Filtry dolnoprzepustowe

  Zadaniem filtra dolnoprzepustowego jest wydzielenie pewnego fragmentu częstotliwości z podanego sygnału, leżącego poniżej pewnej częstotliwości granicznej. Ten rodzaj filtrów występuje najpowszechniej w każdym chyba odbiorniku radiowym, nawet najprostszym kryształku. Filtry dolnoprzepustowe mogły być wykonane w wersji pasywnej (tzn. bez wbudowanego w filtr wzmacniacza) lub aktywnej (z wzmacniaczem). Wersji aktywnej nie stosowało się w ówczesnych konstrukcjach i nie będzie tu ona opisana. Schemat filtru dolnoprzepustowego
  Typowy układ filtru dolnoprzepustowego pokazano na rysunku obok. Jak widać zawiera on rezystor i kondensator, dlatego nazywany jest filtrem RC. Układ ten jest bardzo prosty (ale na ogół wystarczająco skuteczny) - zawiera tylko dwa elementy, a w pewnych sytuacjach nawet tylko jeden!. Wykorzystane są tu własności elementów dla różnych częstotliwości. Rezystor ma taki sam opór, niezależnie od częstotliwości prądu który przez niego przepływa. Natomiast kondensator ma opór zmienny, zależny od pojemności. Wartość oporności kondensatora równomiernie spada ze wzrostem częstotliwości płynącego prądu - dla prądu o dwa razy większej częstotliwości kondensator ma opór dwa razy mniejszy. Opór kondensatora dla prądu stałego jest nieskończenie wielki, tak jakby go w ogóle nie było.
  Prąd zmienny przepływa przez opór i pojemność. Gdy częstotliwość wynosi zero kondensator stanowi przerwę - prąd przez kondensator nie płynie, całe napięcie z wejścia przechodzi na wyjście. Gdy podamy prąd zmienny przez kondensator, zacznie płynąć prąd. Prąd ten płynie z wejścia przez rezystor powodując zgodnie z prawe Ohma pewien spadek napięcia na rezystorze. Ten spadek odejmuje się od napięcia wejściowego - napięcie na wyjściu się zmniejsza. Ponieważ opór kondensatora maleje ze wzrostem częstotliwości to rośnie prąd płynący przez kondensator, a co za tym idzie i przez rezystor, spadek napięcia na oporniku wtedy rośnie i napięcie na wyjściu układu maleje - jak widać filtr faktycznie słabiej przenosi wysokie częstotliwości.
  Dla pewnych, odpowiednio małych częstotliwości prąd płynący przez kondensator jest na tyle znikomy, że wpływ kondensatora jest praktycznie pomijalny (choć teoretycznie istnieje). Dopiero gdy częstotliwość przekroczy pewną wartość efekt tłumienia zacznie być widoczny, częstotliwość tę nazywamy częstotliwością graniczną filtru. Częstotliwość ta oczywiście zależy od wartości elementów. Im pojemność kondensatora jest większa tym mniejszy jest jego opór przy tej samej częstotliwości, a więc zwiększenie pojemności kondensatora powoduje zmniejszenie się częstotliwości granicznej. Podobnie sprawa ma się z rezystorem. Zwiększenie wartości rezystora powoduje że nawet mały prąd pobierany przez kondensator daje w efekcie duży spadek napięcia na rezystorze - wpływ kondensatora ujawni się przy mniejszej częstotliwości. Matematyczny wzór określający częstotliwość graniczną jest bardzo prosty: f = 1/(2*p*R*C*), gdzie f to częstotliwość w hercach, R opór w omach a C pojemność w faradach.
  Zaprezentowany układ nie jest jedynym możliwym układem RC, choć też jest powszechnie stosowany. Możliwe jest kaskadowe łączenie kilku takich sekcji jedna za drugą, dzięki czemu uzyskuje się silniejsze tłumienie sygnałów niepożądanych, choć rośnie też strata pożądanego sygnału.
  Inną możliwością realizacji filtru dolnoprzepustowego jest ogniwo typu LC - zamiast rezystora wykorzystana jest cewka, jak to widać na zamieszczonym obok schemacie. Układ taki jest bardziej kłopotliwy w budowie i droższy ze względu na konieczność nawinięcia dużej, ciężkiej i drogiej cewki (dławika). Jednak skuteczność tego filtru jest lepsza, gdyż cewka dla prądu stałego i małych częstotliwości nie przedstawia prawie żadnego oporu. Z tego powodu układ taki jest bardzo chętnie używany w miejscu gdzie trzeba odfiltrować jakikolwiek sygnał zmienny a zostawić tylko składową stałą, tak aby wpływ filtru na prąd stały był pomijalnie mały. Typowym takim zastosowaniem jest zasilacz - napięcie uzyskane z prostownika jest mieszaniną napięcia stałego i napięcia zmiennego tętnień sieci. W tej sytuacji układ dławikowy dość skutecznie tłumi składową zmienną, a prąd stały przechodzi praktycznie bez strat.

Powrót