מסננים חשמליים - הגדרה, סיווג, מאפיינים, סוגים עיקריים

מקורות אנרגיה תעשייתיים מספקים מעשיים עקומות מתח סינוסואידיות... יחד עם זאת, במספר מקרים, זרמים ומתחים מתחלף, שהם תקופתיים, שונים באופן חד מההרמוניים.

ניתן להשתמש במסננים חשמליים להחלקת גלי מתח במיישרים, דמודולטורים הממירים תנודות בתדר גבוה עם אפנון משרעת לשינויים איטיים יחסית במתח האות, והתקנים דומים אחרים.

במקרה הפשוט ביותר, אתה יכול להגביל את עצמך לחיבור טורי עם העומס משרנים, שההתנגדות שלו עולה עם הגדלת הסדר ההרמוני והיא קטנה יחסית עבור תנודות בתדר נמוך ועוד יותר עבור הרכיב הקבוע. יעיל יותר להשתמש במסננים בצורת U, בצורת T ו-L.

הגדרות וסיווג בסיסיות של מסננים חשמליים

הסלקטיביות של המסנן היא היכולת שלו לבחור טווח מסוים של תדרים הטבועים באות השימושי מכל ספקטרום התדרים של זרמים הנכנסים לכניסתו.

כדי להשיג סלקטיביות טובה, על המסנן להעביר זרמים בתדרים הטבועים לאות הרצוי במינימום הנחתה ובעל הנחתה מקסימלית לזרמים בכל שאר התדרים. בהתאם למסנן זה, ניתן לתת את ההגדרה הבאה.

מסנן חשמלי נקרא מכשיר בעל ארבעה קוטבים שמשדר זרמים ברצועת תדרים מסוימת עם הנחתה קטנה (רוחב פס), וזרמים עם תדרים מחוץ לפס זה - עם הנחתה גבוהה או, כפי שאומרים בדרך כלל, לא עוברים (לא- פס שידור).

לפי מבנה המעגלים, המסננים מחולקים למסנני שרשרת (עמודה) ומסנני גשר. מסנני שרשרת הם מסננים המיוצרים על פי מעגלי גשר בצורת T, P ו-L. מסנני גשר הם מסננים המיוצרים על מעגל גשר.

בהתאם לאופי האלמנטים, המסננים מחולקים ל:

• LC - אלמנטים שבהם הם השראות וקיבול;

• RC - אלמנטים שבהם הם התנגדויות ויכולות פעילות;

• תהודה - מרכיביו הם מהודים.

על פי נוכחותם של מקורות אנרגיה במעגל המסנן, הם מחולקים ל:

• פסיבי - לא מכיל מקורות אנרגיה במעגל;

• פעיל - מכיל מקורות אנרגיה במעגל בצורה של מנורה או מגבר קריסטל; נקראים לפעמים מסנני אלמנטים פעילים.

לאפיון מלא של ביצועי המסנן, יש צורך להכיר את המאפיינים החשמליים שלו, הכוללים את תלות התדר של הנחתה, שינוי פאזה ועכבה אופיינית.

הטוב ביותר הוא מסנן שעם מספר מינימלי של אלמנטים יש:

• התלולות המקסימלית של מאפיין השיכוך;

• הנחתה גבוהה ברצועת הלא-שידור;

• הנחתה מינימלית וקבועה בפס המעבר;

• קביעות מקסימלית של העכבה האופיינית בפס המעבר;

• תגובת פאזה ליניארית;

• אפשרות התאמה קלה וחלקה של פס התדרים ורוחבו;

• קביעות של מאפיינים שאינם תלויים ב: מתחים (זרמים) הפועלים בכניסת המסנן, טמפרטורה ולחות של הסביבה, כמו גם השפעה של הפרעות חשמליות ומגנטיות חיצוניות;

• יכולת לעבוד בטווחי תדרים שונים;

• יש לצמצם את הגודל, המשקל והעלות של המסנן למינימום.

למרבה הצער, אין סוג אלמנטרי אחד של מסנן שמאפייניו עומדים בכל הדרישות הללו. לכן, בהתאם לתנאים הספציפיים, משתמשים בסוגים כאלה של מסננים, שמאפיינים עומדים בצורה הטובה ביותר בדרישות הטכניות. לעתים קרובות מאוד יש צורך ליישם מסננים על מעגלים מורכבים המורכבים מחיבורים אלמנטריים מסוגים שונים.

