Filtr LC to fragment obwodu elektrycznego zbudowany z pasywnych elementów – cewki (induktor, oznaczany literą L) i kondensatora (pojemność, oznaczana literą C). Jego zadaniem jest selektywne przepuszczanie lub tłumienie sygnałów w określonych zakresach częstotliwości. W zastosowaniach zasilających montuje się go między wyjściem zasilacza a odbiornikiem, gdzie zmniejsza tętnienia napięcia i redukuje zakłócenia generowane przez zasilacz.
Jak działa filtr LC?
Filtr LC wykorzystuje przeciwne właściwości reaktancji cewki (indukcyjnej) i kondensatora (pojemnościowej), aby kształtować charakterystykę częstotliwościową sygnału. W praktyce najczęściej stosuje się dwie podstawowe odmiany:
| Typ filtra | Co przepuszcza | Co tłumi | Przykładowe zastosowanie |
|---|---|---|---|
| Dolnoprzepustowy LC | niskie częstotliwości | wysokie częstotliwości (szumy, zakłócenia) | wygładzanie napięcia za zasilaczem impulsowym |
| Górnoprzepustowy LC | wysokie częstotliwości | niskie częstotliwości (składowa stała, wolne zmiany) | separacja zakłóceń w torach sygnałowych |
Dla obu typów kluczowa jest częstotliwość graniczna (odcięcia), którą w prostym obwodzie LC wyznacza zależność: f_g = 1 / (2π√(LC)). Gdzie L to indukcyjność w henrach [H], a C to pojemność w faradach [F]. Dobierając wartości L i C, precyzyjnie kształtujesz pasmo przepuszczania i tłumienia.
Dzięki układowi LC filtr skutecznie tłumi zakłócenia przewodzone i ogranicza niepożądane składowe wysokoczęstotliwościowe.
Praktyczne zastosowania filtrów LC
Filtry LC znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach elektrotechniki i elektroniki:
- ochrona zasilaczy impulsowych przed zakłóceniami,
- redukcja szumów w systemach automatyki przemysłowej,
- poprawa stabilności działania urządzeń elektronicznych,
- filtracja zakłóceń w sprzęcie audio i wideo,
- zasilanie wzmacniaczy audio i urządzeń przemysłowych,
- aplikacje w niskonapięciowych obwodach zasilania prądu stałego (DC),
- stosowanie w stacjach przekształtnikowych prądu stałego HVDC po stronie AC i DC.
Parametry techniczne i dane znamionowe
Filtry LC dostępne na rynku różnią się parametrami znamionowymi, dostosowanymi do konkretnych zastosowań:
- Zasilacze DC – filtry do napięcia od 0 do 25 V przy prądzie do 4 A;
- Zasilacze AC – filtry do napięcia 230 V AC przy prądzie do 2 A;
- Zakresy tłumienia – EMI (elektromagnetyczne zakłócenia przewodzone) i EMC (zgodność elektromagnetyczna);
- Częstotliwość pracy – 50/60 Hz.
Dobierając filtr LC, dopasuj napięcie, prąd i częstotliwość do urządzenia oraz określ, czy celem jest tłumienie szumów zasilających, czy redukcja harmonicznych w sieci AC.
Zalety filtrów pasywnych LC
Filtry LC należą do grupy filtrów pasywnych, co niesie ze sobą konkretne korzyści. W porównaniu z filtrami aktywnymi, które wymagają zasilania i elementów sterujących, filtry LC wyróżniają się:
- prostotą konstrukcji – składają się jedynie z cewek i kondensatorów;
- niezawodnością – brak elementów aktywnych zmniejsza ryzyko awarii;
- precyzyjną filtracją – możliwość uzyskania stromych charakterystyk i niskich tętnień;
- korzystnym kosztem – dobra relacja ceny do skuteczności.
Połączenia szeregowe i równoległe
Łączenie filtrów szeregowo pozwala wzmocnić efekt tłumienia w docelowym paśmie, co bywa kluczowe przy surowych wymaganiach EMC.
Połączenie równoległe zwiększa dopuszczalny prąd wyjściowy, co jest istotne w aplikacjach wysokoprądowych i zasilaczach o dużym obciążeniu.
W rozwiązaniach zaawansowanych stosuje się również grupy dwóch filtrów jednogałęziowych, które ograniczają prądy wybranych harmonicznych w prądzie sieci zasilającej.
Kiedy warto stosować filtr LC?
Filtr LC warto wprowadzić do systemu w następujących przypadkach:
- Zasilacze impulsowe – generują znaczne zakłócenia wysokoczęstotliwościowe, które filtr LC efektywnie tłumi;
- Urządzenia audio – wrażliwe na szumy zasilające, wymagające czystego napięcia;
- Systemy automatyki przemysłowej – gdzie stabilność napięcia jest krytyczna dla poprawności pomiarów i sterowania;
- Urządzenia precyzyjne – pomiary, aparatura laboratoryjna, gdzie tętnienia mogą zniekształcić wyniki;
- Systemy zasilania o wysokich prądach – gdzie połączenia równoległe filtrów pozwalają obsłużyć wymagane natężenia;
- Urządzenia audio-wideo – gdzie szumy zasilające mogą spowodować artefakty wizualne lub słuchowe.