3.4. Режекторный фильтр

Режекторный фильтр (РФ) – схема, не пропускающая сигналы со входа на выход в определенной полосе частот, но имеющая близкий к единице коэффициент передачи при более низких и более высоких частотах.

Режекторный фильтр получают параллельным соединением ФВЧ и ФНЧ. Дополнительным условием при этом является соблюдение неравенства f_{гр ФНЧ} < f_{гр ФВЧ} . Если оно не будет выполнено, то через схему пройдут все сигналы (часть пропустит ФНЧ, другую часть – ФВЧ, а средние по частоте сигналы – оба фильтра).

Для режекторных фильтров используют те же параметры, что и для полосовых: две граничных частоты – нижнюю f_н.гр и верхнюю f_в.гр, при которых К_U  0,7 mах[К_U(f)]; однако диапазон частот Δf = f_в.гр − f_н.гр называют полосой задержания. Отношение Q = (f_в.гр + f_н.гр)/(2Δf) называют добротностью.

Примером ПФ является двойной Т-мост (рис. 3.9). Т-мостом схема называется потому, что по размещению элементов она напоминает букву «Т».

Рис. 3.9

Двойным мостом схему называют потому, что вход и выход в ней соединены сразу двумя мостовыми структурами, одна из которых – ФНЧ (с резисторами в «перекладине» и конденсатором в «ножке»), другая – ФВЧ. Минимум коэффициента передачи имеет место при частоте f₀ = 1/(2RC). Само значение К_U при f = f₀ зависит от соотношения значений R и C в «перекладине» и «ножке»; наилучшая режекция достигается при соотношении n = 5 (при этом К_U = 1/11).

3.5. Кварцевый фильтр

Примером неэлектрического фильтра является кварцевый фильтр (кварцевый резонатор, кварц), основой которого служит пластина, вырезанная из монокристалла двуокиси кремния SiO₂. Эту пластину располагают между двумя металлическими обкладками, образующими кварцедержатель. В целом конструкция напоминает плоский конденсатор, однако благодаря свойствам кварцевой пластины характеристики кварцевого фильтра существенно отличаются от свойств емкости.

Эквивалентная электрическая схема кварцевого фильтра приведена на рис. 3.10. Собственно пластина может быть заменена последовательным сое-

Рис. 3.10

Рис. 3.11

динением параметров R, C и L. Кварцедержатель включен параллельно и обладает емкостью C₀ < C. В электрической схеме имеют место два резонанса: параллельный на частоте f_пар = 1/(2) и последовательный при f_посл = 1/(2). Так как C₀ < C, то f_пар > f_посл. На низких частотах кварцевый фильтр имеет большое сопротивление (так как в обеих параллельных ветвях схемы имеются емкости, сопротивление которых равно X_C = 1/(2πfC)), сигналы через него не проходят. С увеличением частоты сопротивление снижается и достигает минимума при f_посл. Затем, по мере приближения к параллельному резонансу, сопротивление кварцевого фильтра вновь возрастает и достигает максимума при f_пар. При частотах выше f_пар сопротивление вновь снижается, так емкость кварцедержателя постепенно превращается в короткое замыкание (емкость кварцевой пластины тоже уменьшается, но зато растет X_L). Зависимость модуля сопротивления кварцевого фильтра Z изображена на рис. 3.11 (верхний график), там же приведена зависимость мнимой части Z от f (нижний график). На нижнем графике можно выделить области, в пределах которых кварцевый фильтр представляет собой эквивалентную емкость (Im Z < 0), а в узкой полосе частот между f_посл и f_пар Im Z > 0 и, следовательно, кварцевый фильтр имеет индуктивное сопротивление. Возможность заменить кварцем индуктивность представляет большой интерес в связи с постепенным устранением катушек индуктивности из электронных схем.