Obvody pro úpravu kmitočtového spektra

43.OBVODY PRO ÚPRAVU KMITOČTOVÉHO SPEKTRA

Mezi obvody pro úpravu kmitočtového spektra patří filtry. Filtry se používají k vyhlazení zbytků střídavých napětí po usměrnění. Rozeznáváme filtry LC, RC nebo aktivní filtry. Takovéto filtry se používají např. ve zdrojích.

Kvalita filtrů se určuje podle koeficientu filtrace (činitel vyhlazení), který je definován , kde hodnoty ∆Ui se vztahují ke střídavým hodnotám napětí.

Filtry dělíme na pasivní a aktivní.

Pasivní filtry jsou LC a RC. LC filtry používáme v obvodech s větším proudovým odběrem a na síťových frekvencích. RC filtry používáme na vyšších frekvencích a při malých proudových odběrech.

Schéma zapojení:

LC filtr RC filtr

Činitel filtrace:

pro LC pro RC

kde m je počet usměrňovacích větví.

Realizujeme-li filtr jako několikanásobný, pak je výsledný činitel vyhlazení roven součinu činitelů vyhlazení jednotlivých stupňů filtru.

Obr. 6. Použití několikanásobného filtru u zesilovače (stupně zpracovávající nižší úroveň signálu vyžadují větší vyhlazení napájecího napětí a mají nižší odběr)

Nejčastěji jsou používány filtry RC a filtry LC. Z důvodu relativně vysokého úbytku na filtrech RC se hodí pro menší zatěžovací proudy, pro větší jsou vhodné LC filtry.

Filtr RC v podstatě představuje integrační článek zatížený odporem

Obr. 7. Filtr RC

Rozborem dostaneme

a tedy

Protože však ve většině případů je Rz >> R a (mωCR)2 >> 1 je v praxi používán zjednodušený tvar

kde m je počet usměrňovacích cest.

Při návrhu filtru se obvykle nejprve uvažuje přípustný úbytek na filtru a vypočítá se odpor R a k němu se dopočítá příslušná kapacita kondenzátoru C. Je-li požadovaný činitel vyhlazení větší než cca. 20 a je požadován minimální úbytek napětí na filtru, je vhodnější použít filtr několikastupňový.

Obr. 8. Filtr LC

LC filtry jsou účinnější než RC filtry. Postup rozboru je obdobný jako u RC filtru. Dostaneme .

Aktivní filtry:

Používají tranzistor jako aktivní součástku. Tranzistor má na bázi napětí posunuté o 90° oproti napětí UCE a chovají se jako indukčnost (mají-li tranzistor zapojený v podélné větvi), nebo jako kapacita,(je-li tranzistor zapojen v příčné větvi). Jejich výhodou je mnohem větší účinnost, než u pasivních filtrů a menší hodnoty součástek.

Příklad: Porovnání pasivního a aktivního filtru.

Nahradit pasivní filtr zapojený za můstkovým usměrňovačem aktivním filtrem se stejným filtračním činitelem.

Hodnoty součástek pasivního filtru jsou: R = 820Ω, C = 1000 μF, U1=15V,

U2 = 5V.

Filtrační činitel pasivního filtru je

Filtrem protéká proud do zátěže

V aktivním filtru použijeme tranzistor, splňující požadavky UCE = 10V,

IC = 12,2 mA. Těmto požadavkům vyhoví každý NPN tranzistor. Volíme KC 507 s h21E = 125 ÷ 500. Z hlediska zapojení je tranzistor se společným kolektorem, t.j. se zesílením ∼ 1. Proud do báze pro nastavení IC je