Добавил:

Adamant Студент, если у тебя есть завалявшиеся работы, то не стесняйся, загрузи их на СтудентФайлс! Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Петербургский государственный университет путей сообщения им. императора Александра I

Предмет:

Теория линейных электрических цепей

Файл:

Учебник Каллер

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

26.05.2021

Размер:

10.13 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 2930 / 3430 31 32 33 34 > Следующая >>>

									n
Z.(6)			о) 0,1ла,Нп						4)ла,Н
Z.(6)			о) 0,1ла,Нп
К/Н			0.1
l.Н(О_) t----I--\.
		К,		1,0	0,6					8,8
		К,		1,0	0,6			Рис. 7.18		8,8
	Рис. 7. 17							Рис. 7.18	оsг	k,
О	'--__L-J..J..- '--__-..:::00....						о	/(, 1		k,
О	К		тrг О			К,	о	/(, 1

При Q = k1

Отсюда

Zx (O)/RH =

1 / У

-k .

( 7 . 55)

Таким образом,

при оптимальном выборе Zx(O)

для фильтра типа4 'o--

наибольшее рабочее затухание в

полосе пропускания в соответствии с

[

выражением

(7.42)

Ла =

]п 1 - ( x (

)

In -1

+ V -

Zx (О)

4у

:--: ::-

(7 . 511)

I - k

Соответствующая выражению (7.56)

зависимость l'1.a от k} приведена

на

рис. 7. 17, б. Она

позволяет по заданному значению

l'1.ашах найти

необходимое значение k1.

Как видно из этой зависимости,

фильтры ти

па

дают хорошее сагласование с нагрузкой и малое значение

толь

ко

kпри весьма малом использовании полосы пропускания: kl'1.a1

0,8.

О фильтрах типа

и других, зависимость сопротивления от часто

ты которых

подобна kзависимости ,

приведенной на рис.

7. 17, а.

гово

рят, что они являются фильтрами первого класса по характеристичес

кому сопротивлению.

Вторым более эффективным способом улучшения согласования

фильтра с нагрузкой является построение фильтра с сопротивлением,

как у фильтра типа т (рис. 7. 18, а) (фильтры второго класса по харакk,

теристическому сопротивлению). Такой фильтр, как и фильтр типа можно рассчитывать на сопротивление Zx (О), равное Rн . или на оп

тимальное сопротивление, при котором можно получить равномерное

отклонение Zx (Q) от Rи в полосе частот 0 < Q < k1.

Решение задачи определения оптимального значения Zx (О) в этом

случае дает

(7 .29157)

Как видно из выражения (7.57), фильтр второго класса по сопро тивлению Zx (0)/Rн также можно представить в виде функции от k1·

Это позволяет связать да с kJ•				Соответствующая зависимость для оп'
тимального Zx (О) иллюстрируется рис. 7. 1 8,					6.
Характеристика фильтров по затуханию.					Всякий фильтр, в том
числе и фильтр типа			на некоторых частотах может дать неограни
ченно большое	затухание. Необходимо, однако, чтобы некоторое					ми
		k,
нимальное заданное затухание				amln поддерживалось постоянным на

всехи частотах полосы задерживания. Вследствие несогласованности

Zx R" в полосе задерживания в соответствии с формулой (7.43) араб

меньше собственного затухания а на 0,69 Нп. Это обстоятельство долж

но быть учтено при расчете фильтра. Требования к затуханию фильтра

(как и при обеспечении				характеристик фильтра по сопротивлению)
выполняют			ограничением	полосы		его	пропускания и				усложнением
схемы.			7. 19, а на примере фильтра типа							показано,	что затухание
На рис.
ашlп							относительных угловых часто
	обеспечивается фильтром на всех								k
та х,	превышающих величину k2, называемую к о э Ф ф и ц и е н т о м
и с п о л ь з О В а н и я п о л о с ы						з а	Д	е р ж и в а н и я. Более вы
сокое		затухание вносится		тем же						только при меньшем ис
					фильтром

пользовании полосы задерживания.

