Файл: 6 10 вопросы. Заключение по всем генераторам. 87.docx

В этом фильтре при увеличении частоты сопротивление последовательного элемента уменьшается. Он пропускает высокочастотные сигналы, а для сигналов низких частот его реактивное сопротивление велико. Параллельный элемент оказывает шунтирующее влияние на сигналы низких частот, а для высокочастотных сигналов его реактивное сопротивление велико.


2С

2С
Д
ля увеличения крутизны амплитудно-частотной характеристики в Г-образную структуру можно ввести дополнительный конденсатор, как показано ниже.

Такой фильтр имеет Т-образную структуру. В Т-образном фильтре значение индуктивности L не отличается от ее значения в исходной Г-образной структуре и все расчетные формулы остаются такими же. Суммарная емкость конденсаторов должна быть эквивалентна емкости одиночного конденсатора исходной Г-образной структуры. Обычно эта требуемая общая емкость распределяется поровну между двумя конденсаторами так, что Т-образном фильтре верхних частот каждый конденсатор имеет емкость, равную удвоенному значению емкости в Г-образной структуре.


2L

2L
Крутизну амплитудно-частотной характеристики фильтра можно также повысить путем введения в схему дополнительной катушки индуктивности, как показано ниже, образуя П-образный фильтр.





В П-образном LC-фильтре значение емкости конденсатора не изменяется, а суммарная индуктивность катушек должна быть эквивалентна индуктивности одиночной катушки исходной Г-образной структуры. Обычно требуемая общая индуктивность распределяется поровну между двумя катушками так, что каждая из них имеет индуктивность, равную удвоенному значению индуктивности Г-образной структуры.

---

Работа полосно-заграждающего (режекторного) фильтра основана на различии зависимостей полных сопротивлений параллельной и последовательной резонансных цепей от частоты. Полное сопротивление параллельной LC-цепи на резонансной частоте максимально, тогда как у последовательной цепи оно минимально. Эти две LC-цепи, соединенные определенным образом (см. ниже), образуют Г-образный режекторный фильтр.




2L

2L
На центральной частоте требуемого диапазона полное сопротивление последовательной LC-цепи (она включена параллельно нагрузке) минимально, и она оказывает шунтирующее воздействие и ослабляет сигналы. Полное сопротивление параллельной LC-цепи (которая включена последовательно с нагрузкой) на центральной частоте требуемого диапазона максимально, и она препятствует прохождению сигналов.





Т-образные и П-образные полосно-пропускающие фильтры (см. выше) обладают более высокой крутизной амплитудно-частотной характеристики.

а) П-образный фильтр

б) Т-образный фильтр

Сравнение пассивных фильтров с другими видами фильтров.

Достоинства пассивных фильтров: в качестве фильтрующих цепей, особенно в области низких частот (десятки килогерц и ниже), могут быть использованы различные схемы, образованные только из резисторов и емкостей (RC-цепи). В последнее время в связи с требованиями к микроминитюаризации электронной аппаратуры широко внедряются в практику RC-цепи, образованные не только дискретными R- и C-элементами, но и распределенными. Замена дискретных элементов распределенными приводит в ряде случаев не только к уменьшению габаритных размеров, но и к улучшению электрических характеристик фильтров. К достоинствам следует также отнести простоту конструкции фильтров и надежность.

К недостаткам пассивных фильтров следует отнести их большие масса габариты, особенно это относится к LC-фильтрам. Низкочастотные фильтры обычно никогда не делают на таких базисных элементах, так как здесь потребовались бы слишком громоздкие и дорогостоящие катушки индуктивности.

---

---

3. Описание и классификация активных фильтров. Фильтр нижних частот.

Описание и классификация активных фильтров.

Активный фильтр – аналоговый электронный фильтр, в котором присутствует один или несколько активных компонентов.

При использовании в качестве элемента схемы фильтра операционного усилителя (ОУ) можно синтезировать характеристику любого LC-фильтра без применения катушек индуктивности. В отличие от пассивных RC-фильтров, активные обеспечивают более качественное разделение полос пропускания и затухания. В схемы активных фильтров помимо пассивных компонентов (резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности) входят такие активные изделия, как транзисторы или интегральные микросхемы.

Активные резисторно-конденсаторные фильтры имеют огромное преимущество перед их пассивными аналогами, особенно на частотах ниже 10 кГц. Пассивные фильтры для низких частот должны содержать катушки большой индуктивности и конденсаторы большой емкости. Поэтому они получаются громоздкими, дорогостоящими, а их характеристики оказываются далеко не идеальными.



Схемы дифференциатора (см. рис. а) и интегратора (см. рис. б), построенные с применением операционных усилителей, представляют собой простейшие активные фильтры. При выборе элементов схемы в определенной зависимости от частоты дифференциатор становится фильтром верхних частот, а интегратор - фильтром нижних частот.



Активные фильтры можно разделить на группы по различным признакам: назначению, полосе пропускаемых частот, типу усилительных элементов, виду обратных связей и др. По полосе пропускаемых частот фильтры делятся на четыре основные группы: нижних частот, верхних частот, полосовые и заграждающие.

По назначению фильтры делятся на сглаживающие фильтры источников питания, заграждающие фильтры помех, фильтры для селективных усилителей низкой или высокой частоты и др.

По типу усилительных элементов можно выделить транзисторные фильтры

---

, фильтры на усилителях с ограниченным усилением, на операционных усилителях, на повторителях напряжения и др. Все рассмотренные фильтры могут иметь одну цепь обратной связи или несколько. В связи с этим различают фильтры с одноконтурной и с многоконтурной обратной связью. Кроме этого, различают фильтры по числу полюсов на частотной характеристике – фильтры первого порядка, второго и более высоких порядков. Фильтры высоких порядков имеют более крутые границы полос пропускания и затухания и более плоскую характеристику в области полосы пропускания, что естественно улучшает качество фильтра.

Широкие возможности активных RC-фильтров связаны с использованием в них активных элементов. Цепи, содержащие только сопротивления и емкости, имеют полюсы передаточной функции на отрицательной действительной полуоси комплексной плоскости p=σ+iω, что ограничивает возможности создания фильтров. В отличие от пассивных, активные RC-фильтры (ARС-фильтры) могут иметь полюсы в любой части комплексной плоскости. Однако схемы с полюсами в правой полуплоскости неустойчивы, поэтому в активных фильтрах используются только те схемы, полюсы передаточной функции которых располагаются в левой полуплоскости или на оси jω.

При проектировании активных фильтров фильтр заданного порядка разбивается на звенья первого и второго порядка. Результирующая АЧХ получится перемножением характеристик всех звеньев. Применение активных элементов (транзисторов, операционных усилителей) позволяет исключить влияние звеньев друг на друга и проектировать их независимо. Это обстоятельство значительно упрощает и удешевляет проектирование и настройку активных фильтров.

Фильтр нижних частот.

Фильтр нижних частот первого порядка на ОУ и его АЧХ. Если объединить схему инвертирующего усилителя со схемой интегратора, образуется схема фильтра нижних частот первого порядка, которая показана ниже. Амплитудно-частотная характеристика – зависимость амплитуды сигнала на выходе устройства от частоты при постоянной амплитуде на входе этого устройства – представлена ниже.



Такой фильтр представляет собой инвертирующий усилитель, обладающий постоянным коэффициентом усиления в полосе прозрачности от постоянного тока до граничной частоты

---