Elektronika

Maturitní otázky

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 DU_i 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 R_z >> R a (mwCR)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 U_CE 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 = 820W, C = 1000 mF, U₁=15V,

U₂ = 5V.

Filtrační činitel pasivního filtru je

Filtrem protéká proud do zátěže 

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

  I_C = 12,2 mA. Těmto požadavkům vyhoví každý NPN tranzistor. Volíme KC 507 s h_21E = 125 ¸ 500.  Z hlediska zapojení je tranzistor se společným kolektorem, t.j. se zesílením ~ 1. Proud do báze pro nastavení I_C je

 a jeho hodnotu nastavíme rezistorem

.

Hodnota kondenzátoru pro stejný činitel filtrace je

Volíme nejbližší vyšší hodnotu, t.j. 1mF/6V, která je 1000 krát menší, než u pasivního RC filtru. Kondenzátor C₂ dodatečně filtruje a kryje proudové špičky odběru zátěže. Volí se s co nejmenší indukčností (např, paralelní kombinace keramického kondenzátoru M1 a tantalového o kapacitě desetin až jednotek mF.