Характеристики идеального фильтра нижних частот (фнч). Отличие реальных характеристик от идеальных.
Фильтр ни́жних часто́т (ФНЧ) — один из видов аналоговых или электронных фильтров, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже частоты среза, и подавляющий частоты сигнала выше этой частоты. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра.
В отличие от фильтра нижних частот (НЧ), фильтр верхних частот пропускает частоты сигнала выше частоты среза, подавляя низкие частоты.
Реализация фильтров нижних частот может быть разнообразной, включая электронные схемы, программные алгоритмы, акустические барьеры, механические системы и т. д.
Идеальный фильтр нижних частот полностью подавляет все частоты входного сигнала выше частоты среза и пропускает без изменений все частоты ниже частоты среза. Переходной зоны между частотами полосы подавления и полосы пропускания не существует. Идеальный фильтр нижних частот может быть реализован лишь теоретически с помощью умножения входного сигнала на прямоугольную функцию в частотной области, или, что даёт тот же эффект, свёртки сигнала во временной области с функцией.
Такой фильтр практически нереализуем для большинства сигналов, так как функция имеет ненулевые значения для всех моментов времени вплоть до бесконечности. Его можно использовать только для уже записанных цифровых сигналов либо для идеально периодических сигналов.
Реальные фильтры для приложений реального времени могут лишь приближаться к идеальному фильтру.
Электронный фильтр нижних частот, построенный в виде RC-цепочки
Осциллограмма простейшего RC фильтра нижних частот
Пассивные rc-фильтры. Схемы простейших rc-фильтров. Порядок фильтра.
В конструкциях пассивных аналоговых фильтров используют сосредоточенные или распределённые реактивные элементы, такие как катушки индуктивности и конденсаторы. Сопротивление реактивных элементов зависит от частоты сигнала, поэтому, комбинируя их, можно добиться усиления или ослабления гармоник с нужными частотами.
В качестве фильтра нижних частот (ФНЧ) используется одно или несколько включённых последовательно RC-звеньев, ёмкость включается в поперечное звено
Схема пассивного RC-фильтра нижних частот (а) и его АЧХ
С увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента передачи.
В RC-фильтре верхних частот (ФВЧ) конденсатор включён в продольное плечо. Поэтому на низких частотах его сопротивление значительно больше сопротивление резистора параллельного плеча и коэффициент передачи мал. С увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается, что приводит к увеличению коэффициента передачи.
Схема пассивного RC-фильтра верхних частот (а) и его АЧХ
В качестве полосового RC-фильтра на низких частотах применяется Г-образный RC-фильтр.
Схема пассивного полосового RC-фильтра (а) и его АЧХ
Роль
заграждающих фильтров (ЗФ)
на низких частотах выполняют Т-образные
и двойной Т-образный фильтры. У этих
фильтров на квазирезонансной частоте
fр коэффициент передачи имеет минимальное
значение и увеличивается при отклонении
частоты входного напряжения от fр.
Схемы заграждающих Т-образных RC-фильтров.