16. Электрические фильтры. Исследование активного rc-фильтра.
1.Фильтр высоких частот — не пропускает частоты ниже частоты среза.
Используется для выделения высоких частот из сигнала и часто используется в обработке аудиосигналов
2.Фильтр низких частот — не пропускает частоты выше частоты среза.
Электронные фильтры нижних частот используются для подавления пульсаций напряжения на выходе выпрямителей переменного тока, для разделения частотных полос в акустических системах, в системах передачи данных для подавления высокочастотных помех и ограничения спектра сигнала, а также имеют большое число других применений.
3.Полосовой
фильтр
— не пропускает частоты выше и ниже
некоторой полосы.
4.Режекторный фильтр — не пропускает определённую ограниченную полосу частот.
Амплитудно-частотные характеристики идеальных и реальных фильтров приведены на рис. 1.
рис.1
С помощью активных RC – фильтров нельзя получить идеальные формы частотных характеристик в виде прямоугольников со строго постоянным коэффициентом передачи в полосе пропускания
3.Основные характеристики и параметры фильтров
Коэффициент передачи (также коэффициент преобразования) — отношение напряжения на выходе той или иной системы, предназначенной для передачи электрических сигналов, к напряжению на входе. В частном случае, когда значения выходного и входного сигнала являются однородными, коэффициент передачи называют коэффициентом усиления. KП = UВЫХ/ UВХ.
Диапазон Δω = ω2 –ω1 или полосы частот, в которых проходят сигналы, называются полосами пропускания. В полосе пропускания значение коэффициента передачи фильтра относительно велико, а в идеальном случае постоянно. Для полосового фильтра частоты ω1 и ω2 определяются при спаде коэффициента передачи на 3 дБ.
Диапазон частот Δω = ω2 –ω1 в которых сигналы подавляются, образуют полосу задержания. В полосе задержания коэффициент передачи фильтра относительно мал, а в идеальном случае равен нулю. Для заграждающего фильтра частоты ?1 и ?2 определяются при спаде коэффициента передачи на 3 дБ.
Частота среза ωср (fср ) – частота на которой наблюдается спад коэффициента передачи на 3 дБ по сравнению с коэффициентом передачи на нулевой (для ФНЧ) или бесконечной (для ФВЧ) частоте.
Резонансная частота fР – частота, на которой коэффициент передачи фильтра имеет максимальное значение (для полосового фильтра) или минимальное значение (для заграждающего фильтра).
Добротность
Q-
добротность полосового фильтра
определяется как отношение резонансной
частоты к полосе пропускания
.
17 Расчет lc- и arc- фильтров.
Фильтр-это частотно-избирательное устройство, которое пропускает сигналы определенных частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот. Активные RC-фильтры - это такие фильтры, которые содержат пассивные (резисторы и конденсаторы) и активные элементы. В ряде случаев разработчику приходится отказываться от пассивных LC - фильтров из-за их высокой сложности, больших размеров катушек индуктивности, значительных потерь в них и других причин. Тенденция к микроминиатюризации аппаратуры связи привела к широкому использованию активных RC - фильтров (иначе их называют ARC - фильтры), в которых используются известные преимущества технологии гибридных и интегральных схем.
На
рисунке 1 показан пример простейшего
LC-фильтра нижних частот: при подаче
сигнала определённой частоты на вход
фильтра (слева), напряжение на выходе
фильтра (справа) определяется отношением
реактивных сопротивлений катушки
индуктивности
,
и конденсатора
.
Коэффициент передачи ФНЧ можно вычислить,
рассматривая делитель напряжения,
образованный частотно-зависимыми
сопротивлениями. Комплексное сопротивление
катушки индуктивности есть
и конденсатора
.
где
,
поэтому,
для LC-фильтра
. Подставляя значения сопротивлений,
получим для частотно-зависимого
коэффициента передачи:
В схеме ФВЧ меняются местами катушка индуктивности и конденсатор. Для ФВЧ получается следующий коэффициент передачи:
Рис.1 Простейший LC-фильтр Рис.2. Активный RC-фильтр
На
рис. 2 приведена схема ARC
фильтра на операционном усилителе.
Напряжение на выходе ОУ выражается
формулой:
.