Применение ксмбинированных фильтров ПОЗВО.lJяет полнее ис

пользовать n OJIOcy задерживания или при том же использовании полу
живания , но УМЕньшается Qmln	наоборот (см. рис. 7. 13).
чить БОЛl:шее затухание (рис. 7. 19,	б). Приближением всплесков за

тухания к частоте среза УЕеличивается использование полосы задер

На практике приходится	составлять фильтры, содержащие до двух,
		И	m. Пра
трех и более звеньев с разными		значениями коэффициента

вильный выбор этих значений является одной из основных задач кон

струирования фильтра. Имеются аналитические методы расчета фильт

ров, основанные на использовании теории наилучших приближений и

применяющиеся прu проектировании фильтров многоканальной связи,

в которой требования к фильтрам наиболее высоки. Однако наряду с

методами аналитического синтеза фильтры рассчитывают и методом

подбора.

Пример расчета фильтра методом подбора. Пусть требуется рассчитатьRH

фильтр дл я работы между генератором и приемни ком с сопротивлен иями по

600 Ом , который пропускал бы все токи частот ми ниже 2400 Гц с затухан ием не
а) /1 а				tJ)	а
а) /1 а				tJ)	а
ami.n
ami.n
,	I--------;;r(:'-
а m in	I--------;;r(:'-
				k" 52	о	f
о	f	k '		k" 52	о	f
			Z	Z
				Рис. 7. 1 9

292

aJа,Нл 8 6 * 1

			5)
			1
J	+	5	5(,Kfq

....
о	т
о

Рис.

...	1
	1

7.20

••r""

1 Т С,

	I	....
	1	....
	1
	1	Lz
	I	Lz
	. , r

1 '			"
Т		5
	L		!
1
Т		С

Lз " .

....

1 1

1	1
1	С
Т

" "

l. о

более 0, 1 5 Нп и оказывал бы токам с частотами свыше				3200 Гц затухание не
менее 5,4 Н п .		Фильтр будем рассчитывать по формулам,		определяющим его ха
рактеристические параметры , учитывая вли яние несогласова нности фильтра
с нагрузками .		Последнее ведет к увеличению затухания		фильтра в полосе про
пускания , особо возрастающего вблизи частоты среза , и				к уменьшению затуха
ния	в полосе задерживания		до 0,69 Нп. Поэтому расчет следует вести по кри
вой	затухания	1 (рис. 7.20,	а) на аmlп = 5,4 + 0,69 = 6 , 1 Н п .
	Н е учитывая затухания , возни кающего вследствие потерь в элементах фильт
ра,	При /'и =	0 , 1 5 Нп, k1 = 0,94
	определим	коэффициент	использования полосы пропускания k1 по кр ивой
(см.	рис. 7. 1 7,	б) .

Соответствующее k1 Zх (О) =

fcp = 2400jO ,94 = 2560 Гц.
	-	-
:2......		-..::.-
-4---=-		4		::...-			формуле (7.55)	:
оптимальное сопротивление					на йдем по		формуле (7.55)	:
Rи			600		=--1050	Ом .
						Ом .

V	1	-k		V		)
	1	-k			1	- (O ,94 2

Перейдем к обеспечению характеристики фильтра на частотах	полосы	за
держивани я . Поскольку для получения затухания в глуби не задерживания		не
обходимо включение в схему фильтра звена или полузвена типа k,	рассчитаем
элементы последнего по формулам (7.22) :

с --

лf(' р R

R	Zx (О)
лfср	лfср
	1

---=---

лfср Zx (О)

	1050	'	131		Гн _
-----= 0		'	131		Гн _
3	, 1 4 · 2560
-	1					6
-----=.		0	, 1 1	7	. 1 0--		Ф .
	-- =	0	, 1 1	7	. 1 0--		Ф .
3 , 1 4 · 2560 · 1050

По формуле		а	построим хара ктеристи ку затухания звена типа k.
	ch '2 = Q
Задавая частоты,		лежащие в полосе задерживани я , и определяя х по rh х,
получим:

f . .
=
4/f
	c
а . .

