Материалы по всему курсу схемотехники (необработанное) (1.3.1.5.1 Общие сведения о фильтрах)

Посмотреть архив целиком

Общие сведения о фильтрах


Под электронным фильтром понимается частотно-избирательное устройство, которое пропускает (или усиливает) сигналы одних частот и ослабляет сигналы других частот.

Фильтры классифицируются на :

- фильтры нижних частот (пропускающие низкие частоты и задерживающие высокие частоты );

- фильтры верхних частот (пропускающие высокие частоты и задерживающие низкие частоты );

- полосно-пропускающие фильтры (пропускающие полосу частот и задерживающие частоты, расположенные выше и ниже этой частоты);

- полосно-заграждающие фильтры (задерживающие полосу частот и пропускающие частоты, расположенные выше и ниже этой частоты);

Характеристика фильтра определяется его комплексной передаточной функцией :

. (1)

Величины U1, U2 - соответственно входное и выходное напряжение, как показано на рис. 1.


U1

U2

Фильтр


Рис.1. Изображение фильтра.


Для установившейся частоты передаточную функцию можно записать в виде :


, (2)


где j - модуль передаточной функции или

амплитудно-чаcтотная характеристика (а.ч.х.);

 - фазочастотная характеристика;

f - круговая частота.


Диапазоны и полосы частот, в которых фильтр пропускает сигналы, называются полосами пропускания; в них значение амплитудно - частотной характеристики относительно велико, а в идеальном случае постоянно.

Диапазоны и полосы частот, в которых сигналы подавляются, образуют полосы задержания - в них значение амплитудно - частотной характеристики относительно мало; в идеальном случае равно нулю. На рис. 2 в качестве примера показаны амплитудно - частотные характеристики идеального и реального фильтров нижних частот. В данном фильтре полоса пропускания определяется соотношением :


0 < < c ,


а полоса задержания -


 c .


Частота c, разделяющая эти две полосы, называется частотой среза амплитудно - частотной характеристики.


A

A1

A2

0

c

1 пп1


(рад/сек)

1

2


Рис. 2. Идеальная (1) и реальная(2) амплитудно-частотные

характеристики фильтра нижних частот.


На практике достичь идеальной амплитудно - частотной характеристики не удается. Приходится говорить лишь о приближении реальной а.ч.х. к идеальной (полосы пропускания и задержания четко не разграничены и должны быть формально определены).

В качестве полосы пропускания выбирается диапазон частот, где значение а.ч.х. превышает некоторое заранее выбранное число, обозначенное на рис. 2 через А1.

Полоса задержания представляет собой диапазон частот, в котором а.ч.х. меньше определенного заранее выбранного значения А2 (см. рис. 2) . Интервал частот, в котором кривая а.ч.х. монотонно спадает, переходя от полосы пропускания к полосе задержания, называется переходной областью.

В соответствии с рис. 2 можно определить :


-полоса пропускания ; (4)

-полоса задержания ; (5)

-переходная область . (6)


Значение а.ч.х., как правило, выражают в децибелах (дБ) следующим образом :


,

где параметр представляет собой затухание. Например, предположим, что на рис. 2 выбрано А=1, которому соответствует =0. Тогда, если , то затухание на частоте c будет равно :


.


В основном затухание в полосе пропускания никогда не превышает 3 дБ. Таким образом, из приведенного примера следует, что изменение а.ч.х. в полосе пропускания составляет по крайней мере = 0,707, или 30% ее максимального значения. В общем случае под полосой пропускания принято подразумевать такую полосу частот, в которой мощность передаваемого на выход фильтра сигнала снижается менее, чем в два раза, а амплитуда - менее, чем в раз.







Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.