Відношення амплітуди коливання на виході фільтра до амплітуди коливання цієї ж частоти на вході – це коефіцієнт пропускання, коефіцієнт прозорості фільтра. А ставлення того, що не минуло через фільтр (Те, що підводиться до фільтру, мінус те, що через нього проходить) до того, що виходить на виході, – це коефіцієнт загасання, або поглинання фільтра. Обидва ці коефіцієнта – числа абстрактні, що не іменовані. Прозорість може бути в межах від 1 до 0. А загасання – від 0 до безкінечності.

Коефіцієнти загасання і пропускання залежать від частоти підводяться до фільтру коливань. Відношення двох коефіцієнтів прозорості для двох частот коливань – це коефіцієнт фільтрації. Він дозволяє оцінити, у скільки разів послаблює фільтр ставлення небажаної складової струму або напруги до його корисної складової.

Припустимо, до фільтру підводиться для згладжування випрямленний пульсуючий струм, в якому вміст першої основної гармоніки 25% від постійної складової струму. В даному випадку застосовується фільтр низьких частот. Він незначно послаблює постійний струм і сильно пригнічує гармоніки. На виході фільтра основна гармоніка становитиме, наприклад, тільки 0,5% від постійної складової. Отже, коефіцієнт фільтрації даного фільтра (для основної гармоніки) буде 50. Це також число абстрактне, що не іменоване.

Одна самоіндукція або одна ємність представляють для змінного струму опір, який лінійно залежить від частоти цього струму. Опір самоіндукції зростає прямо пропорційно частоті струму, а опір ємності падає також прямо пропорційно частоті.

Коли струми незначно різняться за частотою, то однією самоіндукцією або однієї ємністю неможливо їх добре розділити. Навіть якщо частоти струмів відрізняються вдвічі, то і тоді коефіцієнт фільтрації одиничного елемента буде тільки 2 в найкращому випадку, а практично завжди менше.

Для отримання великої коефіцієнта фільтрації для струмів, незначно різняться за частотою, необ-

Фіг. 66. Елементарна комірка фільтра високих частот ·

Фіг. 6-7. Фільтр низьких частот.

ходимо застосовувати фільтри, що складаються з комбінації ємностей і самоіндукції.

Узгодження входу і виходу

Основна найпростіша осередок фільтра складається з двох елементів: однієї ємності йодної самоіндукції (фіг. Б-б і 6-7).

Якщо ємність включити послідовно ,, а самоіндукціонную – паралельно, то це буде фільтр високих частот (фіг. Б-б). Чим вище частота коливань, тим легше вони пройдуть через такий фільтр.

Коли ж самоіндукція включена послідовно, а ємність паралельно, то вийде фільтр низьких частот. Чим вище частота коливань, тим сильніше їх затримує такий фільтр (фіг. 6-7). ·

Дія сита мало залежить від того, з якого ящика в нього сиплють зерно! і в якій ящик потім це зерно збирають. Зерна більші, ніж осередки сита, ні за яких умов крізь сито на пройдуть, а зерна більш дрібні, ніж осередки, через сито проваляться. Але для фільтра електричного дуже істотні характеристики тієї лінії, з якої в нього надходять електричні коливання, а також тієї лінії, в яку після фільтра коливання йдуть. Коливання можуть відбиватися від місць з’єднання фільтру з лініями і ці відбиття сильно змінюють роботу фільтра.

опп

Фіг. 6-8. Смуговий фільтр.

Фіг. 6-9, Заграждающий (режекторного фільтр).

Електричний фільтр діє інакше, ніж СПВО. Електричний фільтр-це комбінація складів електромагнітної енергії. У простій комірці таких складів два: конденсатор, де енергія запасається у вигляді електричних сил, і індуктивність, де енергія запасається у вигляді магнітних сил. При впливі на фільтр електромагнітного коливання, електромагнітної хвилі, її енергія невпинно перекидається з конденсатора в індуктивність і назад. Одна і та ж порція енергії створює в конденсаторі напругу, скажімо Е вольт, а в індуктивності струм / ампер. Ставлення цих вольт до ампер називають номінальне характеристичне опір фільтра. Якщо позначити ємність С, а індуктивність L, то характеристичний опір фільтра буде наближено одно:

Фільтр добре діє, коли електричні опори тієї лінії, з якої до нього підводяться коливання, і тієї лінії, по якій вони йдуть, в точності рівні характеристическому опору осередки фільтра. Тоді не буде відображень енергії на вході і виході.