. p ·

2600
1	,015
0 , 35

2800

I , ОЯ5 0 , 87

3000]

, 1 7 , 16

3200	3600		4400	6000
] ,25	]	, 40	1 ,72	2 , 35
1 ,39	1	, 74	2 ,28	3 , 02

Сравнение затухан ия одного звена типа k			с требующимся	показывает, что
в схему фильтра следует включить	два звена ;		затухание эти х	звеньев характе
ризует кривая 2 (см . рис. 7.20, а).
Дальнейшее пр иближение кривой затухания фильтра к заданной можно полу
чить, включив в схему фильтра звено типа 111. Поскол ьку на ибол ьшее приращение
затухания дол жно быть на частоте , .		3200 Гц, примем эту частоту за /00 .

293

Рассчитаем

КОэффициент m.

ПО кривой,

приведенной на рис. 7 . 1 3 ,

для

т = 0,59 найдем затухание зве-

на :

t . .

2600

2800

3000

3200

3600

4400

6000

f/fcp.

015

, 095

1 , 1 7

1 ,25

1 , 40

1 , 72

2,35

а .

, 7

2,7

2 , 7

2 , 0

1 ,6

(рис. 7.20, а,

кривая 3).

7.20, а) видно,

ИЗ кривой 4 (2 + 3) (см.

рис.

ч о наименьшее суммарное зату

хание будет на

t = 3500

гц:

а > 6,1 Н п .

Следовательно ,

заданные требования

удовлетворены .

Схема Этого фильтра приведена на рис. 7.20,

б.

Объеди няя индуктивности звеньев типов k н

- 6

7.20, в) ,

получим схему (рис.

в которой в соответствии с параметрами звена типа

L1 =L 4 =

0 , 1

3 1

Гн ; С1 = Сэ = О

, 1

1 7 · 1 O

Ф ;

- =

l -m2

=0,05

Гн;

L = Lз = -

+m) = O ,

102 Гн ;

Lь =

С2 = т m=0,О345. 1O

-6

Ф .

7.9. МОСТОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Условня пропускання и задерживания мостовых фильтров.

В уст

ройствах

автоматики,

телемеханики и связи находят применение мо

-стовые реактивные фильтры,

которые отличаются от цепочечных более

разнообразными частотными характеристиками и позволяют добиваться

существенного улучшения частотной характеристики затухания .

Усло

вия пропускания

задерживания мостоР.ых фильтров отличаются от

цепочечных.

Если цепочечный фильтр не пропускает колебания бла

годаря обрыву или шунтированию цепи, то мостовой задерживает ко

лебания при уравновешивании моста .

Собственные параметры передачи симметричной мостовой , или, что

то же, скрещенной, схемы

(рис.

7.21 , а) определяются следующим обра

зом:

Zи = VZl Z2; th		1.
так как g = а + jb, то		1.
	.	2

g	sh а + j siп Ь
g	сЬ а + cos ь
th ---=
2

= =

11 /	Z	1 .
V	Z

{Т---.!. Z"

(7 . 58)

Если Zl И Z2 представляют собой реактивные сопротивления разных знаков, то из выражения (7.58)

294

остовая	схема, составленная из
реактивных	сопротивлений	разного
знака, пропускает сигналы		без зату

хания.

Если Zl и Z2 - реактивные сопро

тивления одного знака, то из выра жения (7.58)

	sh а				- - ,
	сЬ а + cos ь				- - ,
	сЬ а + cos ь			(= 0	.\'2	.
	sin Ь			(= 0	.	.
----
	сЬ a+ cos
			Ь
В озможны два		варианта решения
полученной системы:
	1 . Ь = О;		cos b = l ;

sh	а
а	th T
cb a -:- 1	th T

Поскольку th не ше единицы, данное

но при Ix1 1 < Ix21;
2 .	Ь 0=	± л;

= У -Х l

может быть. боль решение возмож

cos Ь = -J ;

		CP		x
о)	Z1 0---- , ------			x
о)	о		--
				CIO
Z2 x----.--
8)	Х

О I"""'--

R'"\,zI:I

оt»\' cp

I x1 1	Так как cth больше единицы,				то	а -+
	> Ix21·	=		= 1 ,		а -+
	> Ix21·
	Если Zl		Z2; th = cth		то

Рис.

