Классификация фильтров по виду их амплитудно-частотных характеристик

Фильтры нижних частот. Для фильтров нижних частот (ФНЧ) характерно то, что входные сигналы низких частот, начиная с постоянных сигналов, передаются на выход, а сигналы высоких частот задерживаются. На рис. 12.1, а показана характеристика идеального (не реализуемого на практике) фильтра (ее иногда называют характеристикой типа «кирпичная стена»). На других рисунках представлены характеристики реальных фильтров.

 

 

Рис. 12.1.Амплитудно-частотные характеристики

фильтров нижних частот

Полоса пропускания лежит в пределах от нулевой частоты до частоты среза ω _с. Обычно частоту среза определяют как частоту, на которой величина А(ω ) равна 0, 707 от максимального значения (т. е. меньше максимального значения на 3 дБ).

Полоса задерживания (подавления) начинается от частоты задерживания ω _з и продолжается до бесконечности. В ряде случаев частоту задерживания определяют как частоту, на которой величина А(ω ) меньше максимального значения на 40 дБ (т. е. меньше в 100 раз).

Между полосами пропускания и задерживания у реальных фильтров расположена переходная полоса. У идеального фильтра переходная частота отсутствует.

Фильтры верхних частот. Фильтр верхних частот характерен тем, что он пропускает сигналы верхних и задерживает сигналы нижних частот.

На рис. 12.2, а приведена идеальная (нереализуемая) амплитудно-частотная характеристика фильтра нижних частот, а на рис. 12.2, б – одна из типичных реальных. Через ω _с и ω _з обозначены частоты среза и задерживания.

 

 

 

Рис. 12.2. Амплитудно-частотные характеристики

фильтров верхних частот

Полосовые фильтры (полосно-пропускающие). Полосовой фильтр пропускает сигналы одной полосы частот, расположенной в некоторой внутренней части оси частот. Сигналы с частотами вне этой полосы фильтр задерживает.

На рис. 12.3, а приведена амплитудно-частотная характеристика идеального (нереализуемого) фильтра и одна из типичных реальных характеристик (рис. 12.3, б). Через ω _с1 и ω _с2 обозначены две частоты среза, ω ₀ – средняя частота. Она определяется выражением

.

 

 

Рис. 12.3. Амплитудно-частотные характеристики полосового фильтра

а-идеальная характеристика; б-реальная характеристика

Режекторные фильтры (полосно-заграждающие). Режекторные фильтры не пропускают (задерживают) сигналы, лежащие в некоторой полосе частот, и пропускают сигналы с другими частотами.

Амплитудно-частотная характеристика идеального (нереализуемого) фильтра приведена на рис. 12.4, а. На рис. 12.4, б показана одна из типичных реальных характеристик.

 

Рис. 12.4. Амплитудно-частотные характеристики

режекторного фильтра

Всепропускающие фильтры (фазовые корректоры). Эти фильтры пропускают сигналы любой частоты. Такие фильтры используются в некоторых электронных системах для того, чтобы изменить с той или иной целью фазочастотную характеристику всей системы (рис. 12.5).

 

 

 

Рис. 12.5. Амплитудно-частотная характеристика

всепропускающего фильтра

Классификация фильтров по передаточным функциям

Рассмотрим эту классификацию на примере фильтров низкой частоты. На практике широко используются фильтры, отличающиеся характерными особенностями амплитудно-частотных характеристик. Это фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя (Томсона) (рис. 12.6).

 

Рис. 12.6. Амплитудно-частотные характеристики фильтров

Фильтры Баттерворта характеризуются наиболее плоской амплитудно-частотной характеристикой в полосе пропускания. Это их достоинство. Но в переходной полосе указанные характеристики спадают плавно, недостаточно резко.

Фильтры Чебышева отличаются резким спадом амплитудно-частотных характеристик в переходной полосе, но в полосе пропускания эти характеристики не являются плоскими.

Фильтры Бесселя характеризуются очень пологим участками амплитудно-частотных характеристик в переходной полосе, еще более пологими, чем у фильтров Баттерворта. Их фазочастотные характеристики достаточно близки к идеальным, соответствующим постоянному времени замедления, поэтому такие фильтры мало искажают форму входного сигнала, содержащего несколько гармоник.

 

Активные фильтры

Приведем в качестве примера две схемы фильтров второго порядка. Схема фильтра нижних частот приведена на рис. 12.7. Можно отметить, что на низких частотах (и на постоянном токе) фильтр имеет коэффициент усиления, который описывается следующим выражением:

,

где К – величина, определяющая сопротивление в цепи обратной связи (К-1)· R (рис. 12.7).

 

Рис. 12.7. Активный фильтр нижних частот

Приведенное выражение соответствует неинвертирующему усилителю. При увеличении частоты входного сигнала напряжение на выходе уменьшается во-первых, в связи с уменьшением напряжения на неинвертирующем входе (т.е. на емкости С₂) из-за уменьшения модуля комплексного сопротивления емкости С₂. Во-вторых, уменьшается напряжение u_а из-за того, что модуль комплексного сопротивления емкости С₁ уменьшается и через эту емкость с выхода усилителя в точку «а» подается ток, который значительно сдвинут по фазе относительно напряжения u_вх.

Фильтр верхних частот представлен на рис. 12.8. На высоких частотах коэффициент усиления фильтра равен К. В зависимости от параметров резисторов R₁ и R₂ и конденсаторов С₁ и С₂ схема реализует фильтры Баттерворта, Чебышева или Бесселя.

Рис. 12.8. Активный фильтр верхних частот

Краткая характеристика активных фильтров на переключаемых конденсаторах. Переключаемый конденсатор – это своего рода дозатор, передающий строго определенные заряды из одной электрической цепи в другую. Упрощенная схема, поясняющая работу переключаемого конденсатора, представлена рис. 12.9. Ключи S₁ и S₂ работают в противофазе, т.е. когда ключ S₁ замкнут, ключ S₂ разомкнут, и наоборот. После замыкания ключа S₁ конденсатор накапливает заряд u_вх· С, получая его от источника входного напряжения. После замыкания ключа S₂ конденсатор отдает указанный заряд в цепь этого ключа.

Рис. 12.9. Активный фильтр на переключаемых конденсаторах

 

Чем чаще будут переключаться ключи, тем больший заряд в единицу времени будет передаваться в указанную цепь, т.е. тем больше будет среднее значение тока i. Использование переключаемого конденсатора позволяет изменять среднее значение тока i путем изменения частоты переключения. В этом режиме переключаемый конденсатор играет роль резистора с регулируемым сопротивлением.

Активные фильтры на переключаемых конденсаторах имеют следующие достоинства, позволяющие достаточно часто использовать их на практике:

· они достаточно дешевые, так как при их изготовлении используется относительно простая технология;

· их легко перестраивать на другие частоты, для чего достаточно изменять частоту переключения.

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Diana 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
2. DSM-IV-TR: Основные характеристики.
3. I I. Цели, задачи, результаты выполнения индивидуального проекта
4. I Общая характеристика загрязнений естественного и антропогенного происхождения
5. I) индивидуальная монополистическая деятельность, которая проявляется как злоупотребление со стороны хозяйствующего субъекта своим доминирующим положением на рынке.
6. I. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ.
7. I. Классификация установок, по Узнадзе.
8. I. Полное и прочное устройство индивидуальной и коллективной гармонии в области мысли в отношении к человечеству
9. II КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ
10. II. Результаты выполнения индивидуального проекта
11. II. Характеристики суицидальной идеаторной активности
12. III Перепишите следующие предложения и переведите их, имея в виду различные значения глаголов to be, to have, to do.