3.5.1. Типы фильтров

Фильтры различают по следующим признакам:

1. По необходимости приложения к ним вспомогательной энергии: пассивные и активные;

2. По роду обработки сигнала: аналоговые и цифровые;

3. По функциональному назначению: фильтры верхних и нижних частот, полосовой, полосовой заграждающий, фазовый фильтры;

4. По передаточной функции: фильтры Гаусса, Бесселя, Беттерворта, Чебышева, Кауэра;

5. По режиму работы: фильтр фиксированной частоты, настраиваемый, следящий, многочастотный фильтры.

Требования к фильтрам различны в зависимости от области их применения. Каждый фильтр может иметь оптимальное назначение только в расчете на одно свойство.

Существуют четыре основные функции фильтров:

- пропускание верхних частот,

- пропускание нижних частот,

- пропускание определенной полосы частот,

- запирание определенной полосы частот.

Эти функции относятся к амплитудной характеристике фильтра (рис.16).

Рис.16. Функции фильтра, где а - фильтр нижних частот; б- фильтр верхних частот; в - полосовой пропускающий фильтр; г - полосовой заграждающий фильтр.

Более близки к реальным асимптотические амплитудные характеристики, имеющие прямолинейный участок в области пропускания "острые углы" при предельных частотах fg и постоянный логарифмический участок падения амплитуды в области запирания. В действительности коэффициент передачи в области пропускания варьируется, переходная область скруглена, падение амплитуды непостоянно и подавление отдельных частотных составляющих начинается далеко от предельной частоты и осуществляется не полностью.

Сдвиги фаз нежелательны в том случае, когда фильтр находится в замкнутом контуре; это может нарушить стабильность контура.

Реакция на единичное воздействие характеризует динамическую погрешность.

3.5.2. ВИДЫ ФИЛЬТРОВ ПО ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ.

Фильтры Гаусса. Преимущества: отсутствие затруднений при реализации; отсутствие колебаний с чрезмерной амплитудой в переходной характеристике, отсутствие проблем стабилизации.

Недостатки: большое время нарастания переходной характеристики при реакции на единичное воздействие.

Фильтры Бесселя подходят особенно для обработки сигналов во времени. Преимущества: в области пропускания означает малое искажение сигналов, имеющих составляющие различной частоты.

Недостатки: раннее падение амплитуды в области пропускания, пологий переход к области запирания.

Фильтры Беттерворта часто применяют при необходимости обработки сигналов по частотам. Преимущества: короткое время нарастания по переходной характеристике, позднее начало падения амплитуды в области пропускания и более быстрый переход от области пропускания к области запирания.

Недостатки: непропорциональная частоте фазовая характеристика уже в начале области пропускания, что влечет за собой искажение сигнала по времени; комплексные полюса передаточной функции фильтра.

Фильтры Чебышева. Преимущества: крутой переход от области пропускания к области запирания, но сопровождающийся ухудшением всех других свойств.

Недостатки: сильная волнистость амплитудной характеристики в области пропускания.

Фильтры Кауэра в области запирания высоких частот имеют такую же волнистость амплитудной характеристики, как и в области пропускания. Преимущества: быстрый переход от области пропускания к области запирания.

Недостатки: волнистость амплитудной характеристики и в области пропускания, и в области запирания.

Пассивные фильтры, простые и дешевые, составляются в большом количестве из пассивных элементов для узко специфических целей.

Активные фильтры в этом отношении могут быть применены более гибко, они состоят из операционных усилителей с пассивными резистивно-емкостными цепями RC (без индуктивностей).

Недостаток: большое число требуемых операционных усилителей.

Преимущества: достигаемая гибкость, выбор пассивных элементов схемы не представляет трудностей.