Контрольные вопросы по лабораторной работе №3
1. Что такое ФВЧ и ФНЧ. Чем отличаются?
Фильтры нижних частот Фильтр нижних частот (ФНЧ) — электронный или любой другой фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр
сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза), и уменьшающий (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.
Фильтр верхних частот Фильтр верхних частот (ФВЧ) — электронный
или любой другой фильтр, пропускающий высокие частоты входного сигнала, при этом подавляя частоты сигнала ниже частоты среза. Степень подавления зависит от конкретного типа фильтра. Термины «высокие частоты» и «низкие частоты» в применении к фильтрам относительны и зависят от выбранной структуры и параметров фильтра. Простейший электронный фильтр верхних частот состоит из последовательно соединённых конденсатора и резистора. Конденсатор пропускает лишь переменный ток, а выходное напряжение снимается с резистора.
2. Что такое АЧХ?
Прежде чем разговаривать о фильтрах коснемся очень важной их характеристики –
амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).
АЧХ
АЧХ фильтра показывает, как изменяется уровень амплитуды сигнала
проходящего через этот фильтр в зависимости от частоты сигнала.
Т.е., на одной частоте входящего на фильтр сигнала уровень амплитуды такой-же как и на
выходе, а для другой частоты, фильтр, оказывая сопротивление сигналу, ослабляет
амплитуду входящего сигнала.
Тут же появляется еще одно определение: частота среза.
Частота среза – это частота, на которой происходит спад амплитуды выходного
сигнала до значения равного 0,7 от входного. Например, если при частоте входного
сигнала 1 кГц амплитудой 1 вольт на выходе фильтра амплитуда входного сигнала
уменьшается до 0,7 вольта, то частота 1 кГц является частотой среза данного фильтра.
Крутизна частотной характеристики фильтра – это показатель того, на сколько
резко изменяется амплитуда входного сигнала на выходе при изменении его частоты. Чем
быстрее происходит спад АЧХ тем лучше.
3. Как рассчитывается Г – образные фильтры?
Г – образный фильтр
Г-образный фильтр – это обыкновенный делитель напряжения с нелинейной АЧХ и его можно представить в виде двух сопротивлений:
С помощью делителя напряжения мы можем понизить входное напряжения до необходимого нам уровня.
Формулы для расчета параметров делителя напряжения:
Uвх=Uвых*(R1+R2)/R2
Uвых=Uвх*R2/(R1+R2)
Rобщ=R1+R2
R1=Uвх*R2/Uвых–R2
R2=Uвых*Rобщ/Uвх
К примеру, нам дано:
Rобщ=10 кОм, Uвх=10 В, на выходе делителя надо получить Uвых=7 В
Порядок расчета:
1. Определяем R2= 7*10000/10= 7000= 7 кОм
2. Определяем R1= 10*7000/7-7000= 3000= 3 кОм, или R1=Rобщ-R2=10-7= 3 кОм
3. Проверяем Uвых=10*7000/(3000+7000)= 7 В.
Так как сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу делителя, влияет на выходное напряжение, то значение R2 должно быть в 100 раз меньше входного сопротивления нагрузки. Если не нужна высокая точность, то это значение можно снизить до 10 раз. Это правило также справедливо и при расчетах фильтров. Чтобы из делителя напряжения на двух резисторах получить фильтр применяют конденсатор. Как вы уже знаете, конденсатор обладает реактивным сопротивлением. При этом его реактивное сопротивление на высоких частотах минимально, а на низких частотах – максимально.
При замене сопротивления R1 на конденсатор (при этом на высоких частотах ток через него проходит беспрепятственно, а на низких ток через него не проходит) мы получим фильтр верхних частот. А при замене конденсатором сопротивления R2 (при этом, обладая малым реактивным сопротивлением на высоких частотах, конденсатор шунтирует токи высокой частоты на землю, а на низких частотах его сопротивление велико и ток через него не проходит) – фильтр нижних частот.
Порядок расчета Г-образного фильтра верхней частоты
В приведенных примерах расчет параметров фильтра начинается с того, что нам известно общее сопротивление делителя напряжения, но наверное правильнее, при практическом расчете фильтров, определять сначала сопротивление резистора R2 делителя, значение которого должно быть в 100 раз меньше сопротивления нагрузки которой фильтр будет подключен. А также следует не забывать что делитель напряжения тоже потребляет ток, так, что в конце необходимо будет определить и рассеиваемую мощность на резисторах для их правильного выбора.