частот, а для высокочастотных сигналов его реактивное сопротивление велико.

Для увеличения крутизны амплитудно-частотной характеристики в Г — образную структуру можно ввести дополнительный конденсатор, как показано на рис. 8.

Рис. 8. Т — образный высокочастотный LC-фильтр.

Такой фильтр имеет Т — образную структуру. В Т — образном фильтре значение индуктивности L не отличается от ее значения в исходной Г — образной структуре и все расчетные формулы остаются такими же. Суммарная емкость конденсаторов С₁ и С₂ должна быть эквивалентна емкости одиночного конденсатора исходной Г-образной структуры. Обычно эта требуемая общая емкость распределяется поровну между двумя конденсаторами так, что Т — образном фильтре верхних частот каждый конденсатор имеет емкость, равную удвоенному значению емкости в Г — образной структуре.

Крутизну амплитудно-частотной характеристики фильтра можно также повысить путем введения в схему дополнительной катушки индуктивности, как показано на рис. 9, образуя П — образный фильтр.

Рис. 9. П-образный высокочастотный LC-фильтр.

В П — образном LC-фильтре значение емкости конденсатора не изменяется, а суммарная индуктивность катушек L₁ и L₂ должна быть эквивалентна индуктивности одиночной катушки исходной Г-образной структуры. Обычно требуемая общая индуктивность распределяется поровну между двумя катушками так, что каждая из них имеет индуктивность, равную удвоенному значению индуктивности Г — образной структуры.

Работа полосно-заграждающего (режекторного) фильтра основана на различии зависимостей полных сопротивлений параллельной и последовательной резонансных цепей от частоты. Полное сопротивление параллельной LC-цепи на резонансной частоте максимально, тогда как у последовательной цепи оно минимально. Эти две LC-цепи, соединенные определенным образом (рис. 10), образуют Г — образный режекторный фильтр.

Рис. 10. Г — образный режекторный LC-фильтр.

На центральной частоте требуемого диапазона полное сопротивление последовательной LC-цепи (она включена параллельно нагрузке) минимально, и она оказывает шунтирующее воздействие и ослабляет сигналы. Полное сопротивление параллельной LC-цепи (которая включена последовательно с нагрузкой) на центральной частоте требуемого диапазона максимально, и она препятствует прохождению сигналов.

Т-образные и П-образные полосно-пропускающие фильтры (рис. 11) обладают более высокой крутизной амплитудно-частотной характеристики.

Расчет полосно-пропускающих LC-фильтров производится по следующим формулам:

LC-фильтры

Купить LC-фильтры в компании Олниса можно оптом или в розницу. Доставим LC-фильтры в любой регион России. Можем предложить точный аналог. Работаем напрямую с производителем, не используя посредников.

Что такое LC-фильтр

LC-фильтр — это фильтр нижних частот, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. Он предназначен для предотвращения прохождения некоторых высокочастотных компонентов переменного тока через цепь.

LC-фильтр объединяет катушки индуктивности (L) и конденсаторы (C) для формирования низкочастотной, высокочастотной, мультиплексорной, полосовой или полосовой фильтрации в радиочастотах (RF) и во многих других приложениях. Пассивные электронные LC-фильтры блокируют или уменьшают шум (EMI) от цепей и систем, и разделяют или кондиционируют полезные сигналы.

В то время как идеальные фильтры будут пропускать нужные частоты сигнала без вносимых потерь или искажений, и полностью блокировать все сигналы в полосе задерживания, реальные фильтры имеют сопротивления постоянного и переменного тока, которые вносят вклад в вносимые потери, что требует тщательного выбора компонентов. Выбор точных значений деталей для конкретного применения требует компонентов высокого качества, а также полных технических характеристик и моделей производительности. Самыми простыми в разработке и реализации являются низкочастотный и высокочастотный типы.

Высокодобротные индукторы для ВЧ-микросхем и индукторы с воздушным сердечником Coilcraft для поверхностного монтажа с жесткими допусками помогают достичь максимальной производительности во всех этих категориях ЖК-фильтров.

