Τα ενεργά φίλτρα υλοποιούνται χρησιμοποιώντας ενισχυτές (συνήθως op-amp) και παθητικά φίλτρα RC. Μεταξύ των πλεονεκτημάτων των ενεργών φίλτρων σε σύγκριση με τα παθητικά, πρέπει να επισημανθούν τα ακόλουθα:

· έλλειψη επαγωγέων.

· Καλύτερη επιλεκτικότητα.

· αντιστάθμιση για την εξασθένηση χρήσιμων σημάτων ή ακόμα και την ενίσχυση τους.

· καταλληλότητα για υλοποίηση με τη μορφή IC.

Τα ενεργά φίλτρα έχουν επίσης μειονεκτήματα:

¨ κατανάλωση ενέργειας από την πηγή ενέργειας.

¨ περιορισμένο δυναμικό εύρος.

¨ πρόσθετες μη γραμμικές παραμορφώσεις σήματος.

Σημειώνουμε επίσης ότι η χρήση ενεργών φίλτρων με op-amp σε συχνότητες πάνω από δεκάδες megahertz είναι δύσκολη λόγω της χαμηλής συχνότητας κέρδους μονάδας των πιο ευρέως χρησιμοποιούμενων op-amp. Το πλεονέκτημα των ενεργών φίλτρων στους op-amps είναι ιδιαίτερα εμφανές χαμηλές συχνότητεςαχ, σε κλάσματα Hertz.

Στη γενική περίπτωση, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο op-amp στο ενεργό φίλτρο διορθώνει την απόκριση συχνότητας του παθητικού φίλτρου παρέχοντας διαφορετικές συνθήκες για τη διέλευση διαφορετικών συχνοτήτων του φάσματος σήματος, αντισταθμίζει τις απώλειες σε δεδομένες συχνότητες, γεγονός που οδηγεί σε απότομες πτώσεις της τάσης εξόδου στις κλίσεις της απόκρισης συχνότητας. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται διάφοροι βρόχοι ανάδρασης επιλεκτικής συχνότητας σε op-amp. Τα ενεργά φίλτρα διασφαλίζουν ότι επιτυγχάνεται η απόκριση συχνότητας όλων των τύπων φίλτρων: low pass (LPF), high pass (HPF) και band pass (PF).

Το πρώτο στάδιο της σύνθεσης οποιουδήποτε φίλτρου είναι ο καθορισμός μιας συνάρτησης μεταφοράς (σε τελεστή ή σύνθετη μορφή), η οποία πληροί τις προϋποθέσεις πρακτικής σκοπιμότητας και ταυτόχρονα εξασφαλίζει την απαιτούμενη απόκριση συχνότητας ή απόκριση φάσης (αλλά όχι και τα δύο) του φίλτρο. Αυτό το στάδιο ονομάζεται προσέγγιση χαρακτηριστικών φίλτρου.

Η συνάρτηση τελεστή είναι ένας λόγος πολυωνύμων:

Κ( Π)=Α( Π)/ΣΙ( Π),

και καθορίζεται μοναδικά από μηδενικά και πόλους. Το απλούστερο αριθμητικό πολυώνυμο είναι μια σταθερά. Ο αριθμός των πόλων της συνάρτησης (και στα ενεργά φίλτρα σε ένα op-amp, ο αριθμός των πόλων είναι συνήθως ίσος με τον αριθμό των πυκνωτών στα κυκλώματα που σχηματίζουν την απόκριση συχνότητας) καθορίζει τη σειρά του φίλτρου. Η σειρά του φίλτρου υποδεικνύει τον ρυθμό διάσπασης της απόκρισης συχνότητάς του, που για την πρώτη τάξη είναι 20 dB/dec, για τη δεύτερη - 40 dB/dec, για την τρίτη - 60 dB/dec κ.λπ.

Το πρόβλημα προσέγγισης επιλύεται για ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης και, στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αντιστροφής συχνότητας, η προκύπτουσα εξάρτηση χρησιμοποιείται για άλλους τύπους φίλτρων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η απόκριση συχνότητας ρυθμίζεται, λαμβάνοντας τον κανονικοποιημένο συντελεστή μετάδοσης:

,

όπου f(x) είναι η συνάρτηση φιλτραρίσματος. - κανονικοποιημένη συχνότητα. - Συχνότητα αποκοπής φίλτρου. e είναι η επιτρεπόμενη απόκλιση στη ζώνη διέλευσης.