Резонансна частота і коефіцієнт фільтрації

Ланка фільтра, що складається з ємності і самоіндукції, – це коливальна система. Подібної ж коливальної системою є гиря, підвішена на пружині, кузов автомобіля, що коливається на ресорах. Гойдалки, гамак – все це коливальні системи і всі вони можуть застосовуватися для фільтрації механічних коливань.

Коли коливальна система отримує одиничний, короткий поштовх (для механічної системи – механічний поштовх, для електричної системи – електричний поштовх), то в цій системі якийсь час ще тривають, поступово слабея, коливання. Це власні коливання системи. Їх частота – власна чи резонансна частота системи.

Чим далі частота прикладених до фільтру коливань від його власної, резонансної частоти, тим вище може бути коефіцієнт фільтрації. У багатьох випадках можна вважати, що коефіцієнт фільтрації дорівнює квадрату відносини резонансної частоти осередку фільтра до частоти підведеного до нього струму.

При харчуванні радіопередавачів застосовуються фільтри низьких частот, фільтри з великими конденсаторами (кілька десятків микрофарад) і великими індуктивностями (десятки генрі); власна резонансна частота ланки виходить кілька коливань в секунду. Призначення цих фільтрів не допустити до передавача гармонік струмів звукових частот 300 і вище герц. На одній ланці коефіцієнт фільтрації дорівнює кільком тисячам. Однієї ланки достатньо, щоб при роботі радіопередавача не було чутно гудіння і дзижчання.

У легкових автомобілях ставлять податливі ресори і власний період коливань кузова на ресорах виходить більшим. Коефіцієнт фільтрації поштовхів у такої машини великий. Щоб його ще підвищити, прагнуть зменшити масу непідресореної частини автомобіля, масу його коліс.

У вантажівках ставлять жорсткі ресори. Частота власних коливань виходить вище, фільтрація менше. Крім того, у вантажних машин більше маса безпружинних частин. Тому їх і трясе більше.

При одній і тій же пружності ресор, чим важче кузов, тим нижче частота його коливань. Тому навантажену машину менше трясе, ніж порожню.

Щоб зменшити цю тряску, часто застосовують ступінчасті ресори – як кажуть автомобілісти, прогресивну підвіску. Спочатку навантаження на себе бере гнучка податлива ресора. Вона забезпечує досить малу частоту власних коливань і при порожньому кузові. А щоб кузов сильно не осів, коли машину навантажать, то є друга, більш жорстка ресора, на яку кузов спирається в навантаженому стані.

Такий фільтр із змінною пружністю або зі змінною масою називається нелінійним фільтром. В електротехніці часто застосовуються нелінійні фільтри. У схеми включаються газові, наприклад, неонові лампи, які не горять при низьких напругах, коли ж напруга збільшується вище встановленої межі, вони спалахують і міняють дані електричного кола.

Є пропозиції збільшувати масу кузова автомобіля, не збільшуючи його ваги. Це здається неймовірним, а тим часом зробити це не так складно. Треба поставити на кузов швидко обертається маховик – гіроскоп. Швидко обертається тіло енергійно пручається всякій спробі відхилити його вісь обертання. Підвищення швидкості обертання аналогічно підвищенню маси. На автомобілі з гіроскопом можна було б отримати дуже велику плавність ходу, великий комфорт навіть по нерівній дорозі.

У гонитві за високою фільтрацією

Автомобіль – це ряд включених один за одним ланок фільтра. Перша ланка – пневматичні шини на колесах. Чим менше тиск в шинах, тим податливість їх більше, тим більше і коефіцієнт фільтрації, цієї ланки Хррошо їздити на супербаллонах.

Друга ланка фільтра – це ресори з кузовом. Потім як фільтри механічних коливань працюють ще й подушки сидінь.

У возі цих ланок фільтрації немає, і ті, хто в ній підлягає подорожував, учився власними силами включати ще одна ланка фільтра: нахиляти корпус і згинати спину, щоб вона пружинила і щоб поштовхи від сидіння доходили до головного мозку по можливості в ослабленому вигляді. Іноді в одній елементарній комірці фільтра важко отримати необхідний великий коефіцієнт фільтрації, необхідний затуханце небажаних коливань. При послідовному включенні окремих елементарних осередків результуючий коефіцієнт фільтрації всього ланцюга для більшості схем включення зазвичай дорівнює добутку коефіцієнтів фільтрації окремих ланок. Або, інакше кажучи, повне загасання дорівнює сумі затуханий всіх ланок.

Фі ?. 6-10. Багатоланковий фільтр низьких частот.

Представлені електричний, акустичний і два механічних: поступальний і обертальний варіанти.

Часто буває вигідніше зробити кілька ланок, з малою фільтрацією кожне, і включити їх послідовно, ніж застосовувати одну ланку з необхідною високою фільтрацією.

