Электрические фильтры

1.

Электрические
фильтры.

2.

Электрический фильтр˗ это устройство,
предназначенное для пропускания сигналов в
определенной полосе частот, сигналы частот, которых
не попадают в эту полосу, подавляются.
По диапазону пропускаемых частот фильтры делятся :
- ФНЧ нижних частот;
- ФВЧ высоких частот;
- ПФ полосовые;
- ЗФ заграждающие (или режекторные (РФ)
фильтры;

3.

Условные обозначения фильтров

4.

ФНЧ пропускают сигналы с НЧ и
ВЧ.
подавляют сигналы с
ФВЧ, пропускают сигналы с ВЧ и подавляют сигналы с НЧ.
ПФ пропускают сигналы только в определенной полосе
частот вблизи некоторой центральной частоты,
расположенной, в области относительно ВЧ. ПФ не
пропускает сигналы с низкими и высокими частотами.
ЗФ пропускает сигналы с НЧ и ВЧ частотами и
задерживает сигналы с частотами, расположенными в
близи центральной частоты заграждающего фильтра

5.

Фильтр является четырехполюсником. Для описания
свойств фильтра используются функции
четырехполюсника, из которых следует - комплексный
коэффициент передачи по напряжению:
K = U2 / U1
где U1 и U2 ˗ входное и выходное напряжения
фильтра

6.

Характеристики коэффициентов передачи фильтров
(заштрихованы полосы задерживания
соответствующих фильтров)
Граничную частоту (граничные частоты) обычно называют частотой
среза ωср (частотами среза ωср1 и ωср2).

7.

Коэффициент передачи позволяет получить
основную характеристику фильтра –амплитудночастотную характеристику (АЧХ).
АЧХ определяется как модуль комплексного
коэффициента передачи фильтра:

8.

Амплитудно-частотные характеристики фильтров

9.

Амплитудно-частотные характеристики фильтров

10.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром
без затухания (с малым затуханием),
называется полосой пропускания или
полосой прозрачности;
Диапазон частот, пропускаемых с большим
затуханием, называется полосой затухания
или полосой задерживания.

11.

Качество фильтра считается тем выше, чем
ярче выражены его фильтрующие параметры.
Фильтрующие свойства четырехполюсников
обусловлены возникающими в них
резонансными режимами – резонансами
токов и напряжений.
Фильтры обычно собираются по
симметричной Г-, Т-, П-образной схеме.

12.

Фазочастотная характеристика (ФЧХ).
ФЧХ определяется как начальная фаза (аргумент)
комплексного коэффициента передачи фильтра:
где 1 и 2 – начальные фазы выходного и входного сигналов
соответственно.
ФЧХ определяет фазовый сдвиг, добавляемый фильтром к
начальной фазе входного сигнала.

13.

Фильтры обычно собираются по симметричной Г-, Т, П-образной схеме.
Г-образные фильтры – несимметричные, они просты, но анализ их сложный.
Большее распространение получили симметричные. Т и П – образные фильтры.
фильтры рассматриваться как составные части (звенья) более сложных
многозвенных фильтров.

14.

Г-образный LC-фильтр нижних частот
Все LC-фильтры на переменном токе конденсаторы и катушки индуктивности
работают взаимообратно, т.е. при увеличении частоты сигнала индуктивное
сопротивление возрастает, а емкостное падает. В LC-фильтре НЧ реактивное
сопротивление параллельного элемента при увеличении частоты сигнала уменьшается и
этот элемент шунтирует ВЧ сигналы. На низких частотах реактивное сопротивление
параллельного элемента достаточно высокое. Последовательный элемент обеспечивает
прохождение НЧ сигналов, а для сигналов ВЧ его реактивное сопротивление велико.

15.

Т-образный LC-фильтр нижних частот
В Т-образном фильтре значение
конденсатора С как и в Г-образной схеме,
такие же. Но суммарная индуктивность
катушек L1 и L2 должна быть эквивалентна
индуктивности единственной катушки
исходной Г-образной схемы.
Требуемая общая индуктивность
распределяется между двумя этими
катушками поровну, чтобы каждая из
катушек в Т-образном фильтре нижних
частот имела индуктивность в два раза
меньше, чем катушка в Г-образном
фильтре.

16.

П-образный LC-фильтр нижних частот
Крутизну амплитудно-частотной
характеристики увеличивают путем
введения в цепь дополнительного
конденсатора.
В П-образном фильтре значение
индуктивности L как Г-образной схеме,
тогда как суммарная емкость
конденсаторов С1 и С2 должна быть
эквивалентна емкости конденсатора
исходной Г-образной схемы. Общая
емкость распределяется между двумя
конденсаторами поровну таким
образом, чтобы каждый из
конденсаторов в П-образном фильтре
имел емкость, равную половине емкости
конденсатора в Г-образном фильтре.

17.

Г-образный LС-фильтр верхних частот
В этом фильтре при увеличении частоты сопротивление последовательного
элемента уменьшается. Он пропускает высокочастотные сигналы, а для сигналов
низких частот его реактивное сопротивление велико. Параллельный элемент
оказывает шунтирующее влияние на сигналы низких частот, а для
высокочастотных сигналов его реактивное сопротивление велико.

18.

Т-образный LС-фильтр верхних частот
В Т-образном фильтре значение индуктивности L не отличается от значения в
исходной Г-образной схеме, все расчетные формулы такие же.
Суммарная емкость конденсаторов С1 и С2 должна быть эквивалентна емкости
одиночного конденсатора исходной Г-образной схемы. Общая емкость
распределяется поровну между двумя конденсаторами так, что Т-образном фильтре
ВЧ каждый конденсатор имеет емкость, равную удвоенному значению емкости в Гобразной схеме.

19.

Г-образный режекторный LС-фильтр
Работа полосно-заграждающего
(режекторного) фильтра основана на
различии зависимостей полных
сопротивлений параллельной и
последовательной резонансных цепей от
частоты. Полное сопротивление
параллельной LC-цепи на резонансной
частоте максимально, тогда как у
последовательной цепи оно минимально.
Эти две LC-цепи, соединенные
определенным образом , образуют Гобразный режекторный фильтр

20.

Полосно-пропускающие LC-фильтры
Т-образные и П-образные полосно-пропускающие фильтры
обладают более высокой крутизной амплитудно-частотной
характеристики.
Расчет полосно-пропускающих LCфильтров производится по
следующим формулам:

21.

Многозвенные RC-фильтры
Однозвенный RC-фильтр не может обеспечить достаточного
подавления сигналов вне заданного диапазона частот, поэтому для
формирования более крутой переходной области используют
многозвенные фильтры.
Частота среза многозвенного фильтра определяется по формуле
ВЧ, НЧ RC-фильтра.
Добавление каждого звена приводит к увеличению затухания на
заданной частоте среза примерно на 6 дБ.

22.

Многозвенный низкочастотный фильтр

23.

Классификацию фильтров по способу
изготовления:
- кварцевые;
- электромеханические;
-фильтры на коаксиальных линиях передачи;
-фильтры на поверхностных акустических волнах;
- фильтры на переключаемых конденсаторах;
- активные фильтры;
-на операционных усилителях;
- LC-фильтры - фильтры