Принципы построения активных фильтров верхних частот и полосовых фильтров

Для полноты представлений об АФ рассмотрим кратко принципы построения АФ верхних частот (ФВЧ). Прежде всего, обратим внимание на то, что из АЧХ ФНЧ можно получить АЧХ ФВЧ с той же частотой среза, если произвести преобразование вида: или . Преобразование является отражением АЧХ с логарифмическим представлением шкалы частот относительно частоты среза. Отсюда следует, что передаточная функция ФВЧ получается из передаточной функции ФНЧ заменой . При этом выражение (5) перейдет в следующее

.

Коэффициенты по-прежнему будут определять тип фильтра согласно выбранному критерию.

Реализация отдельных звеньев ФВЧ сводится к перемене местами частотозадающих резисторов и емкостей в схемах звеньев ФНЧ. Например, звено первого порядка может быть построено по схеме рис.2 с заменами , а звено второго порядка – по схеме рис. 5 также с заменами (в случае и ).

Полосовой фильтр может быть построен последовательным включением ФНЧ и ФВЧ. Причем, частота среза ФНЧ должна быть больше частоты среза ФВЧ. Полосно-подавляющий фильтры могут быть построены при параллельном включении входов и выходов ФНЧ и ФВЧ. Для узкополосной фильтрации в схемах полосовых фильтров используются специальные звенья резонансного типа.

Моделирование фильтров с помощью программы Electronics Workbench

Выполним моделирование схемы, изображенной на рис. 6. Ведем в схему приборы, необходимые для проведения анализа. Полученные результаты представлены на рис. 7, 8.

Рис. 7. Модель в Electronics Workbench (версия 5.12 Pro) фильтра Чебышева 5-го порядка с подключением прибора для снятия АЧХ.

Рис. 8. Графики АЧХ и ФЧХ, полученные при моделировании.

Таблица 2. Значения амплитуды на графике АЧХ в выделенных точках.

Номер точки	1	2 min	3 max	4 min	5 max	6
Амплитуда, дБ	39.99	38.98	40.00	38.98	39.98	38.87

Как следует из таблицы, в построенной модели неравномерность АЧХ и ее отклонения от заданного коэффициента усиления фильтра ( дБ) не превосходят 1.13 дБ. Напомним, что при расчете фильтра неравномерность задавались в пределах 1 дБ, так что результаты моделирования и расчета являются вполне согласованными.

Введем в схему приборы для снятия отклика фильтра на входной сигнал в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов (рис. 9). Снимем временные диаграммы сигналов на входе и выходе (рис. 10). Масштаб графика выберем так, чтобы были видны детали переходного колебательного процесса (рис. 11).

Рис. 9. Модель в Electronics Workbench (версия 5.12 Pro) фильтра Чебышева 5-го порядка с подключением приборов для снятия отклика на импульсный сигнал.

Рис. 10. Осциллограмма сигналов на входе и выходе фильтра.

Рис. 11. Фрагмент временных диаграмм входного и выходного сигналов.