Ανάλογα με το ποια συνάρτηση λαμβάνεται ως f(x), διακρίνονται τα φίλτρα (ξεκινώντας από τη δεύτερη τάξη) των Butterworth, Chebyshev, Bessel κ.λπ.. Στο σχήμα 7.15 φαίνονται τα συγκριτικά χαρακτηριστικά τους.

Το φίλτρο Butterworth (συνάρτηση Butterworth) περιγράφει την απόκριση συχνότητας με το πιο επίπεδο τμήμα στη ζώνη διέλευσης και σχετικά χαμηλό ρυθμό αποσύνθεσης. Η απόκριση συχνότητας ενός τέτοιου φίλτρου χαμηλής διέλευσης μπορεί να παρουσιαστεί με την ακόλουθη μορφή:

όπου n είναι η σειρά του φίλτρου.

Το φίλτρο Chebyshev (συνάρτηση Chebyshev) περιγράφει την απόκριση συχνότητας με κάποια ανομοιομορφία στη ζώνη διέλευσης, αλλά όχι υψηλότερο ρυθμό αποσύνθεσης.

Το φίλτρο Bessel χαρακτηρίζεται από μια γραμμική απόκριση φάσης, ως αποτέλεσμα της οποίας σήματα των οποίων οι συχνότητες βρίσκονται στη ζώνη διέλευσης περνούν μέσα από το φίλτρο χωρίς παραμόρφωση. Συγκεκριμένα, τα φίλτρα Bessel δεν παράγουν εκπομπές κατά την επεξεργασία ταλαντώσεων τετραγωνικών κυμάτων.

Εκτός από τις αναφερόμενες προσεγγίσεις της απόκρισης συχνότητας των ενεργών φίλτρων, είναι γνωστές και άλλες, για παράδειγμα, το αντίστροφο φίλτρο Chebyshev, το φίλτρο Zolotarev κ.λπ. Σημειώστε ότι τα ενεργά κυκλώματα φίλτρων δεν αλλάζουν ανάλογα με τον τύπο προσέγγισης απόκρισης συχνότητας, αλλά αλλάζουν οι σχέσεις μεταξύ των τιμών των στοιχείων τους.

Τα απλούστερα (πρώτης τάξης) HPF, LPF, PF και το LFC τους φαίνονται στο Σχήμα 7.16.

Σε αυτά τα φίλτρα, ο πυκνωτής που καθορίζει την απόκριση συχνότητας περιλαμβάνεται στο κύκλωμα OOS.

Για ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης (Εικόνα 7.16a), ο συντελεστής μετάδοσης είναι ίσος με:

,

Η συχνότητα σύζευξης των ασυμπτωμάτων βρίσκεται από την πάθηση, από όπου

.

Για το χαμηλοπερατό φίλτρο (Εικόνα 7.16β) έχουμε:

,

.

Το PF (Εικόνα 7.16γ) περιέχει στοιχεία ενός φίλτρου υψηλής διέλευσης και ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης.

Μπορείτε να αυξήσετε την κλίση του rolloff LFC αυξάνοντας τη σειρά των φίλτρων. Τα ενεργά φίλτρα χαμηλής διέλευσης, τα φίλτρα υψηλής διέλευσης και τα φίλτρα φίλτρων δεύτερης τάξης φαίνονται στην Εικόνα 7.17.

Η κλίση των ασυμπτωτών τους μπορεί να φτάσει τα 40 dB/dec και η μετάβαση από το φίλτρο χαμηλής διέλευσης στο υψηλοπερατό φίλτρο, όπως φαίνεται από τα σχήματα 7.17a, b, πραγματοποιείται με την αντικατάσταση των αντιστάσεων με πυκνωτές και αντίστροφα. Το PF (Εικόνα 7.17γ) περιέχει στοιχεία υψηλοπερατού και χαμηλοπερατού φίλτρου. Οι συναρτήσεις μεταφοράς είναι ίσες:

¨ για χαμηλοπερατό φίλτρο:

;

¨ για υψηλοπερατό φίλτρο:

.

Για PF, η συχνότητα συντονισμού είναι ίση με:

.

Για το χαμηλοπερατό φίλτρο και το υψιπερατό φίλτρο, οι συχνότητες αποκοπής είναι αντίστοιχα ίσες με:

;

.

