Класифікація фільтрів по передавальним функціям
Класифікація фільтрів по виду їх амплітудно-частотних характеристик
Фільтри нижніх частот. Для фільтрів нижніх частот (ФНЧ) характерно те, що вхідні сигнали низьких частот, починаючи з постійних сигналів, передаються на вихід, а сигнали високих частот затримуються. На рис. 12.1, а показана характеристика ідеального (не можна реалізувати на практиці) фільтра (її іноді називають характеристикою типу''кірпічная стена''). На інших малюнках представлені характеристики реальних фільтрів.
Мал. 12.1.Амплітудно-частотні характеристики
фільтрів нижніх частот
Смуга пропускання лежить в межах від нульової частоти до частоти зрізу # 969; с. Зазвичай частоту зрізу визначають як частоту, на якій величина А (# 969;) дорівнює 0,707 від максимального значення (т. Е. Менше максимального значення на 3 дБ).
Смуга затримування (придушення) починається від частоти затримування # 969; ж і триває до безкінечності. У ряді випадків частоту затримування визначають як частоту, на якій величина А (# 969;) менше максимального значення на 40 дБ (т. Е. Менше в 100 разів).
Між смугами пропускання і затримування у реальних фільтрів розташована перехідна смуга. У ідеального фільтра перехідна частота відсутній.
Фільтри верхніх частот. Фільтр верхніх частот характерний тим, що він пропускає сигнали верхніх і затримує сигнали нижніх частот.
На рис. 12.2, а наведена ідеальна (нереалізована) амплітудно-частотна характеристика фільтра нижніх частот, а на рис. 12.2, б - одна з типових реальних. через # 969; з і # 969; ж позначені частоти зрізу і затримування.
Мал. 12.2. Амплітудно-частотні характеристики
фільтрів верхніх частот
Смугові фільтри (смугасто-пропускають). Смуговий фільтр пропускає сигнали однієї смуги частот, розташованої в деякій внутрішньої частини осі частот. Сигнали з частотами поза цією смуги фільтр затримує.
На рис. 12.3, а приведена амплітудно-частотна характеристика ідеального (нереалізованого) фільтра і одна з типових реальних характеристик (рис. 12.3, б). через # 969; з1 і # 969; с2 позначені дві частоти зрізу, # 969; 0 - середня частота. Вона визначається виразом
Мал. 12.3. Амплітудно-частотні характеристики смугового фільтра
а- ідеальна характеристика; б-реальна характеристика
Режекторние фільтри (смугасто-заграждающие). Режекторние фільтри не пропускають (затримують) сигнали, що лежать в деякій смуг ?? е частот, і пропускають сигнали з іншими частотами.
Амплітудно-частотна характеристика ідеального (нереалізованого) фільтра наведена на рис. 12.4, а. На рис. 12.4, б показана одна з типових реальних характеристик.
Мал. 12.4. Амплітудно-частотні характеристики
Всепропускающіе фільтри (фазові коректори). Ці фільтри пропускають сигнали будь-якої частоти. Такі фільтри використовуються в деяких електронних системах для того, щоб змінити з будь-якою метою фазочастотную характеристику нд ?? їй системи (рис. 12.5).
Мал. 12.5. Амплітудно-частотна характеристика
Розглянемо цю класифікацію на прикладі фільтрів низької частоти. На практиці широко використовуються фільтри, що відрізняються характерними особливостями амплітудно-частотних характеристик. Це фільтри Баттерворта͵ Чебишева, Бесселя (Томсона) (рис. 12.6).
Мал. 12.6. Амплітудно-частотні характеристики фільтрів
Фільтри Баттерворта характеризуються найбільш плоскою амплітудно-частотної характеристикою в смуг ?? е пропускання. Це їх гідність. Але в перехідній смуг ?? е зазначені характеристики спадають плавно, недостатньо різко.
Фільтри Чебишева відрізняються різким спадом амплітудно-частотних характеристик в перехідній смуг ?? е, але в смуг ?? е пропускання ці характеристики не є плоскими.
