Вопрос 5. 15 минут. Сложение и разложение токов. Электрический фильтр.

В электрических цепях нередко встречается явление сложения и разложения токов. Простейшим примером может служить разветвленная цепь постоянного или переменного тока, в которой общий ток разделяется на токи, протекающие по разветвлениям; затем эти токи складываются в общий ток неразветвленной цепи.

Может происходить также сложение токов различного характера, например, постоянного и переменного (получается пульсирующий ток), переменных токов различной частоты (получается ток сложной формы) и так далее. Очевидно, что возможно и обратное явление, например, разложение пульсирующего тока на постоянную и переменную составляющие, переменного тока сложной формы на гармонические составляющие и т.п.

При этом должно выполняться основное правило: в любой момент времени мгновенное значение общего тока должно равняться сумме мгновенных значений составляющих токов (с учетом фазовых соотношений) и наоборот.

Разложение сложных токов в электрических цепях осуществляется с помощью устройств, содержащих разветвленную цепь с индуктивными и емкостными сопротивлениями и называемых электрическими фильтрами.

Действие фильтров основано на том, что сопротивление его отдельных ветвей зависит от частоты проходящего по ним тока, причем для индуктивных и емкостных сопротивлений эта зависимость противоположная. Поэтому ток более низкой частоты (включая и постоянный) проходит преимущественно по индуктивным, а ток более высокой частоты - по емкостным ветвям фильтра.

В различных приборах и аппаратах, например гармонических анализаторах биопотенциалов, фонокардиографах и других, применяются фильтры, позволяющие выделять переменные токи различных частот или выделять из тока сложной формы гармонические составляющие определенных частот. Например, фильтр, такой как на рисунке, пропускает только токи низких частот (от  = 0 до  = ₀), так как более высокие частоты ослабляются индуктивным и шунтируются емкостным сопротивлениями фильтра.

	Если на входные клеммы подать пульсирующее напряжение "Uвх", то постоянная составляющая тока через емкость "С" не пойдет, так как конденсатор обладает бесконечно большим сопротивлением постоянному току. При надлежащем выборе "L" индуктивное сопротивление переменному току может быть сделано значительным. В результате такой фильтр пропустит на выход постоянную составляющую входного напряжения.

Фильтром, изображенным на рисунке можно выделить переменную составляющую тока. Он пропускает только токи высоких частот (от  = 0 до = ), низкие частоты ослабляются емкостным и шунтируются индуктивным сопротивлением фильтра.

На рисунке показаны принципиальные схемы простейших полосовых фильтров, то есть фильтров пропускающих (а) или, наоборот, не пропускающих (б) переменный ток частотой в заданных относительно узких пределах: от  = ₁ до  = ₂.

L₁

L₂

б)

U_вх

U_вых

C₁

C₂

Фильтры состоят из настроенных в резонанс контуров, сопротивление которых при частотах, близких к резонансной, или очень мало (последовательный контур), или очень велико (параллельный контур. Поэтому в первом случае ток соответствующих частот проходит почти без ослабления (остальные частоты ослабляются последовательным и шунтируются параллельным контуром), во втором случае - наоборот, ослабляются и шунтируются токи частоты, на которую настроены контуры фильтра.