2.2 Примеры соединений звеньев

Последовательное соединение. Последовательное соединение одинаковых звеньев, например, интегрирующих – по сути фильтров нижних частот (ФНЧ) – позволяет получить систему с более крутым скатом АЧХ, чем у одного звена (рис. 2). Решение такой задачи может понадобиться в том случае, если воздействие состоит из «полезной» составляющей (сигнала) и искажающей ее помехи (шума), спектральные составляющие которой присутствуют за пределами полосы частот «полезной» составляющей. Чем круче будет скат АЧХ за пределами полосы частот сигнала, тем меньше будет искажен сигнала, т.к. меньше будет уровень шума на выходе системы. Также система с крутой АЧХ необходима тогда, когда система обеспечивает разделение сигналов, спектры которых, не перекрываясь распложены близко друг к другу (для экономии полосы частот).

Рисунок 2 – АЧХ одного звена и последовательного соединения нескольких таких звеньев

Если некоторое звено системы с передаточной функцией является искажающим – т.е. таким, что вносит нежелательные изменения в форму сигнала, то последовательно ему может быть включено звено с обратной передаточной функцией(корректор) и тогда результирующая характеристикабудет равна 1 – классическая задача «коррекции искажений» (рис. 3).

Рисунок 3 – АЧХ искажающего звена , корректирующего звенаи АЧХ их последовательного соединения

Последовательно соединив ФНЧ с передаточной функцией и фильтр верхних частот (ФВЧ) с передаточной функцией, можно получить полосовой фильтр (ПФ) с передаточной функцией. Полосовые фильтры используют, например, в тех случаях, когда из суммы сигналов, имеющих неперекрывающиеся спектры, необходимо выделить один из них. Полосовой перестраиваемый фильтр включен на входе радиоприёмников – каждая радиостанция занимает выделенную ей полосу частот.

Рисунок 4 – АЧХ фильтров верхних и нижних частот, АЧХ их последовательного соединения

Параллельное соединение. Система, состоящая из нескольких параллельно соединенных звеньев с разными полосами пропускания, выделяет в спектре воздействия составляющие, попадающие в полосы пропускания отдельных звеньев. Практическим примером является «тембр-блок» (эквалайзер) в акустических системах. Каждое звено в тембр-блоке (ФНЧ, ФВЧ, ПФ) имеет регулируемый коэффициент передачи и, таким образом, пользователь согласно своему субъективному восприятию корректирует спектр аудио сигнала, например, увеличивает или ослабляет уровень «басов». Простейший тембр-блок состоит из ФНЧ и ФВЧ, регулировка общего коэффициента передачи которых обозначается «НЧ» и «ВЧ» соответственно.

На рис. 5 показаны АЧХ ФНЧ и ФВЧ и результата их параллельного соединения H_ТБ(f ).

Рисунок 5 – АЧХ фильтров верхних и нижних частот, АЧХ их параллельного соединения

3. Ключевые вопросы

3.1 Дайте определение системы.

3.2 Перечислите виды соединений звеньев.

3.3 Дайте определение последовательного соединения звеньев системы.

3.4 Дайте определение параллельного соединения звеньев системы.

3.5 Дайте определение соединения звеньев системы по схеме с обратной связью.

3.6 Какой эффект дает последовательное соединение одинаковых звеньев?

3.7 Какой эффект дает последовательное соединение звеньев с взаимно обратными передаточными функциями?

3.8 Какую результирующую характеристику можно получить, соединив интегрирующие звенья (ФНЧ) и дифференцирующие звенья (ФВЧ).

3.9 Какое устройство можно создать на основе параллельного соединения фильтров с неперекрывающимися полосами пропускания?