У хороших радіоприймачах фільтр ланцюга харчування іноді виконується не з однієї, а з двох і навіть більше осередків.

обсяг. Про кращому буде ще розмову в наступному розділі.

Але взагалі це дуже складне питання про вибір найкращого, оптимального фільтра. Іноді найкращий – це найдешевший, а іноді – що має найменший

Фіг. 6-11. Багатоланковий фільтр високих частот.

1ГСрсфС1 & «лено чотири варіанти: члектріческвй, акустичний, механічний поступальний і механічний обертальний.

Відсів зі знищенням

Можна по-різному виробляти фільтрацію коливань: можна відобразити небажане коливання, відігнати його. А можна це коливання, навпаки, поглинути. В одних випадках застосовуються відображають, а в інших поглинаючі фільтри. Прикладом останніх може служити автомобіль.

В автомобілі шини, підвіска, подушки сидінь, словом, всі ланки фільтра механічних коливань повинні поглинути енергію поштовхів, не дати їй дійти до пасажира. У цьому Багатоланкова фільтрі енергія механічних коливань перетворюється в теплову і розсіюється. Кожна ланка автомобільного фільтра обов’язково має у своєму складі елемент тертя, який переводить механічні коливання в тепло. Ці перетворювачі коливань в тепло отримують різні конструктивні оформлення і носять різні назви: гальма, демпфера, катаракти, заспокоювачі і т. д.

Застосовуються, наприклад, масляні гасителі коливань. До кузова автомобіля кріпиться сталевий циліндр, наповнений вузькому маслом. У ньому ходить поршень, пов’язаний з віссю колеса. У поршні пророблені вузькі канали. Коли колесо підстрибує на нерівностях дороги, масло продавлюється через ці канали. Енергія переміщення поршня в циліндрі витрачається на нагрів масла.

Часто сталеві пружини (ресори) кріпляться до кузова і до осей коліс через гумові прокладки. За рахунок внутрішнього тертя в цій гумі гаситься частина енергії коливань.

Внутрішнє тертя в гумі поглинає енергію поштовхів і в пневматичних шинах. При русі автомобіля покришки шин невпинно деформуються. Вони нагріваються через внутрішнього тертя. Цей нагрів ставить межа вантажопідйомності покришок і швидкості їх кочення. При нагріванні вище 100 ° С внутрішній каркас покришки з бавовняного тканини (корду) втрачає свою механічну міцність – перегорає. Під час швидкої їзди автомобільні шини гарячі навіть на морозі. Останнім часом каркаси для шин починають робити з нових більш міцних і термостійких матеріалів (наприклад, з синтетичних ниток – капрон).

Автомобільні конструктори прагнуть зменшити надходить в автомобіль енергію механічних поштовхів. Ця енергія тим менше, чим менше неподрессо-

Фіг * 6-12 * Система підвіски автомобіля, її механічна еквівалентна схема і електричні моделі.

В метричних моделях опору, що поглинають енергію змінних складових, можна включати по-різному: або в ланцюг індуктивності, або в ланцюг ємності.

ренная маса (т е. маса коліс). Але вже та енергій поштовху, яка надійшла від колеса до ресори, може бути тільки розсіяна. Її не можна відобразити назад до дороги, або, що було б ще більш заманливо, використовувати для прискорення ходу автомобіля. Енергію поштовхів, що йдуть від дороги до пасажирів, можна тільки перетворювати на тепло. Автомобільний фільтр (фіг. 6-12)

еквівалентний електричному фільтру, у якого на вході задано струм, а не напруга.

Ще один приклад фільтра з великим загасанням – це автомобільний глушник (фіг. 6-2). Енергія змінних складових газового потоку в ньому перетворюється в тепло. Одночасно втрачається і частина енергії постійної складової потоку відпрацьованих газів. Глушник знижує потужність двигуна. Гоночні машини працюють часто без глушника. Прямо з циліндрів викидають вихлопні гази в атмосферу. Тому вони мчать з таким ревом.

Електричні фільтри, якими забезпечуються випрямлячі, еквівалентні за принципом глушнику і підвісці автомобіля. Це всі фільтри нижніх частот. Вони не повинні пропускати швидких коливань.

На малопотужних випрямлячах згладжують фільтри виконуються з великим загасанням (як автомобільна підвіска і глушитель). У приймачах фільтри складаються іноді з одних ємностей і опорів, а индуктивностей в них немає. У таких фільтрах значні втрати електроенергії. Зате ці фільтри коштують дешевше і займають менше місця, ніж більш складні фільтри з індуктивностями.

Джерело: Електрика працює Г.І.Бабат 1950-600M