Αρκετά συχνά, PF δεύτερης τάξης υλοποιούνται χρησιμοποιώντας κυκλώματα γεφυρών. Οι πιο συνηθισμένες είναι οι διπλές γέφυρες σχήματος Τ, οι οποίες «δεν περνούν» το σήμα στη συχνότητα συντονισμού (Εικόνα 7.18a) και οι γέφυρες Wien, οι οποίες έχουν μέγιστο συντελεστή μετάδοσης στη συχνότητα συντονισμού (Εικόνα 7.18β).

Τα κυκλώματα γέφυρας περιλαμβάνονται στα κυκλώματα PIC και OOS. Στην περίπτωση διπλής γέφυρας Τ, το βάθος ανάδρασης είναι ελάχιστο στη συχνότητα συντονισμού και το κέρδος σε αυτή τη συχνότητα είναι μέγιστο. Όταν χρησιμοποιείτε μια γέφυρα Wien, το κέρδος στη συχνότητα συντονισμού είναι μέγιστο, επειδή μέγιστο βάθος POS. Ταυτόχρονα, για να διατηρηθεί η σταθερότητα, το βάθος του OOS εισάγεται χρησιμοποιώντας αντιστάσεις και πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το βάθος του POS. Εάν τα βάθη του POS και του OOS είναι κοντά, τότε ένα τέτοιο φίλτρο μπορεί να έχει ισοδύναμο παράγοντα ποιότητας Q»2000.

Συχνότητα συντονισμού διπλής γέφυρας Τ στο και , και τη γέφυρα της Βιέννης Και , είναι ίσο , και επιλέγεται με βάση τη συνθήκη σταθερότητας , επειδή Ο συντελεστής μετάδοσης της γέφυρας της Wien στη συχνότητα είναι 1/3.

Για να αποκτήσετε ένα φίλτρο εγκοπής, μια διπλή γέφυρα σε σχήμα Τ μπορεί να συνδεθεί όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.18γ ή μια γέφυρα Wien μπορεί να συμπεριληφθεί στο κύκλωμα OOS.

Για την κατασκευή ενός ενεργού συντονίσιμου φίλτρου, χρησιμοποιείται συνήθως μια γέφυρα Wien, της οποίας οι αντιστάσεις κατασκευάζονται με τη μορφή διπλής μεταβλητής αντίστασης.

Είναι δυνατή η κατασκευή ενός ενεργού γενικού φίλτρου (LPF, HPF και PF), μια έκδοση κυκλώματος του οποίου φαίνεται στο Σχήμα 7.19.

Αποτελείται από έναν αθροιστή op-amp και δύο φίλτρα χαμηλής διέλευσης πρώτης τάξης στο op-amp και , τα οποία συνδέονται σε σειρά. Αν , μετά η συχνότητα σύζευξης . Το LFC έχει μια κλίση ασυμπτωτών της τάξης των 40 dB/dec. Το ενεργό φίλτρο γενικής χρήσης έχει καλή σταθερότητα παραμέτρων και υψηλό παράγοντα ποιότητας (έως 100). Χρησιμοποιείται αρκετά συχνά σε σειριακά IC παρόμοια αρχήφίλτρα κτιρίου.

γυράτορες

Ονομάζεται γυριστής ηλεκτρονική συσκευή, το οποίο μετατρέπει τη συνολική αντίσταση των αντιδρώντων στοιχείων. Συνήθως πρόκειται για μετατροπέα χωρητικότητας σε επαγωγή, δηλ. ισοδύναμο με αυτεπαγωγή. Μερικές φορές οι περιστροφείς ονομάζονται συνθεσάιζερ επαγωγής. Η ευρεία χρήση περιστροφικών στροφών στα IC εξηγείται από τις μεγάλες δυσκολίες στην κατασκευή επαγωγέων με χρήση τεχνολογίας στερεάς κατάστασης. Η χρήση περιστροφέων καθιστά δυνατή την απόκτηση μιας σχετικά μεγάλης αυτεπαγωγής με καλά χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους.

Το σχήμα 7.20 δείχνει ένα ηλεκτρικό διάγραμμα μιας από τις επιλογές για έναν γυριστή, ο οποίος είναι ένας επαναλήπτης op-amp που καλύπτεται από ένα PIC επιλεκτικής συχνότητας ( και ).