Фільтри Бесселя характеризуються дуже пологим ділянками амплітудно-частотних характеристик в перехідній смуг ?? е, ще більш пологими, ніж у фільтрів Баттерворта. Їх фазочастотную характеристики досить близькі до ідеальних, відповідним постійному часу уповільнення, в зв'язку з цим такі фільтри мало спотворюють форму вхідного сигналу, що містить кілька гармонік.
Наведемо як приклад дві схеми фільтрів другого порядку. Схема фільтра нижніх частот наведена на рис. 12.7. Можна відзначити, що на низьких частотах (і на постійному струмі) фільтр має коефіцієнт посилення, який описується наступним виразом:
де К - величина, що визначає опір в колі зворотного зв'язку (К-1) # 903; R (рис. 12.7).
Мал. 12.7. Активний фільтр низьких частот
Наведене вираз відповідає неінвертуючий підсилювача. При збільшенні частоти вхідного сигналу напруга на виході зменшується по-перше, у зв'язку зі зменшенням напруги на неінвертуючий вході (ᴛ.ᴇ. на ємності С2) через зменшення модуля комплексного опору ємності С2. По-друге, зменшується напруга uа через те, що модуль комплексного опору ємності С1 зменшується і через цю ємність з виходу підсилювача в точку''а'' подається струм, який значно зміщений по фазі щодо напруги Uвх.
Фільтр верхніх частот представлений на рис. 12.8. На високих частотах коефіцієнт посилення фільтра дорівнює К. З огляду на залежність отпараметров резисторів R1 і R2 і конденсаторів С1 і С2 схема реалізує фільтри Баттерворта͵ Чебишева або Бесселя.
Мал. 12.8. Активний фільтр верхніх частот
Коротка характеристика активних фільтрів на перемикаються конденсаторах. Перемикається конденсатор - ϶ᴛᴏ свого роду дозатор, передає строго определ ?? енние заряди з одного електричного кола в іншу. Спрощена схема, яка пояснює роботу перемикається конденсатора, представлена рис. 12.9. Ключі S1 і S2 працюють в протифазі, ᴛ.ᴇ. коли ключ S1 замкнутий, ключ S2 розімкнений, і навпаки. Після замикання ключа S1 конденсатор накопичує заряд Uвх # 903; С. отримуючи його від джерела вхідного напруги. Після замикання ключа S2 конденсатор віддає зазначений заряд в ланцюг цього ключа.
Мал. 12.9. Активний фільтр на перемикаються конденсаторах
Чим частіше будуть перемикатися ключі, тим більший заряд в одиницю часу буде передаватися в зазначену ланцюг, ᴛ.ᴇ. тим більше буде середнє значення струму i. Використання перемикається конденсатора дозволяє змінювати середнє значення струму i шляхом зміни частоти перемикання. В цьому режимі перемикається конденсатор грає роль резистора з регульованим опором.
Активні фільтри на перемикаються конденсаторах мають такі переваги, що дозволяють досить часто використовувати їх на практиці:
· Вони досить дешеві, так як при їх виготовленні використовується відносно проста технологія;
· Їх легко перебудовувати на інші частоти, для чого достатньо змінювати частоту перемикання.
Читайте також
Реактивні фільтри складаються тільки з реактивних елементів L і C. Су-ществует дві найпростіші симетричні схеми таких фільтрів: Т-подібна або Т-схема (рис. 167а) і П-образна або П-схема (рис. 167б). Розглядаючи схеми фільтра як схеми чотириполюсника. [Читати далі].
Для збільшення крутизни АЧХ тобто вибірковості застосовують АФ високого порядку. З метою забезпечення сталої роботи в одному ОУ включається не більше трьох ланок пасивних RC - фільтрів. Тому АФ високого порядку будують на декількох ОУ, з'єднавши послідовно АФ. [Читати далі].
Активні фільтри - це підсилювачі, що мають виборчі частотні властивості: · фільтри низьких частот пропускають тільки низькі частоти; · Фільтри високих частот; · Смугові фільтри забезпечують пропускання сигналів певних частот; · Режекторние фільтри служать. [Читати далі].
Як переважної елемента використовують транзистор (транзисторні фільтри): 1) Включення транзистора по схемі з ОК: Якщо знехтувати Іб, то R1, R2, C утворюють фільтр нижніх частот (ФНЧ). Постійна часу. то. тому j. [Читати далі].