סוגי המסננים הנפוצים ביותר

באיור. 1 מציג את הדיאגרמה של מסנן פשוט בצורת L עם משרן L וקבל C מחוברים בין המקלט rpr למיישר V.

הזרמים המתחלפים בכל התדרים עונים על התנגדות משרן משמעותית, וקבל מחובר במקביל מעביר את הזרמים בתדר הגבוה שיורי לאורך הענף המקביל. זה מפחית משמעותית את אדוות המתח בעומס. rNS.

ניתן להשתמש גם במסננים המורכבים משני קישורים דומים או יותר. לפעמים משתמשים במסננים פשוטים עם נגדים במקום במשרנים.

אורז. 1.המסנן החשמלי המחליק ביותר בצורת L

מתקדמים יותר הם מסנני התהודה שהם משתמשים בהם תופעות תהודה.

כאשר המשרן והקבל מחוברים בסדרה, כאשר fwL = 1 / (kwV), למעגל תהיה המוליכות הגבוהה ביותר (אקטיבית) בתדר fw ומוליכות די גבוהה בפס התדרים הקרוב לתהודה. מעגל זה הוא מסנן מעבר פס פשוט.

כאשר המשרן והקבל מחוברים במקביל, למעגל כזה תהיה המוליכות הנמוכה ביותר בתדר התהודה ומוליכות נמוכה יחסית בפס התדרים הקרוב לתדר התהודה. מסנן כזה הוא מסנן חוסם עבור פס תדר מסוים.

כדי לשפר את הביצועים של מסנן פס פשוט, אפשר להשתמש בתכנית (איור 2) שבה משרן וקבל מחוברים במקביל זה לזה במקביל למקלט. מעגל כזה מכוון גם הוא בתהודה עם תדר העיזים ומציג התנגדות גבוהה מאוד לזרמים ברצועת התדרים שנבחרה והתנגדות הרבה פחות לזרמים בתדרים אחרים.

אורז. 2. סכמטי של מסנן פס פס פשוט

ניתן להשתמש במסנן דומה במאפננים המייצרים תנודות מאופנות בתדר מסוים. על המאפנן M מופעל מתח אות בתדר נמוך Uc, המומר לתנודות בתדר גבוה מאופנן, והמסנן מפריד בין המתח לתדר הנדרש, המוזן לעומס rNS.

נניח, למשל, שזרם חילופין לא סינוסואידי זורם במעגל ושיש לבטל זרמים הרמוניים שלישיים וחמישיים גדולים מאוד מעקומת זרם המקלט.לאחר מכן, נכלול לסירוגין שני מעגלים מכוונים לתהודה עבור ההרמוניות השלישית והחמישית במעגל (איור 3, א).

עכבת קו שמאל המכווננת לתהודה עבור תדר של 3w תהיה גדולה מאוד עבור התדר הזה וקטן עבור כל ההרמוניות האחרות; תפקיד דומה ממלא המעגל הימני המכוון לתהודה עבור תדר 5w... לכן, עקומת הזרם של מקלט הקלט כמעט ולא תכיל את ההרמוניות השלישית והחמישית (איור 3, ב), אשר תידכא על ידי ה- לְסַנֵן.

אורז. 3. תכנית עם מעגלי תהודה המחוברים בסדרה המכוונים לתהודה עבור ההרמוניות השלישית והחמישית: א - דיאגרמת מעגלים; ב - עקומות של מתח ומעגל וזרם inp של המקלט

אורז. 4. עקומת מתח פלט מסנן פס פס

בחלק מהמקרים מבצעים מסנני פס-פס מתוחכמים יותר וכן מסנני חתך העוברים או לא מעבירים תנודות המתחילות בתדר מסוים. מסננים כאלה מורכבים מחיבורים בצורת T או בצורת U.

עקרון הפעולה של מסננים הוא שבפס התדרים של התדרים, למשל, מסנן פס פס, תהודה מתרחשת בתדרים n + 1, כאשר n הוא מספר החיבורים. עקומה Uout = f (w) עבור מסנן כזה המורכב משלושה חיבורים מוצגת באיור. 4. תהודה מתרחשת בתדרים w1,w2, w3 ו-w4.

ראה גם בנושא זה: מסנני כוח ומסנני כניסה ויציאה לממירי תדרים