Фільтри типу "m" високих частот

1) Послідовно-похідні фільтри 2) Паралельно-похідні фільтри

Смугові фільтри

До недоліків фільтрів типу m варто віднести спад характеристики затухання в смузі непропускання після частоти нескінченного затухання, нелінійність характеристики зрушення фази, більш складна схемна реалізація у порівнянні з фільтрами типу k.

Основними перевагами фільтрів типу m є: велика крутість характеристики затухання в смузі непропускання поблизу частоти зрізу і порівняно мала залежність характеристичного опору від частоти в смузі пропускання.

Лекція 17. Паралельно-похідні фільтри Паралельно-похідні фільтри типу "m"

Фнч на базі похідних "m"і "k"

Для поліпшення крутості фронту послідовно включають ФНЧ фільтри на кінцях типу “m”, посередині типу “k” (але збільшується затухання в смузі пропускання). ФВЧ

Місткові: Кожні два протилежних плеча являють собою однакові реактивні двополюсники.

Схеми місткового і диференційно - місткового фільтрів представлені на мал. 3. У місткових фільтрах (мал. 3, а) протилежні плечі являють собою двополюсники з однаковими реактивними опорами. Ряд характеристик місткових фільтрів значно краще, ніж у ланцюгових.

Диференційно - місткова схема фільтрів (мал. 3, б) дозволяє трохи спростити схему і зменшити число реактивних елементів у два рази. Використання в схемі фільтрів диференційних трансформаторів дозволяє більш якісно узгодити фільтр із навантаженням.

Рис. 3. Схеми місткового (а) і диференційно - місткового (б) фільтрів.

Переваги: можливість настроювання на певні частоти елементами схеми і незалежно один від одного. Недоліком місткових фільтрів є їхнє настроювання - ( індуктивності і ємності повинні не залежати від зовнішніх параметрів), існує вимога великої точності при виготовленні елементів плечей, а також забезпечення стабільності їхніх параметрів. Для удосконалення характеристик затухання місткових і диференційно - місткових фільтрів ускладнюють схеми плечей фільтрів.

Rc фільтри (пасивні)

RС - фільтри підрозділяють на пасивні й активні. Активні RС - фільтри містять у схемі активний елемент -підсилювач.

RC - фільтри прості у виготовленні, мають невеликі габарити, низьку вартість, не чуттєві до зовнішніх магнітних та електричних полів. До недоліків пасивних RС - фільтрів можна віднести обмежену верхню межу діапазону робочих частот, що складає кілька сотень кілогерців, а також погану вибірковість, що обумовлена відсутністю резонансних властивостей у RС-колах. Використання активних елементів у RС - фільтрах дозволяє значно поліпшити характеристики таких фільтрів.

Нижче представлена схема елементарного пасивного RС - фільтра низьких частот.

Для аналізу RС - фільтрів уведемо поняття:

частоти квазирезонансу

і коефіцієнта навантаження

Будуються на базі Г - подібних ланок з R і C. Для RC - немає резонансу, а говорять про частоту квазирезонансу. ФНЧ Характеристичні криві: Квазирезонанс де - коефіцієнт навантаження.

Коефіцієнт навантаження а_н впливає на крутість характеристики затухання. Крутість характеристики зменшується зі зменшенням а_н. Через незначну крутість для пасивних RС - фільтрів дуже складно визначити смугу пропускання. Тому смугу ефективно переданих частот для RС - фільтрів знаходять відповідно до заданих умов нерівномірності характеристики затухання.

Схеми 1,2,3 самостійно не використовуються, а застосовуються в схемі активних фільтрів. Четверта застосовується окремо.

Збільшити крутість характеристики затухання пасивних RC-фільтрів можна послідовним включенням декількох ланок Г-образних фільтрів. На мал. приведені характеристики затухання в режимі холостого ходу одно- (крива 1), двох- (крива 2) і трьохланкового (крива 3) RС - фільтрів нижніх частот. Для більш істотного збільшення крутості затухання розраховують значення елементів ФНЧ. При цьому опір другої ланки беруть у m раз більше, а ємність у m раз менше, ніж для першої ланки, а при трьохланковому включенні - опір третьої ланки збільшують у m² разів, а ємність зменшують у відповідне число раз, де m - додатне число.

При зростанні кількості ланок, включених послідовно, зі збільшенням крутості характеристики затухання, у результаті послідовного включення активних опорів, росте і затухання в смузі пропускання. Тому на практиці частіше використовуються RС - фільтри з полюсом затухання, що дозволяють одержати значну крутість характеристики затухання без істотного ускладнення схеми фільтра. Особливість роботи таких фільтрів полягає в тому, що при частоті нескінченного затухання, що визначається значеннями елементів схеми R1 і R2, вихідну напругу U₂' зсувають на 180° до вхідної напруги U₁. У цьому випадку напруга U₂", та, що подається на вихід з конденсатора C4, і вхідна напруга U₁,що співпаде з нею по фазі, будуть зсунуті на 180° до напруги U₂'. Якщо напруги U2' і U₂" рівні по величині, що можна досягти відповідним підбором елементів схеми, і протилежні по фазі, то на виході ці напруги компенсуються і фільтр буде мати нескінченно велике затухання.

Аналогічно ФНЧ будуються пасивні RС - фільтри верхніх частот. На відміну від ФНЧ, у послідовне плече ФВЧ включають конденсатор, а в рівнобіжне - опір. При включенні навантаження характеристики затухання стають рівнішими в залежності від опору навантаження.

Частоту полюса затухання і значення величин елементів ФВЧ із полюсом затухання визначають з виразів:

Крива затухання ФВЧ із полюсом затухання при R2 = 2R3 приведена на мал.(крива 4).