Принципиальная схема LC фильтра нижних частот

На более высоких частотах индуктор действует как дроссель, который блокирует прохождение компонентов переменного тока. Между тем, импеданс конденсатора уменьшается и образует путь для прохождения высокочастотных компонентов. Идея LC-фильтра состоит в том, чтобы предотвратить попадание высокочастотных компонентов переменного тока в нагрузку.

В идеальном мире напряжение на выходе источника постоянного тока представляет собой идеальную горизонтальную линию при наблюдении на осциллографе. Однако мир далек от совершенства, и напряжение никогда не бывает идеальным.

Источник питания постоянного тока чувствителен к колебаниям переменного тока и шуму, и тем более для импульсного регулятора мощности. Частота переключения и перехода вызывает пульсации выше 500 кГц, которые часто связаны с выходным напряжением. Даже если придерживаться линейного регулятора, также будут компоненты переменного тока от частоты сети или цифровых помех.

Точно так же, как нефильтрованная вода может испортить чашку кофе, пульсации переменного тока, которые просачиваются на выход регулятора, могут повлиять на функциональность системы. Такие модули, как АЦП, ЦАП и операционные усилители, особенно чувствительны к помехам переменного тока в источнике питания. Точность этих модулей может быть снижена, а в некоторых случаях компоненты могут работать неправильно.

Шум источника питания влияет не только на аналоговые компоненты. В одном исследовании было обнаружено, что шум источника питания снижает тактовую частоту высокоскоростного микропроцессора на 6,7%. Даже если схема может выдерживать шум переменного тока, он все равно может излучаться как электромагнитные помехи и влиять на другие электронные продукты.

Советы по проектированию LC-фильтра источника питания

Нельзя предсказать, когда появится шум блока питания и как это повлияет на схему. В отличие от плохо приготовленной чашки кофе, влияние систем, нарушающих шум источника питания, в полевых условиях намного больше. Следовательно, нужно убедиться, что источник питания разработан с LC-фильтром нижних частот. Вот несколько советов по правильной реализации:

• Позиционирование

Естественно, можно подумать о размещении LC-фильтра между выходом регулятора и нагрузкой. Хотя в таком размещении нет ничего плохого, добиться лучшего снижения шума получится, разместив LC-фильтр на входе, если используется понижающий стабилизатор. Для понижающих стабилизаторов большая часть шума возникает из-за переключения на входе. Добавление LC-фильтра на входе приводит к большему подавлению.

• Конденсаторы с низким ESR и ESL

Чтобы эффективно подавить высокочастотный шум, нужно выбрать конденсатор с низким значением ESR и ESL. Если этого трудно добиться, стоит подумать об использовании двух конденсаторов параллельно для более низкого суммарного значения ESR и ESL.

• Использовать электролитические конденсаторы с низким ESR/ESL.

Значения LC

Выбор номинала индуктора и конденсатора кажется простым процессом: достаточно использовать формулу:

Однако, есть гораздо больше, чем просто собрать вместе два пассивных компонента для блокировки высокочастотного шума. Для начала нужно выбрать катушку индуктивности со значительно более высоким значением, чем индуктивность, подключенная последовательно к источнику питания. Сопоставить его с соответствующим значением конденсатора, чтобы получить резонансную частоту.

Следует опасаться слабозатухающего отклика LC-фильтра, поскольку это может привести к пиковому значению амплитуды на частоте. Чтобы предотвратить образование пиков, к LC-фильтру добавлен параллельный демпфирующий RC-элемент.

Помогает, если изначально смоделировать LC-фильтр с помощью ведущего в отрасли программного обеспечения для проектирования и анализа печатных плат. OrCAD PCB Designer предоставляет макет, необходимый для создания ваших схем, и хорошо сочетается с PSpice, чтобы гарантировать критическое затухание отклика LC-фильтра и ослабление нужных частот.

Купить LC-фильтры

Компания Олниса – мультибрендовый поставщик электроники и промышленных узлов от производителей со всего мира. На сайте представлены LC-фильтры и сопутствующие электрокомпоненты с полной заводской гарантией. Доставка осуществляется в страны СНГ и по территории РФ.

Моментальный запрос по ценам и срокам

Ответим на ваш запрос в течение 15 минут