7.21

0 0 , что соответствует пол

ному равновесию плеч моста.

Для получения фильтрующих свойств Zl И Z2 следует выбрать та

ким образом,

чтобы на частотах полосы пропускания они были реактив

ными сопротивлениями разных знаков,

а на частотах полосы задержи

вания - реактивными сопротивлениями одного знака.

7.21.

б). Для

П ростейший мостовой фильтр нижних частот (рис.

этого фильтра

J'L

( 2

2 )

<о

00 - ООср •

На рис.

= /00.L1;/ Z2 =

' -._____ _ _

6, в и

соответственно даны распределения полюсов,

и нулей функций сопротивлений Zl

и Z2' зависимости их от частоты и

характеристики фильтра. При равенстве сопротивлений Zl и Z2								мост
уравновешен и затухание фильтра					а = 0 0 .	По	сопротивлению	этот
фильтр подобен филь ру типа			k,	затухание		же	его соответствует за
туханию звена типа	При	т		1	затухание соответствует таковому
у фильтра типа k . т .			=

295

Характеристики фильтра по сопротивлению и затуханию опре

деляются

выражениями:

Где

R =с V·-L:--1/""'c

= VZ1 Z2 = V'L1 L2 (ro p _ro2) = R V1 _02 .

"" ;

= ro rocr

•

_ ;:a==

=, 1

= уГ

[сравним

выражением (7. 18)1:

где

m= VL1/L2'

iL2_

(ro2 _roер2 )

- 1

значение th = 1,

Поскольку

затуханию

а = 00

соответствует

постольку

относительная

частота

Q"" удовлетворяет условию

или

2	=
m

а12 -

Из этого следует, что значение Qoo	определяется соотношением
между значениями L1 и L2, а входящий в	выражение для th ; коэффи

циент т имеет то же значение, что и для цепочечных фильтров типа т. Вид характеристик мостового ФНЧ указывает на эквивалентность его однозвенному фильтру типа m (рис. 7.22, а и 6). Схемы, приведен

ные на этих рисунках, по условиям передачи полностью эквивалент

ны друг другу на всех частотах, но физическая сущность изменения

условий передачи в них различна. Например , всплеск по затуханию в

мостовой схеме получается вследствие равенства сопротивлений Zl и

Z2 И уравновешинания моста, а в цепочечной схеме Т - в результате

обращеш!я Z2 в нуль И закорачивания тем самым тракта передачи . Та

ким образом, мостовые фильтры ФНЧ имеют цепочечный			эквивалент
в виде производных звеньев типа т,		которые при т = 1	преобразу
ются в звенья типа
Сравнение схем	мостового ФНЧ	и последовательно-производного
	k.

звена типа m ФНЧ показывает, что они имеют одинаковые свойства,

н() содержат различное число сопротивлений: в схему моста входят

четыре сопротивления, а в схему Т - только три . Это обстоятельство

заставляет при изготовлении фильтров отказаться от схемы моста со

сложными реактивными сопротивлениями в каждом плече и выполнять

фильтры по другим эквивалентным схемам (рис. 7.22, в и г). Любую

из схем (см. рис. 7.22) можно рассчитать как по формулам для звеньев

типа т, так и по формулам, определяющим параметры передачи моста.

Выполнение фильтра по мостовой схеме требует более точного по

сравнению с фильтром, построенным по цепочечной схеме, подбора

индуктивностей и емкостей. Вследствие этого иногда отдают предпоч

тение цепочечным схемам.

Простейший фильтр верхних частот (рис. 7.23,а). Для этого фильтра
	J C1	;		=	L.J.	(ш2		в
Zl =	1		Z2		'L		- Ш р). На рис. 7.23, 6 и		приведены схемы
Zl =	ro		Z2				- Ш р). На рис. 7.23, 6 и		приведены схемы
	ro

296

й) •

С}

О)	Z,	Х,
О)		о
	ZZ X
Х,а, Z
6)

	Рис.	7 .22
с,		а)
с,
I		О)	Z,	О
			Z,	Х
Ц)СР			Z	Х
Ц)СР			Z
	О		z	х
	00	о)	х , а
!	х	о)	х , а
!				О

г)	1
	z

Рис.

