Электричество шаг за шагом

Но зато только реактивные элементы, только конденсаторы и катушки могут разделить токи разных частот, протекающие в общей цепи, или отделить постоянный ток от переменного. Здесь реактивные элементы просто незаменимы, только у них развито «чувство частоты», только конденсатор и катушка оказывают разное сопротивление токам разных частот.

Цепи, в которых происходит сортировка и разделение токов разных частот, называются фильтрами (Р-69). Обычно это не очень большие цепи, чаще всего они состоят из нескольких элементов, в числе которых, конечно, конденсатор или катушка или оба реактивных элемента одновременно. Схемы фильтров разнообразны, но в них всегда используются одни и те же принципы, которые можно хорошо увидеть на простейших примерах.

ВК-171. Если диод подключён к батарее так, что заряды идут к pn-переходу, то их «плюс» и «минус» как бы нейтрализуют друг друга, и в переход приходят всё новые и новые заряды — через диод и во всей цепи идёт ток. Если сменить полярность батареи, то заряды оттянутся от pn-перехода, сопротивление диода резко возрастёт и ток в цепи практически прекратится. А отсюда вывод: полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью, он пропускает ток только в одну сторону.

Р-67. ВЕЛИКОЕ ДЕЛО СПРЯТАНО В МИКРОТАБЛИЦЕ. Мы так подробно говорим о синусоиде потому, что переменный ток, который производит электроэнергетика — это синусоидальный ток, он меняется 50 раз в секунду (это частота переменного тока, принятая в нашей стране и не только в ней; в США, Великобритании, Индии и других странах частота немного больше — 60 полных изменений в секунду). Причем ток в сети (э.д.с., напряжение) меняется точно так же, как меняется длина линии синуса (1) при вращении радиуса в круге. Тем, кто занимается переменным током, полезно иметь таблицу значений sin а для разных углов а. Упрощённый вариант такой таблицы (2) приведён на рисунке, для углов от 180 до 360 градусов, все значения sin а — отрицательные, так отмечается и то, что ток сменил направление.

Фильтры бывают параллельные и последовательные. В последовательных фильтрах реактивный элемент вместе с нагрузкой образует делитель напряжения, и чем больше сопротивление реактивного элемента (конденсатор, катушка), тем меньшая часть общего напряжения достаётся нагрузке. Поэтому в простом последовательном RC-фильтре с увеличением частоты напряжение на нагрузке растёт, а в RL-фильтре — падает. То есть последовательный ёмкостный фильтр ослабляет низкие частоты и пропускает высокие, а индуктивный — наоборот.

В параллельном RC-фильтре конденсатор шунтирует нагрузку тем сильнее, чем выше частота. То есть конденсатор фильтра отводит от нагрузки переменные токи более высоких частот. У параллельного RL-фильтра с ростом частоты индуктивное сопротивление катушки растёт, и она всё меньше шунтирует нагрузку. Иными словами, такой фильтр отводит от нагрузки токи сравнительно низких частот, и ей достаются в основном высокочастотные токи.

В выпрямителе, для того чтобы пропустить к нагрузке только постоянную составляющую, используют параллельный фильтр с конденсатором и последовательный с катушкой. Первый из них шунтирует нагрузку, отводит от неё переменный ток, второй не пропускает его к нагрузке. Чтобы лучше очистить постоянную составляющую от переменных токов, нередко используют многозвенные фильтры с R-, С- и L-элементами.