Najprostszymi filtrami środkowoprzepustowymi są filtry LC -, które wykorzystują cewki indukcyjne i kondensatory (chociaż w obwodzie zawsze znajdują się dodatkowe rezystory wpływające na działanie).
Elementy te można łączyć szeregowo lub równolegle, a powstałe obwody nazywane sąrezonans szeregowyodpowiednio obwody i równoległe obwody rezonansowe. Używa się słowa rezonans, ponieważ obwody te reagują na określone częstotliwości, podobnie jak struny skrzypiec czy gitary. Dlatego często określa się je mianem obwodów tuningowych.
To pokazuje kilka przykładów tych obwodów połączonych na różne sposoby. Częstotliwość rezonansowa zarówno obwodów szeregowych, jak i równoległych wynika z efektu rezystancji, gdzie XL cewki indukcyjnej jest równe Xc kondensatora. Częstotliwość rezonansową możemy otrzymać rozwiązując to równanie
Gdzie f to częstotliwość, L to indukcyjność, C to pojemność reprezentująca częstotliwość:
W równoległym obwodzie strojonym kondensatory i cewki są połączone równolegle, więc mają to samo napięcie. Przy częstotliwości rezonansowej mamy również, że ich reagenty są równe. Zgodnie z prawem Ohma dla obwodów prądu przemiennego, jeśli cewki indukcyjne i kondensatory mają to samo napięcie i reaktancję, muszą mieć również ten sam prąd. Zatem wszyscy mają ten sam prąd. Ponieważ jednak jeden z prądów powoduje wzrost napięcia o 90 cali, a drugi prąd powoduje opóźnienie napięcia o 90 cali, są one oddalone od siebie o 180 cali. Dlatego kierunek prądów jest przeciwny, jeden rośnie, a drugi opada. Dlatego prąd w przewodzie prowadzącym do wtórnego obwodu strojenia musi wynosić zero. Ponieważ zewnętrzny prąd wpływający do obwodu strojenia wynosi zero, obwód zachowuje się jak obwód otwarty (z napięciem, ale bez przepływu prądu).
Odwrotna sytuacja ma miejsce w przypadku arezonans szeregowy (znany również jako urządzenie rezonansowe szeregowe)okrążenie. Tutaj kondensatory i cewki są połączone szeregowo, więc prąd jest taki sam. Tym razem napięcie na jednej elektrodzie kieruje prąd, podczas gdy napięcie na drugiej elektrodzie jest opóźnione w stosunku do prądu o 90 cali. Dlatego te dwa napięcia są od siebie oddalone o 180 cali. W rezonansie (inny sposób powiedzenia „przy częstotliwości rezonansowej”) ich reagenty są równe, więc ich napięcia są równe, ale przeciwne. Dlatego całkowite napięcie całego obwodu szeregowego wynosi zero, nawet jeśli przepływa przez niego prąd. Dlatego zachowanie obwodu przypomina zwarcie (występuje również prąd, ale nie przechodzi przez niego napięcie).
Dlatego stworzyliśmy następujące reguły empiryczne:
Podczas rezonansu równoległy obwód strojony wykazuje obwód otwarty.
Podczas rezonansurezonans szeregowyobwód wykazuje zwarcie.
Przy innych częstotliwościach oba obwody mają pewną impedancję. Zbliżając się do częstotliwości rezonansowej, obwód nie jest całkowicie otwarty (w przypadku strojenia równoległego) ani zwarty (w przypadku strojenia szeregowego), ale nadal jest bardzo blisko. Im dalej od częstotliwości rezonansowej, tym mniejszy obwód i mogą wystąpić przerwy lub zwarcia.
Oba te obwody mogą służyć jako filtry selektywne, przepuszczające pewne częstotliwości i uniemożliwiające przechodzenie innych. Mogą łączyć obwody strojenia pomiędzy dwoma podstawowymi kierunkami, takimi jak (a) i (b) (w tym przypadku sygnał będzie krótszy w zależności od impedancji obwodu) lub sygnał musi przejść przez obwód LC od wejścia do wyjścia, jak pokazano w (c) i (d) (w tym przypadku będzie mniej więcej przejść w zależności od impedancji obwodu).
Biorąc obwód (a) jako przykład. Podczas rezonansu równoległy obwód strojony wykazuje obwód otwarty, a większość sygnału wejściowego dociera bezpośrednio do wyjścia poprzez rezystory. W zależności od różnych obciążeń wyjściowych w rezystorze szeregowym może występować prąd, więc może wystąpić utrata napięcia, ale możemy to zignorować. Jednak poza rezonansem obwód strojenia nie jest już otwarty; Powoduje to przepływ zwiększonego prądu przez rezystor szeregowy, co powoduje wzrost spadku napięcia. Im dalej od rezonansu, tym większy spadek i mniejsze napięcie wyjściowe.
Jeśli utrzymamy stałe napięcie wejściowe, ale zmienimy częstotliwość, a następnie wykreślimy zależność między napięciem wyjściowym a częstotliwością, otrzymamy wykres podobny do rysunku (a). Widzimy, że szczyt mocy wyjściowej pojawia się przy częstotliwości rezonansowej i następuje spadek po obu stronach. Rzeczywiście istnieje pasmo częstotliwości przechodzące w pobliżu rezonansu, podczas gdy częstotliwość oddalona od rezonansu jest zmniejszona (choć nie jest całkowicie zatrzymana). Ponieważ istnieje pasmo częstotliwości, które może przejść, nazywa się to filtrem pasmowoprzepustowym. Obwód (c) na rysunku jest również filtrem pasmowo-przepustowym; Ze względu na fakt, że szeregowy obwód rezonansowy jest zwarty w miejscu wyładowania atmosferycznego, częstotliwość rezonansu przechodzi (i jest blisko), podczas gdy częstotliwość maleje dalej, ponieważ szeregowy obwód rezonansowy ma teraz pewną reaktancję.
Obwody (b) i (d) robią coś odwrotnego -, przestają sygnalizować w momencie rezonansu; Obwód (b) realizuje się poprzez skrócenie sygnału, natomiast obwód (d) uzyskuje się poprzez otwarcie ścieżki pomiędzy wejściem i wyjściem. Nawet blisko rezonansu osłabią sygnał, a więc zatrzymają (lub osłabią) pasmo częstotliwości, jak pokazano na rysunku (b). Dlatego nazywane są filtrami zatrzymującymi pasmo lub filtrami zatrzymującymi pasmo.
Zwróć uwagę na podobieństwa między tym a filtrami dolnoprzepustowymi- i górnoprzepustowymi RC omówionymi w poprzednim rozdziale. Chociaż mówimy tutaj o częstotliwości odcięcia, rzeczywista krzywa pokazuje, że „odcięcie” jest w rzeczywistości bardzo powolnym spadkiem. Następuje także stopniowa zmiana po obu stronach częstotliwości rezonansowej.