7.23

uJf	иJ?	<>о
I	1	<>о
I
1
I		х
?		х
?		х,
		х,
	- -	ш
	- -	0---1
	'1--00	0---1
	J
	ZZz
Рис. 7.24

расположения полюсов и нулей соответственно для Zl и Z2' зависимо сти их от частоты и характер-в. истики фильтра. Простейший мостовой ПФ. Схема фильтра и его характеристики приведены на рис. 7.24, В отличие от простейших мостовых ФНЧ и ФВЧ простейший мостовой ПФ эквивалентенг. ПФ типа k . Его зату хание не имеет всплесков. На практике мостовые полосовые фильтры строят по схеме, приведенной на рис. 7.24, Построение мостовых фильтров с более совершенными характери стиками . Затухания ФНЧ, построенных по схемам (см. рис. 7.22), име ют один всплеск и затем уменьшаются. Для получения более постоян297-

ного затухания в какой-либо полосе частот в случае выполнения фильт ра по цепочечной схеме следует последовательно первому звену вклю чить второе с такой же частотой среза. но имеющего всплеск затухания на другой частоте. При выполнении фильтра по мостовым схемам тот же эффект увеличения затухания в полосе задерживания может быть достигнут усложнением СОПРОТИВЛеНИЙ Zl и Z2' Это является одной из

особенностей мостовых схем.

Рассмотрим схему (рис. 7.25, а) . Она является схемой ФНЧ, но с более сложными образующими его сопротивлениями . В данном слу чае

	_---	'L	((J)2	-- ОО2 ) '
где		_1 J)]
	Z ] --	_
		(		П '
	0011 - резонансная	угловая		ча стота в полосе пропускания .

Распределение нулей и полюсов функции сопротивлений . а также

зависимости Zl (0)), Z2 (0)) .	а (0)),		ZM	(О»	приведены на рис. 7.25. б.
в и г.				(О»
Характеристики фильтра определяются выражениями:
ZМ О VZI Z2 СС V - L J L2 «(J)2 _ IJ) р )				R V I - Q2 ;		R V L ] /C2;
					Н]	( Q2 _ а;2)	(7	. 5)
					Q VQ2 - 1		(7
Характеристика сопротивления этого фильтра по-прежнему подоб
на характеристике фильтра типа			характеристика же его затухания
соответствует двухзвенному	фильтру			типа	т.
соответствует двухзвенному		k,			т.

Таким образом, усложнение частотных зависимостей Осопротивлений> п .

Zl и Z2 введением вmних резонанса на угловой частоте лежащей в

полосе пропускания, эквивалентно добавлению в схему цепочечного фильтра звена типа с другим значением коэффициента т, определяе мым величиной а.

Для выявления возможности изменения свойств мостового фильтра по сопротивлению рассмотрим схему (рис. 7.26, а) . Для нее

k 1

IJ)2

_IJ)

1J)

2 _ I J )

ZI "" ;00

002

- 0 0: .

Z2 'c= -I. -----(002 oo ) (00::!:2 -...--0 0 ;)

Здесь зависимости сопротивлений Z] и Z2 от частоты содержат ре

зонансные частоты

О> п

И О>з, где

0>з - частота, лежащая в полосе за

держивания (рис. 7.26, б), Зависимости Z} (O» ,

Z2 (0))' а (0)), ZM (O» дЛЯ

этой схемы приведены на рис. 7.26, в и г.

p . -_

c! ; : .

Характеристики фильтра определяются выражениями:

1 /

002 _00 2

]

2 ___

ZM = VZ Z2

(7 . 6 0)

(00

- 00:)3

где H C - l Jср) /(j Vk1 k2) ,

==lJ)з/lJ)ср,

298

!сравним с выражением (7.54), определяющим ZTm 1;

Н] (Q2 _ a2\ Q YQ2 _ J

где Н. = Ы е р Yk1/k2 ; а = о)л/ о )ср ·

ФНЧ (см. рис. 7.26) имеет такую же характеристику затухания,

что и фильтр (см. рис. 7.25). Усложнение сопротивлений Zl и Z2 вве

дением резонансов на угловой частоте (i)з изменило характеристику этого фильтра по сопротивлению, превратив его в эквивалентное Zтт.

