Лекція 18. Загороджуючий фільтр. Резонаторні фільтри Загороджуючий фільтр

Для більш істотного збільшення крутості затухання багатоланкових RC ФВЧ, при розрахунку значень елементів фільтрів уводять коефіцієнт m.

Для одержання схем пасивних смугових RC-фільтрів включають послідовно ланки ФНЧ і ФВЧ. Часто елементи ФНЧ і ФВЧ поєднують. Для отримання більшої крутості характеристики затухання використовують при визначенні величин R і C коефіцієнт m за аналогією з відповідними ФНЧ і ФВЧ.

Включаючи послідовно кілька ланок ФНЧ і ФВЧ, можна збільшити крутість характеристики затухання. Однак при цьому росте і затухання в смузі пропускання.

Загороджувальні (режекторні) пасивні RC - фільтри призначені для придушення струмів визначених частот. Велика вибірковість таких фільтрів обумовила широке їхнє застосування в апаратурі передачі інформації в якості режекторних фільтрів, а також у ланцюгах зворотного зв'язку активних смугових фільтрів.

Відомі кілька схем побудови що загороджують (ЗФ) RC-фільтрів, з яких найбільше поширення одержала схема ЗФ, виконаного з двох Г-образних RC-ланок ФНЧ і ФВЧ, з'єднаних паралельно. Таке включення RC-ланок дозволяє одержати досить велику крутість характеристики затухання, причому при відповідному підборі елементів фільтра на визначеній частоті f_∞, що називається частотою полюса затухання, струми і₁ і i₂, що протікають у паралельно з'єднаних Т - подібних ланках, стають рівні по величині і протилежні по напрямку, і взаємно знищуються. Таким чином, на даній частоті f_∞ струм на виході ЗФ буде дорівнювати нулеві і, отже, його затухання на даній частоті буде нескінченно великим. Значення частоти f_∞ можна регулювати відповідним підбором елементів схеми. Для спрощення підстроювання ЗФ опір R₃ вибирають змінним.

Схеми пасивних RC-фільтрів: а - смугового; б - загороджуючого

_{Частоту полюса затухання для даної схеми ЗФ знаходять з виразу:}

На практиці використовують симетричні схеми Т - подібних ланок, тобто R = R1 = R2, С = С1 = С2 при С3 = 2С1. Враховуючи це, даний вираз зводиться до вигляду

Резонаторні фільтри

До основних недоліків LC- і RC-фільтрів можна віднести порівняно низьку добротність, недостатню стабільність характеристик у залежності від температури і частоти.

Для підвищення крутості характеристики затухання фільтрів, як елементи схем використовують резонатори, що мають високу добротність. У фільтрах знайшли застосування резонатори трьох видів: п'єзоелектричні, магнітострикційні й електромеханічні.

• електромеханічні – в якості резонатора, замість LC, застосовуються резонатори:

• кулькові;

• язичкові;

• камертонні.

• магнітострикційні - сердечник, що має властивість магнітострикції (зміна розмірів стержня при зміні магнітного поля).

• п'єзоелектричні - при стисненні кристала на його обкладках змінюється магнітне поле.

- умовна позначка.

П'єзоелектричні фільтри одержали свою назву від п'єзоелектричних резонаторів, що використовуються у фільтрах. Добротність таких фільтрів складає кілька десятків тисяч і більше. Ці резонатори мають малі розміри, стабільні характеристики.

У якості п'єзокристалів у фільтрах застосовуються природні і штучні кристали, що обладають п'єзоелектричним ефектом. З природних кристалів, в основному, використовують: кварц і турмалін; зі штучних: кристали виннокислого калію, виннокислого этилендіаміну, сегнетової солі, фосфорнокислого амонію, п'єзокераміки.

Розрізняють п'єзоелектричні фільтри нижніх і верхніх частот, смугові і фільтри, що загороджують. Однак, на практиці широко застосовуються тільки смугові і фільтри, що загороджують. Застосовуються в місткових схемах. Чим менше габарити кристала, тим більша частота.

У магнітострикційних фільтрах у якості основних елементів використовуються магнітострикційні резонатори. Добротність таких резонаторів досить висока (до 10000), що дозволяє одержати фільтри з гарною вибірковістю в діапазоні частот від 5 кгц до 1 Мгц.

Конструктивно магнітострикційний резонатор складається з феромагнітного стрижня й обмотки збудження, поміщеної в постійне магнітне поле, створюване постійним магнітом. Умовна позначка магнітострикційного резонатора показана нижче.

Магнітострикційні фільтри: а - магнітострикційний резонатор; б - умовна позначка магнітострикційного резонатора; у - двообмоточний магнітострикційний резонатор; м - схема чотирьохрезонаторного фільтра.

Як матеріал для виготовлення стрижнів магнітострикційних резонаторів використовують ферити, нікель і сплави нікелю з залізом.

Будуються магнітострикційні фільтри за містковими схемами. На практиці найбільше поширення одержали смугові магнітострикційні фільтри. У таких фільтрах ширина смуги пропускання залежить від різниці резонансних частот послідовного і рівнобіжного плечей. Щоб розширити смугу пропускання фільтра, послідовно або паралельно з резонатором включають ємність, для звуження смуги - індуктивність. Для полегшення настроювання фільтрів, де повинна забезпечуватися ідентичність параметрів послідовних і рівнобіжних плечей, використовуються двообмоточні магнітострикційні резонатори.

Магнітострикційні фільтри відрізняються більш високою механічною міцністю і меншою вартістю в порівнянні з п'єзоелектричними фільтрами. Однак добротність і стабільність характеристик п'єзоелектричних фільтрів значно вищі, ніж магнітострикційних.

В електромеханічних фільтрах у якості основних елементів використовують механічні резонатори. Такі резонатори мають високу міцність, малі розміри і високу добротність, що наближається до добротності п'єзоелектричних резонаторів.

В електромеханічних фільтрах відбувається перетворення електричних коливань у механічні, котрі після проходження через ряд механічних резонаторів перетворяться в електричні коливання.

Перетворення електричних коливань у механічні роблять за допомогою різних перетворювачів: електромагнітних, п'єзоелектричних, магнітострикційних.

Електромеханічні фільтри, у залежності від типу резонатора, що в них використовується, поділяються на стрижневі, пластинчасті, дискові, кулькові, камертонні і язичкові. Камертонні і язичкові фільтри використовуються в діапазоні 30-20000 Гц, а в діапазоні 60 кгц-1 МГЦ - стрижневі, пластинчасті, дискові і кулькові.

До недоліків електромеханічних фільтрів варто віднести неможливість плавної зміни смуги пропускання фільтра і відсутність полюсів у характеристиці затухання. Останній недолік усувається послідовним включенням декількох ланок електромеханічних фільтрів.

Характеристика затухання: Добротність - Показує крутизну характеристики. - діапазон перехідної області. Зі збільшенням Q збільшується смуга (збільшується крутизна) пропускання. Усі резонансні пристрої мають велику Q. Наприклад, LC - 100 Для електромеханічних - 10 000 і більше. П`єзоелектричні - ще більша Q. Q - [відносні одиниці] fo - частота зрізу, та, на яку налаштовано фільтр. В схему ще додають індуктивність, але дуже маленьких розмірів. Ця схема повинна бути дуже добре налаштована.