Δεδομένου ότι η χωρητικότητα του πυκνωτή μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας του σήματος, η τάση στο σημείο ΕΝΑθα αυξηθεί. Μαζί με αυτό θα αυξηθεί και η τάση στην έξοδο του op-amp. Η αυξημένη τάση από την έξοδο μέσω του κυκλώματος PIC παρέχεται στη μη αντιστρεπτική είσοδο, η οποία οδηγεί σε περαιτέρω αύξηση της τάσης στο σημείο ΕΝΑ, και όσο πιο έντονη, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα. Έτσι, η τάση στο σημείο ΕΝΑσυμπεριφέρεται όπως η τάση κατά μήκος ενός επαγωγέα. Η συντιθέμενη επαγωγή καθορίζεται από τον τύπο:

.

Ο παράγοντας ποιότητας ενός γυριστή ορίζεται ως:

.

Ένα από τα κύρια προβλήματα κατά τη δημιουργία περιστροφικών στροφών είναι η δυσκολία απόκτησης του ισοδύναμου μιας επαγωγής στην οποία και οι δύο ακροδέκτες δεν είναι συνδεδεμένοι σε έναν κοινό δίαυλο. Ένας τέτοιος γυριστής εκτελείται σε τουλάχιστον τέσσερις ενισχυτές λειτουργίας. Ένα άλλο πρόβλημα είναι το σχετικά στενό εύρος συχνοτήτων λειτουργίας του γυριστή (έως αρκετά kilohertz για ευρέως χρησιμοποιούμενους ενισχυτές λειτουργίας).

"—που σημαίνει ενεργό χαμηλοπερατό φίλτρο. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμο όταν επεκτείνετε ένα στερεοφωνικό σύστημα ήχου με ένα πρόσθετο ηχείο που αναπαράγει μόνο τις χαμηλότερες συχνότητες. Αυτό το έργο αποτελείται από ένα ενεργό φίλτρο δεύτερης τάξης με ρυθμιζόμενη συχνότητα αποκοπής 50 - 250 Hz, έναν ενισχυτή εισόδου με έλεγχο απολαβής (0,5 - 1,5) και στάδια εξόδου.

Ο σχεδιασμός επιτρέπει την άμεση σύνδεση με έναν ενισχυτή γέφυρας, αφού τα σήματα είναι 180 μοίρες εκτός φάσης μεταξύ τους. Χάρη στο ενσωματωμένο τροφοδοτικό και σταθεροποιητή στην πλακέτα, είναι δυνατή η τροφοδοσία του φίλτρου με συμμετρική τάση από έναν ενισχυτή ισχύος - συνήθως διπολικό 20 - 70 V. Το φίλτρο χαμηλής διέλευσης είναι ιδανικό για εργασία με βιομηχανικά και σπιτικοί ενισχυτέςκαι προενισχυτές.

Διάγραμμα κυκλώματος φίλτρου χαμηλής διέλευσης

Το κύκλωμα φίλτρου για το υπογούφερ φαίνεται στην εικόνα. Λειτουργεί με βάση δύο λειτουργικούς ενισχυτές U1-U2 (NE5532). Ο πρώτος από αυτούς είναι υπεύθυνος για την άθροιση και το φιλτράρισμα του σήματος, ενώ ο δεύτερος εξασφαλίζει την προσωρινή αποθήκευση του.

Σχηματικό διάγραμμα χαμηλοπερατού φίλτρου σε υπογούφερ

Το στερεοφωνικό σήμα εισόδου παρέχεται στην υποδοχή GP1 και στη συνέχεια μέσω των πυκνωτών C1 (470nF) και C2 (470nF), των αντιστάσεων R3 (100k) και R4 (100k) πηγαίνει στην είσοδο αναστροφής του ενισχυτή U1A. Αυτό το στοιχείο υλοποιεί έναν αθροιστή σήματος με ρυθμιζόμενο κέρδος, συναρμολογημένο σύμφωνα με ένα κλασικό κύκλωμα. Η αντίσταση R6 (27k) μαζί με το P1 (50k) σάς επιτρέπει να ρυθμίσετε το κέρδος στην περιοχή από 0,5 έως 1,5, κάτι που θα σας επιτρέψει να επιλέξετε το κέρδος του υπογούφερ στο σύνολό του.

Η αντίσταση R9 (100k) βελτιώνει τη σταθερότητα του ενισχυτή U1A και διασφαλίζει την καλή του πόλωση σε περίπτωση που δεν υπάρχει σήμα εισόδου.

