Rс-фільтри

RС-фільтрами називаються фільтри, що складаються тільки з активних опорів і конденсаторів. Їх перевагами є малі розміри, простота виготовлення та налагодження, менша чутливість до сторонніх магнітних полів і можливість виготовлення для роботи в області найнижчих частот (починаючи з часткою герца); недоліком їх є те, що багато з них (для отримання бажаних характеристик) повинні застосовуватися з ламповими або кристалічними підсилювачами.

Схеми, характеристики загасання, а також розрахункові, формули для найпростіших RС-фільтрів наведено в Таблиці.3.

При розрахунку RС-фільтрів за завданим значенням f_с або f₀ необхідно додатково задатися величиною R або С. Якщо при розрахунку загороджуючих фільтрів взяти = 2, то отримаємо всі три ємності рівними. Це дає можливість у випадку невеликих ємностей конденсаторів взяти їх змінними, з'єднати в один блок і плавно змінювати смугу замикання. Можна також змінювати смугу замикання, якщо виконати опір R1, R2 і R3 змінними. При виготовленні загороджуючих фільтрів для більш точного налаштування їх на задану частоту замикання опір R3 робиться змінним.

Великий практичний інтерес представляє наведена на рис.11а схема RС-фільтра верхніх частот. Для такого фільтра характерна частота нескінченного загасання (рис.11б), як і для LС-фільтра типу m.

Крива 1(рис.11б) відповідає загасанню фільтра при R_­3=R₂/2, тоді:

,

а при (крива 2) тоді:

.

Рис.11. RС-фільтр верхніх частот з полюсом затухання; а-схема,

б-характеристики загасання

Таблиця 3

Тип фільтру	Схема і характеристика загасання	Розрахункові формули
Фільтри нижник частот
Фільтри верхніх частот
Смуговий фільтр
Загороджувальний фільтр

На рис. 12а наведена схема RС-фільтра нижніх частот, що володіє частотою нескінченного загасання.

Рис. 12. RС-фільтр нижніх частот з полюсом загасання: а-схема, б-характеристики загасання

Характеристика загасання такого фільтра показана на рис. 12б. Крива 1 відповідає загасанню при С3 = С2/2, тоді:

,

а при С₃=2С₂ (крива 2), тоді:

.

При розрахунку RС-фільтрів нижніх і верхніх частот схем рис.11 і рис.12 на задану величину необхідно додатково ще задатися величиною одного з елементів схеми R або С.

Активні фільтри

Пасивні фільтри будуються на основі тільки пасивних елементів: конденсаторів, індуктивностей, резонаторів і т.д. До складу активних фільтрів крім пасивних елементів входять активні прилади: транзистори, електронні лампи, діоди з негативним опором і т.д. Для роботи активного фільтра необхідне джерело живлення. Його енергія витрачається на компенсацію втрат сигналу на пасивних елементах. Це забезпечує збільшення добротності коливальної ланцюга. Отже, підвищення її селективності.

Простим прийомом поділу каскадів за частотною ознакою є установка роздільних конденсаторів або інтегруючих RС-ланцюгів. Проте часто виникає необхідність у фільтрах з більш крутими схилами, ніж у RС-ланцюжка, така потреба існує завжди, коли треба відокремити корисний сигнал від близької за частотою перешкоди.

Активний RС-фільтр у більшості випадків широкосмугового підсилювача на опорах і пасивного RС-фільтра (RС-ланцюга), включеного у вхідні ланцюг або в ланцюг зворотного зв'язку підсилювача. Таким шляхом можуть бути реалізовані всі основні типи фільтрів: нижніх і верхніх частот, смугові, нагороджують (режекторні). У діапазоні звукових і особливо інфразвукових частот активний RС-фільтр з гарною вибірковістю побудувати легше, ніж пасивний фільтр з котушками індуктивності, причому активний фільтр може дати ще й значне посилення сигналу.

Поєднання високостабільних RС-ланцюга з економічним і надійним підсилювачем дозволяє створювати активні RС-фільтри, які не поступаються за габаритами, вагою та вартістю хорошим зразкам LС-фільтрів навіть на порівняно високих частотах. На рис. 13а показана схема RС-фільтра фільтра нижніх частот, з використанням операційного підсилювача (ОП), що служить для виділення НЧ складових вхідного сигналу.

Рис.13. Фільтри нижніх частот

Передаточну функцію цього фільтра описує вираз:

Схема фільтра інтегрального виду представлена на рис.13б. Передавальна функція цього фільтра визначає вираз:

Де .

Для збільшення загасання поза смуги пропускання застосовується фільтр за схемою рис. 13в. Передаточну функцію фільтру описує вираз:

,

Де .

Більш складна передаточна функція властива фільтру, показаному на рис.13г:

,

Де .

При рівності отримаємо:

Схема фільтра верхніх частот представлена ​​на рис.14.

Рис.14. Схема активного фільтра верхніх частот

Граничну частоту фільтра визначають з виразу:

Основою смугових фільтрів часто являється схема вузькосмугового фільтра, представленого на рис.15а.

Рис.15. Смуговий фільтр

Характеристика фільтра показана на рис.15б. Центральна частота фільтра визначається виразом:

Коефіцієнт передачі дорівнює . Добротність можна описати виразом:

Схема з подвійним Т-фільтром (загороджувальним), підключеним до вхідного ланцюга мікросхеми, представлена ​​на рис .16а.

Рис.16. Подвійний Т-фільтр

Центральна частота настройки даного фільтра з приведеними на схемі номіналами визначає максимальне загасання на частоті 3,3 кГц. Характеристика фільтра в частотній смузі від 0 до 1 кГц має нерівномірність 0,3 дБ(рис .16б)

Якщо подвійний Т-фільтр підключити в ланцюг зворотнього зв’язку мікросхеми, то активний фільтр із загороджувального перетворюється у виборчий.