Основные понятия и определения электрических фильтров Нелинейные магнитные цепи постоянного потока

Расчет электрической цепи постоянного и переменного тока

Основные понятия и определения электрических фильтров

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, предназначенный для выделения (пропускания) сигналов определенной полосы частот. В зависимости от пропускаемого спектра частот фильтры подразделяют на 4 основных вида:

фильтры низких частот (ФНЧ), пропускающие сигналы в диапазоне частот от w1=0 до w2;

фильтры высоких частот (ФВЧ), пропускающие сигналы в диапазоне частот от w1 до ;

полосовые фильтры (ПФ), пропускающие сигналы в диапазоне частот от w1 до w2;

заграждающие или режекторные фильтры (ЗФ), пропускающие сигналы в диапазоне частот от 0 до w1 и в диапазоне частот от w2 до  и не пропускающие сигналы в диапазоне частот от w1 до w2.

Коэффициентом передачи напряжения фильтра называется отношение комплексных выходного напряжения ко входному:

,

где  показывает, как изменяется с частотой амплитуда выходного напряжения, и называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) фильтра; j(w)=(a2-a1) показывает, как изменяется с частотой фаза выходного напряжения, и называется фазо-частотной характеристикой (ФЧХ) фильтра. 

Диапазон частот, в котором фильтр пропускает к приемнику сигналы практически без изменения, называется полосой пропускания или зоной прозрачности фильтра. В полосе пропускания для идеального фильтра должны удовлетворяться два условия: 1) , при этом ; 2) j(w)=-tw, при этом все гармоники сигнала будут иметь одинаковое время запаздывания . При выполнении этих условий сигнал на выходе фильтра не изменится.

Электрические фильтры можно классифицировать:

по типу элементов, из которых они состоят, на а)реактивные, состоящие только из реактивных  элементов L и C; б)безиндукционные, состоящие из элементов R и C; и др.;

по способу соединения элементов между собой на Т-, П- и Г-образные;

по виду частотных характеристик на типа “k” и типа “m”.

Электрические фильтры широко применяются в радиотехнике, в технике связи. В электроэнергетике фильтры применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

Симметричные реактивные фильтры

Реактивные фильтры состоят только из реактивных элементов L и C. Существует две простейшие симметричные схемы таких фильтров: Т-образная или Т-схема (рис. 167а) и П-образная или П-схема (рис. 167б).

 

Рассматривая схемы фильтра как схемы четырехполюсника, выразим коэффициент А через параметры элементов:

- для Т-образной схемы;

- для П-образной схемы.

Следовательно, независимо от схемы фильтра . Так как по условию Z и Y являются чисто мнимыми числами, то их произведение  является чисто вещественным, и, следовательно, коэффициент А также является чисто вещественным. Ранее было получено:

,

где  - коэффициент передачи фильтра

Комплексное уравнение распадается на 2 вещественных:

Полученная система уравнений имеет два решения.

1-е решение:  Это решение соответствует полосе пропускания фильтра и существует при условии , что возможно, если одна из этих величин носит индуктивный характер, а другая - емкостный. Диапазон частот, удовлетворяющих решению, определяется соотношением:

 или .

Частоты, определяющие границы полосы пропускания фильтра, находятся из решения неравенства:

1);  2).

Характеристическое сопротивление схем может быть выражено через параметры элементов:

  - для Т-схемы;

- для П-схемы.

В полосе пропускания характеристическое сопротивление фильтра является чисто активным, но зависит от частоты. Это означает, что фильтр не может иметь одинаковый коэффициент передачи для всех частот полосы пропускания, если сопротивление приемника остается постоянным. 

2-е решение:  Это решение соответствует полосе задерживания, так как здесь . Границы этой полосы определяются из условия:

  или .

Частоты, определяющие границы полосы задерживания фильтра, находятся из решения неравенства:

1);  2).

Характеристическое сопротивление фильтра в полосе задерживания носит реактивный характер и зависит от частоты.

Фильтры нижних частот типа к

Полосовые фильтры

Заграждающие фильтры

Электрические цепи с распределенными параметрами Параметры электрических цепей в той или иной мере всегда распределены вдоль длины отдельных участков. В большинстве практических случаев распределением параметров вдоль длины пренебрегают и представляют электрическую цепь эквивалентной схемой с сосредоточенными схемными элементами R , L и C. Однако существует большой класс электрических цепей, для которых пренебрежение распределением параметров вдоль длины приводит к существенным погрешностям при их расчёте и становится неприемлемым.

Дифференциальные  уравнения цепи с распределенными параметрами Рассмотрим двухпроводную однородную линию, физические параметры которой равномерно распределены по ее длине:

― активное сопротивление пары проводов на единицу длины [Ом/м], определяется по известной формуле , зависит от материала провода (γ ) и от ее температуры ;

Решение уравнений линии с распределенными параметрами в установившемся синусоидальном режиме Пусть напряжение и ток в линии с распределенными параметрами изменяются по синусоидальному закону:

,

  .

Волновые процессы в линии с распределенными параметрами

Метод эквивалентных преобразований. Сущность метода заключается в том, чтобы сложную разветвленную цепь с помощью эквивалентных преобразований привести к простейшей одноконтурной цепи, включающей ветвь с искомым током, значение которого определяется затем по закону Ома. К эквивалентным преобразованиям относятся: а) преобразование представления источников электрической энергии; б) замена последовательных и параллельных соединений однотипных элементов эквивалентными одиночными элементами; в) преобразование соединений «звезда»–«треугольник» и «треугольник»–«звезда».


Классический метод расчета переходных процессов