Το σήμα από την έξοδο του ενισχυτή πηγαίνει σε ένα ενεργό χαμηλοπερατό φίλτρο δεύτερης τάξης που κατασκευάστηκε από την U1B. Αυτή είναι μια τυπική αρχιτεκτονική Sallen-Key, η οποία σας επιτρέπει να λαμβάνετε φίλτρα με διαφορετικές κλίσεις και πλάτη. Το σχήμα αυτού του χαρακτηριστικού επηρεάζεται άμεσα από τους πυκνωτές C8 (22nF), C9 (22nF) και τις αντιστάσεις R10 (22k), R13 (22k) και το ποτενσιόμετρο P2 (100k). Η λογαριθμική κλίμακα του ποτενσιόμετρου σας επιτρέπει να επιτύχετε μια γραμμική αλλαγή στη συχνότητα αποκοπής ενώ περιστρέφετε το κουμπί. Ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων (έως 260 Hz) επιτυγχάνεται με την άκρα αριστερή θέση του ποτενσιόμετρου P2, η στροφή προς τα δεξιά προκαλεί στένωση της ζώνης συχνοτήτων στα 50 Hz. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη μετρούμενη απόκριση πλάτους ολόκληρου του κυκλώματος για τις δύο ακραίες και μεσαίες θέσεις του ποτενσιόμετρου P2. Σε κάθε περίπτωση, το ποτενσιόμετρο P1 τέθηκε στη μεσαία θέση, παρέχοντας κέρδος 1 (0 dB).

Το σήμα από την έξοδο του φίλτρου επεξεργάζεται χρησιμοποιώντας τον ενισχυτή U2. Τα στοιχεία C16 (10pF) και R17 (56k) εξασφαλίζουν σταθερή λειτουργία του U2A m/s. Οι αντιστάσεις R15-R16 (56k) καθορίζουν το κέρδος του U2B και το C15 (10pF) αυξάνει τη σταθερότητά του. Και οι δύο έξοδοι του κυκλώματος χρησιμοποιούν φίλτρα που αποτελούνται από στοιχεία R18-R19 (100 Ohm), C17-C18 (10uF/50V) και R20-R21 (100k), μέσω των οποίων τα σήματα αποστέλλονται στην υποδοχή εξόδου GP3. Χάρη σε αυτόν τον σχεδιασμό, στην έξοδο λαμβάνουμε δύο σήματα μετατοπισμένα σε φάση κατά 180 μοίρες, γεγονός που επιτρέπει την απευθείας σύνδεση δύο ενισχυτών και ενός ενισχυτή γέφυρας.

Το φίλτρο χρησιμοποιεί μια απλή διπολική τροφοδοσία τάσης που βασίζεται στις διόδους zener D1 (BZX55-C16V), D2 (BZX55-C16V) και δύο τρανζίστορ T1 (BD140) και T2 (BD139). Οι αντιστάσεις R2 (4,7k) και R8 (4,7k) είναι περιοριστές ρεύματος για τις διόδους zener και επιλέχθηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε στην ελάχιστη τάση τροφοδοσίας το ρεύμα να είναι περίπου 1 mA και στο μέγιστο να είναι ασφαλές για D1 και Δ2.

Τα στοιχεία R5 (510 Ohm), C4 (47uF/25V), R7 (510 Ohm), C6 (47uF/25V) είναι απλά φίλτρα εξομάλυνσης τάσης που βασίζονται σε T1 και T2. Οι αντιστάσεις R1 (10 Ohm), R11 (10 Ohm) και οι πυκνωτές C3 (100uF/25V), C7 (100uF/25V) είναι επίσης ένα φίλτρο τάσης τροφοδοσίας. Υποδοχή τροφοδοσίας - GP2.

Σύνδεση φίλτρου υπογούφερ

Αξίζει να σημειωθεί ότι η μονάδα φίλτρου του υπογούφερ θα πρέπει να συνδεθεί στην έξοδο του προενισχυτή μετά τον έλεγχο της έντασης του ήχου, κάτι που θα βελτιώσει τον έλεγχο της έντασης ολόκληρου του συστήματος. Χρησιμοποιώντας το ποτενσιόμετρο απολαβής, μπορείτε να ρυθμίσετε την αναλογία της έντασης του υπογούφερ προς την ένταση ολόκληρης της διαδρομής σήματος. Οποιοσδήποτε ενισχυτής ισχύος λειτουργεί σε κλασική διαμόρφωση πρέπει να συνδεθεί στην έξοδο της μονάδας. Εάν είναι απαραίτητο, χρησιμοποιήστε μόνο ένα από τα σήματα εξόδου, 180 μοίρες εκτός φάσης μεταξύ τους. Και τα δύο σήματα εξόδου μπορούν να χρησιμοποιηθούν εάν χρειάζεται να δημιουργήσετε έναν ενισχυτή σε διαμόρφωση γέφυρας.