ключающаясяВ этом проявляется вторая особенность мостовых фильтров, за

в возможности изменения свойств фильтра по сопротив-

а)

О)	о	ЫП CP		WN	WCP	"'-	"'- "'-
	х:--<?>-.....,		,....; 5)	WN	WCP		"'- "'-
		--- X		о			wJ"	.:::0
		--- X		- - - - - - - -				.:::0

В)хO-, ,I

I--1---------- x

оI

:---0

II I

ЫЗ

О I"--+<- -+---:----

Х,

O l- +

III г)аJ]

г) а

JII

-.,.

ИI!"

R -

"",-......\

Рис ·7.25

Рис.I

7.26

299

лению независимо от его свойств по затуханию. и наоборот. Для фильт

ров. выполненных по цепочечным схемам, это невозможно.
		Как следует из формул (7.59) и (7.60), свойства фильтра по зату
ханию определяются резонансными угловыми частотами <Оп								дЛЯ Z1	И
<0з		лежащими в			а е р ж и в а н и я.		Н		Ii
Z2'					ПШlOсе пропускания		и называемыми к о н т р о л ь
Н	ы М и		ч а с т о т а			м и п о л о с ы	п р о п у с к а н и я , а свойства
		П О Л О С Ы		З	Д
			по сопротивлению- к о н т				р о л ь ы М и ч а с т о т а м
фильтра
		Для получения необходимого затухания в полосе задерживания
приходится строить						многозвенные цепочечные схемы или		мостовые

схемы с многоэлементными сопротивлениями, для которых функция th содержит нескольКО контрольных частот.

Все сказанное о мостовых ФНЧ при преобразовании частоты пе реносится на ФВЧ и ПФ. Например , для получения из схемы ФНЧ (см.

рис. 7.21 , б) равноценного по характеристикам ФВЧ следует во всех

характеристических выражениях	<О/<Ос р заменить на <ос р !<о, т. е. в
менив в схеме (см. рис. 7 .2 1 , б) (!j на	- <Об)/ю, т. е. включив в схему

качестве Z1 вместо катушки применить конденсатор . Схема Z2 при ука

занном преобразовании частот не меняется . ПФ можно получить, за

(<02

в качестве Zl вместо катушки колебательный контур и сооответственно

усложнив Z2' Совокупность схем полосовых мостовых фильтров не исчерпывается схемами, которые можно получить такими преобразо ваниями из схем ФНЧ . однако установленные выше общие закономер ности сохраняют силу для всех мостовых фильтров.

Пьезоэлектри ческие и механические фильтры. Многие кристаллы,

такие как кварц, турмалин и др. , обладают пьезоэлектрическим эф

фектом. Последний заключается в появлении на поверхности опреде

ленным образом вырезанной из кристалла пластины электрических

зарядов одного знака при механическом ее сжатии и противоположного при растяжении. Пластина при заряде сжимается или расширяется в зависимости от знаков заряда.

Кварцевая пластина, помещенная между плоскими электродами (обкладками) , к которым подведено переменное напряжение, соверша ет колебательные движения и ведет себя как электрическая колеба тельная система. Благодаря большой механической прочности и упру

гости кварца полученные таким образом колебательные системы ока-
а)	1	о}	г)	J
1	2	1	, "	J
J	2	z
		Рис.	7.27

300

<<< < Предыдущая 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 2930 / 3430 31 32 33 34 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Теория линейных электрических цепей

#
18.04.2022230.19 Кб30primer_kursacha.docx
#
11.12.2021172.03 Кб14тест-экзамен ответы 709.docx
#
11.12.2021196.3 Кб7Тест-экзамен.docx
#
26.05.202110.13 Mб61Учебник Каллер.pdf
#
18.04.20221.43 Mб20Фильтры.pdf
#
18.04.2022359.99 Кб6ЦИФРОВЫЕ КИХ-ФИЛЬТРЫ.pdf
#
18.04.2022887.07 Кб19ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ.pdf
#
07.02.20225.29 Mб61Экзамен ТЛЭЦ.pdf