Фильтры: краткое введение - Активный RC-фильтр с индикацией на выходе

Фильтрами, или электрическими фильтрами, являются частотно-избирательные цепи, спроектированные для "пропускания" или передачи синусоидальных сигналов в одной или более непрерывных частотных полосах и "остановки" или заграждения в дополняющих полосах. В зависимости от полосы частот прохождения сигнала фильтры с одной полосой пропускания классифицируются на фильтры нижних частот, верхних частот и полосно-пропускающие (полосовые).

Рис. 1.1. Типовые частотные спектры на входе и выходе полосно-пропускающего фильтра.

А -- частотный спектр входного сигнала; Б -- частотный спектр выходного сигнала (ПФ)

Например, полоса пропускания показанного на рис. 1.1 полосового фильтра простирается от частоты Щ1 до Щ2. Существуют и другие типы фильтров, такие, как всепропускающие, частотовыделяющие (узкополосные) и частотоподавляющие (режекторные). Другая классификация фильтров основана на тех положениях теории цепей, по которым они рассчитываются. Она включает фильтры по характеристическим параметрам и фильтры по рабочим параметрам.

Фильтр по характеристическим параметрам составляется каскадным соединением четырехполюсных звеньев, характеристические сопротивления которых согласованы при их соединении. Если при этом фильтры согласованы и с нагрузками на зажимах, то в полосе пропускания "характеристическое затухание" будет равно нулю. Однако из-за частотной зависимости характеристического сопротивления и резистивных нагрузок фильтр на своих зажимах не согласован на всех частотах, что приводит к ненулевому значению затухания в полосе пропускания. Альтернативный метод расчета фильтров основан на рабочих параметрах затухания. На рис. 1.2 приведены типовые требования на полосно-пропускающий фильтр. Рабочие параметры предусматривают обеспечение затухания в полосе пропускания (в диапазоне частот от ЩВ1 до ЩВ2) ниже определенного максимального значения Amax, измеряемого в децибелах или неперах, и затухания в полосе задерживания (для частот ниже ЩS1 и выше ЩS2) выше заданного минимального значения Amin. Ширина интервалов ЩВ1 - щS1 и ЩS2 - щВ2 характеризует требуемую частотную избирательность. Из-за паразитного рассеяния в элементах фильтров реальная кривая затухания существенно отличается от теоретической, особенно на краю полосы и в окрестностях точек бесконечно большого затухания. Одно из достоинств теории рабочих параметров состоит в том, что указанное влияние неидеальности элементов компенсируется методом предыскажения, который, однако, дает постоянное значение затухания в полосе пропускания.

Рис. 1.2. Типовые требования По Затуханию Для Полосно-пропускающего фильтра.

Часто для той же (что и у характеристического фильтра) структуры рассчитанный по рабочим параметрам результирующий фильтр обеспечивает (при одном и том же числе звеньев) лучшие характеристики. Это улучшение получается за счет существенного усложнения вычислений, что являлось главным сдерживающим фактором до современного распространения компьютеров.

Активные фильтры

Вместо затрат значительных средств на совершенствование теории, технологии и изготовления LC-фильтров, расширяется тенденция по исключению последних из современной электронной аппаратуры, поскольку интегральные схемы полностью изменили обычные системы и критерии, принятые раньше в разработках. Таким образом, LC-фильтры наряду со всеми другими типами схем, не соответствующими данному направлению микроминиатюризации, быстро заменяются более подходящими. Среди них находятся активные фильтры, где резисторы, конденсаторы и активные приборы объединены в активные цепи с фильтровыми характеристиками, сравнимыми или превосходящими аналогичные параметры LC-прототипов. В качестве активного прибора неизменно используется операционный усилитель благодаря своим исключительным свойствам, приемлемой стоимости и быстрой поставке. Термин "активные фильтры" включает множество различных построений схем и методов проектирования, важнейшие из которых можно сгруппировать в следующие три категории.

Похожие статьи




Фильтры: краткое введение - Активный RC-фильтр с индикацией на выходе

Предыдущая | Следующая