Электрические фильтры. Классификация и основные параметры

Электрический фильтр - это устройство, предназначенное для выделения или подавления электрических сигналов заданных частот.

Основные типы электрических фильтров

По характеру полосы пропускаемых частот фильтры делятся на шесть типов:

1) ФНЧ (фильтр нижних частот) - пропускает сигналы с частотой от 0 до fв (fвв/2π).

2) ФВЧ (фильтр верхних частот) - пропускает сигналы с частотой от fн до ∞

3) ФПП (полосовой фильтр) - пропускает сигналы с частотой от fн до fв.

4) РФ (режекторный фильтр) - не пропускает сигналы заданной частоты или полосы частот

5) ГПФ (гребенчатый фильтр) - фильтр, имеющий несколько полос пропускания.

6) РГФ (режекторный гребенчатый фильтр) - фильтр, имеющий несколько полос подавления.

Основные характеристики электрических фильтров - это полоса пропускания и избирательность.

Границы полос пропусканияв, ωн) определяются по частотам, на которых коэффициент усиления Ко уменьшается в √2≈0,7 раз.

Избирательность - мера, характеризующая способность фильтра разделять две группы колебаний с близкими частотами. Она определяется крутизной спада коэффициента передачи К(ω) на переходном участке от полосы пропускания к полосе подавления. Обычно крутизна спада оценивается в логарифмических единицах, Дб/окт: Δ=20Lg(K(ω2)/K(ω1)), где ω2=2ω1.

Фильтры бывают пассивные - состоящие только из пассивных элементов (резистор, конденсатор, катушка индуктивности) и активные - в состав которых входят усилительные элементы.

Пассивные фильтры используют только энергию фильтруемого сигнала, активные - используют дополнительно подведенную энергию.

Для понимания того, как рассчитываются фильтры вспомним уравнения, связывающие напряжение и ток для пассивных элементов.

1) Резистор: u(t)=R*i(t), в операторной форме U(S)=R*I(S), W(S)=R

2) Конденсатор: i(t)=C*d(u(t))/dt, в операторной форме U(S)=I(S)*1/CS, W(S)=1/CS

3) Индуктивность: u(t)=L*d(i(t))/dt, в операторной форме U(S)=LS*I(S), W(S)=LS

Рассмотрим последовательно соединенные L, C, R звенья:

последовательное соединение RLC

Если считать, что входное сопротивление нагрузки много больше сопротивления фильтра, то i2=0, i1=i. В действительности это не так, но мы рассматриваем идеальный вариант.

Тогда (для данной схемы) можно считать Uвых(S)=I(S)*R, Uвх(S)=I(S)*(LS+1/CS+R),

отсюда коэффициент усиления: K(S)=Uвых(S)/Uвх(S)=R/(LS+1/CS+R).

Подставив в эту формулу S=jω, можно получить зависимости:

K(ω) - АЧХ фильтра и j(ω) - ФЧХ фильтра.

Необходимо помнить, что чем более неравномерны АЧХ и ФЧХ фильтра на рабочем участке, тем более сильно искажается форма отфильтрованного сигнала.

radiohlam.ruтеорияразное

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Обсудить эту статью на форуме

 
Rambler's Top100 © 2009 - Материалы сайта охраняются законом об авторском праве