Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Сопротивление реактивных элементов — конденсатора и катушки — зависит от частоты. Эта их особенность может оказаться весьма нежелательной в тех случаях, когда по цепи с конденсатором и катушкой идут переменные токи разных частот и нужно создать для всех этих токов равные условия. Когда нужно, никому не отдавая предпочтения, одинаково хорошо или одинаково плохо — главное одинаково! — пропускать по цепи токи любых частот. Конденсатор или катушка, разумеется, помешают этому равноправию. По-разному сопротивляясь токам разных частот, конденсатор или катушка в разной степени будут ослаблять эти токи (Р-54;2,3).

Р-54

Конденсатор и катушка — источники так называемых частотных искажений, с которыми нам еще предстоит сталкиваться и бороться.

Но зато реактивные элементы незаменимы, когда нужно разделить токи разных частот, протекающие в общей цепи. Например, когда некоторые из них нужно пропустить в нагрузку легко, а другим вообще преградить путь в нее, пустить их по другому пути. Здесь, конечно, реактивные элементы незаменимы, только у них развито «чувство частоты», только конденсатор и катушка могут разделить токи разных частот, одни из них пропуская легко, другим оказывая большое сопротивление.

Цепи, в которых происходит сортировка и разделение токов разных частот, называются фильтрами. Обычно это не очень большие цепи, чаще всего они состоят из двух-трех элементов, в числе которых обязательно конденсатор или катушка или оба реактивных элемента одновременно. Фильтры чрезвычайно широко используются в электронных устройствах. Точной статистики, конечно, никто не делал, но, по-видимому, половина всех элементов электронных схем работает в фильтрах на своей основной работе или по совместительству. Схемы фильтров очень разнообразны, но в них всегда используются одни и те же принципы, которые можно хорошо увидеть на простейших примерах.

Фильтры бывают параллельные и последовательные. Примеры последовательных фильтров — на Р-54;2,3. Пример простейшего параллельного RC-фильтра — на Р-54;4. Здесь происходит отделение переменного тока от постоянного: постоянный ток через С не пойдет, у него есть только один путь — через R_н. Так что одна задача — получение чистого переменного тока — в таком фильтре решается автоматически. Можно и постоянный ток выделить из его смеси с переменным. Для этого нужно, чтобы на данной частоте f (частота переменного тока) емкостное сопротивление х_с конденсатора С было во много раз меньше, чем R_н (Р-54;5,6). Тогда переменный ток в основном пойдет по пути наименьшего сопротивления, то есть через С_ф, а через R_н пойдет чистый (точнее, почти чистый) постоянный ток.

Чтобы получить нужное х_с на данной частоте, достаточно подобрать емкость конденсатора с помощью простых расчетных формул (Р-52;4) и справочных таблиц С-7. Эти таблицы еще раз напоминают, что величину х_с на равных определяют и емкость С, и частота f, поэтому для получения одного и того же х_с на низких частотах емкость должна быть значительно больше, чем на высоких.

Другая группа фильтров — делители напряжения, отдельные участки которых имеют разное сопротивление на разных частотах. Поэтому разные (по частоте) токи создают на этих участках разные напряжения. Или иначе— фильтр-делитель в разной пропорции делит подведенные к нему напряжения разных частот.

Весьма распространенный фильтр с делителями показан на Р-54;7. Его задача — получить на сопротивлении нагрузки R_н по возможности чистое постоянное напряжение, в то время как на входе действуют два одинаковых напряжения — постоянное и переменное. Задача решается так. Сначала оба напряжения делятся делителем R_гС_ф1 и передаются дальше, в сторону нагрузки с нижней части делителя, с С_ф1. При этом, естественно, постоянное напряжение полностью остается на С_ф1 (так как сопротивление конденсатора для постоянного тока бесконечно велико), а что касается переменного напряжения, то лишь небольшая часть его остается на малом емкостном сопротивлении этого конденсатора — его емкость именно так подбирается, чтобы х_с было меньше, чем R_н.

Дальше еще один делитель R_фС_ф2. На его нижнем участке переменное напряжение уже совсем мало — большая часть переменного напряжения достается сопротивлению фильтра R_ф. На этом сопротивлении, правда, теряется и часть постоянного напряжения, но в данном случае подобные потери неизбежны.

Аналогичным образом создаются и RL-фильтры. В них катушка, в общем, делает то же дело, что и конденсатор (катушка по-разному ведет себя на разных частотах), ну а конкретно — все делает наоборот, в отличие от конденсатора, оказывает большее сопротивление тем токам, частота которых выше (Р-53, С-7).