Principio general de construcción de filtros LC pasivos (LPF y HPF)

Cuando es necesario suprimir corrientes alternas con un cierto espectro de frecuencia en el circuito, pero al mismo tiempo dejar pasar corrientes con frecuencias por encima o por debajo de este espectro, puede ser útil un filtro LC pasivo en elementos reactivos: un filtro de paso bajo en un filtro de paso bajo (si es necesario, paso efectivo de oscilaciones con una frecuencia inferior a la establecida) o filtro de paso alto HPF (si es necesario, paso efectivo de oscilaciones con una frecuencia superior a la establecida).

El principio de construcción de estos filtros se basa en las propiedades de los inductores y capacitores para comportarse de manera diferente en los circuitos de CA.

Es bien sabido que la resistencia inductiva bobinas es directamente proporcional a la frecuencia de la corriente que circula por ella, por lo tanto, cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente que circula por la bobina, mayor reactividad muestra esta corriente, es decir, frena más las corrientes alternas a frecuencias más altas y pasa más fácilmente las corrientes a frecuencias más bajas.

Condensador — por el contrario, cuanto mayor es la frecuencia de la corriente, más fácilmente penetra esta corriente alterna a través de él, y cuanto menor es la frecuencia de la corriente, mayor es el obstáculo para la corriente que es este condensador. Esquemáticamente, los filtros de paso bajo y paso alto tienen forma de L, forma de T y forma de U (unión múltiple).

Filtro LC en forma de L

El filtro en forma de L es un filtro electrónico elemental que consta de una bobina de inductancia L y un condensador de capacitancia C. La respuesta de frecuencia de dicho circuito depende del orden de conexión de dos elementos (L y C) en relación con el punto donde se aplica una señal filtrada y a los valores de L y C...

En la práctica, los valores de L y C se seleccionan de modo que su reactancia en el rango de frecuencia de operación sea aproximadamente 100 veces menor que la resistencia de carga, con el fin de reducir significativamente el efecto de maniobra de esta última sobre la respuesta de frecuencia de un filtro. .

La frecuencia a la que la amplitud de la señal aplicada al filtro cae a 0,7 de su valor original se denomina frecuencia de corte. Un filtro ideal tiene una deflexión vertical pronunciada.

Entonces, dependiendo de la secuencia de conexión del inductor L y el capacitor C con respecto a la fuente de señal y el bus neutral, obtienes un filtro de paso alto - HPF o un filtro de paso bajo - LPF.

De hecho, estos circuitos son divisores de tensión, y en los brazos del divisor se instalan elementos reactivos, cuya resistencia a la corriente alterna depende de la frecuencia.

Aquí puede calcular fácilmente la caída de voltaje en cada uno de los elementos del filtro, teniendo en cuenta que a la frecuencia de corte, la caída de voltaje en la salida del filtro debe ser igual a 0,7 de la amplitud del voltaje de entrada.Esto significa que la relación entre los reactivos debe ser 0,3 / 0,7; en base a esta relación se calcula el separador que conforma el filtro.

Cuando el circuito de carga está abierto, en filtros de paso bajo, cuando la frecuencia de la señal de entrada excede la frecuencia de resonancia del circuito LC del filtro, la amplitud de la salida comienza a disminuir bruscamente. En los filtros de paso alto, cuando la frecuencia de la señal de entrada cae por debajo de la frecuencia resonante del circuito LC del filtro, la amplitud de la salida también comienza a caer. En la práctica, los filtros LC no se utilizan como tales sin carga.

Filtro LC en forma de T

Para debilitar el efecto de derivación del filtro en los circuitos sensibles conectados detrás de él, se utilizan filtros en forma de T. Aquí, se agrega un elemento reactivo adicional a la conexión en L, en el lado de su salida.

Se reemplaza la capacidad o inductancia prácticamente calculada para el filtro LC en forma de L por la conexión en serie de un par de elementos idénticos para que su resistencia total sea igual al elemento calculado que se reemplaza por este par (se ponen dos mitades de inductancias o dos condensadores, que tienen el doble de capacidad).

Filtro LC en forma de U

Añadiendo un elemento adicional a la conexión en forma de L, pero no por detrás, sino por delante, se obtiene un filtro en forma de U. Este circuito polariza más la fuente de entrada. Aquí, el elemento agregado es la mitad de la capacitancia calculada para la conexión L (que simplemente se divide en dos elementos capacitivos) o el doble del valor de inductancia que ahora se obtiene al conectar dos bobinas en paralelo.

Cuantas más conexiones haya en el filtro, más preciso será el filtrado.Como resultado, la mayor amplitud de la carga tendrá la frecuencia que para este filtro será más cercana a su frecuencia de resonancia (la condición es que la componente inductiva de la conexión sea igual a esta frecuencia de su componente capacitiva), el resto de el espectro será suprimido.

El uso de filtros multinivel permite separar con mucha precisión la señal de la frecuencia deseada de la señal ruidosa. Incluso si la amplitud en la frecuencia de corte es relativamente pequeña, el resto del rango será suprimido por el efecto general de las derivaciones del filtro.