Στη ζωή σας, έχετε ακούσει τη λέξη «φίλτρο» περισσότερες από μία φορές. Φίλτρο νερού, φίλτρο αέρα, φίλτρο λαδιού, «φιλτράρετε την αγορά» τελικά). Ο αέρας, το νερό, το λάδι και άλλα είδη φίλτρων αφαιρούν ξένα σωματίδια και ακαθαρσίες. Τι φιλτράρει όμως ένα ηλεκτρικό φίλτρο; Η απάντηση είναι απλή: συχνότητα.

Τι είναι το ηλεκτρικό φίλτρο

Ηλεκτρικό φίλτροείναι μια συσκευή για την επισήμανση επιθυμητών στοιχείων φάσματος (συχνότητες) ή/και την καταστολή ανεπιθύμητων. Για άλλες συχνότητες που δεν περιλαμβάνονται στο , το φίλτρο δημιουργεί μεγάλη εξασθένηση, μέχρι την πλήρη εξαφάνισή τους.

Τα χαρακτηριστικά ενός ιδανικού φίλτρου πρέπει να κόβουν μια αυστηρά καθορισμένη ζώνη συχνοτήτων και να «συμπιέζουν» άλλες συχνότητες μέχρι να εξασθενήσουν πλήρως. Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα ιδανικού φίλτρου που περνά συχνότητες μέχρι μια συγκεκριμένη τιμή συχνότητας αποκοπής.

Στην πράξη, ένα τέτοιο φίλτρο είναι αδύνατο να εφαρμοστεί. Όταν σχεδιάζουν φίλτρα, προσπαθούν να πλησιάσουν όσο το δυνατόν περισσότερο το ιδανικό χαρακτηριστικό. Όσο πιο κοντά στο ιδανικό φίλτρο, τόσο καλύτερα θα εκτελέσει τη λειτουργία φιλτραρίσματος σήματος.

Τα φίλτρα που συναρμολογούνται μόνο σε παθητικά ραδιοστοιχεία, όπως, καλούνται παθητικά φίλτρα. Τα φίλτρα που περιέχουν ένα ή περισσότερα ενεργά ραδιοστοιχεία, τύπου ή, ονομάζονται ενεργά φίλτρα.

Στο άρθρο μας θα εξετάσουμε τα παθητικά φίλτρα και θα ξεκινήσουμε με τα πιο απλά φίλτρα, που αποτελούνται από ένα μόνο ραδιοστοιχείο.

Φίλτρα ενός στοιχείου

Όπως καταλαβαίνετε από το όνομα, τα φίλτρα ενός στοιχείου αποτελούνται από ένα ραδιοστοιχείο. Αυτό μπορεί να είναι είτε πυκνωτής είτε επαγωγέας. Το πηνίο και ο πυκνωτής δεν είναι φίλτρα - ουσιαστικά είναι απλώς ραδιοστοιχεία. Αλλά μαζί και με το φορτίο, μπορούν ήδη να θεωρηθούν ως φίλτρα. Όλα είναι απλά εδώ. Η αντίδραση του πυκνωτή και του πηνίου εξαρτάται από τη συχνότητα. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για την αντίδραση στο άρθρο.

Τα φίλτρα ενός στοιχείου χρησιμοποιούνται κυρίως στην τεχνολογία ήχου. Για το φιλτράρισμα, χρησιμοποιείται είτε πηνίο είτε πυκνωτής, ανάλογα με το ποιες συχνότητες πρέπει να απομονωθούν. Για ένα ηχείο υψηλής συχνότητας (tweeter), συνδέουμε έναν πυκνωτή σε σειρά με το ηχείο, ο οποίος θα περάσει σχεδόν χωρίς απώλειες το σήμα υψηλής συχνότητας και θα μειώσει τις χαμηλές συχνότητες.

Για το ηχείο του υπογούφερ, πρέπει να επισημάνουμε τις χαμηλές συχνότητες (LF), επομένως συνδέουμε ένα επαγωγέα σε σειρά με το υπογούφερ.

Οι βαθμολογίες μεμονωμένων ραδιοστοιχείων μπορούν, φυσικά, να υπολογιστούν, αλλά επιλέγονται κυρίως από το αυτί.

Για όσους δεν θέλουν να ασχοληθούν, οι εργατικοί Κινέζοι δημιουργούν έτοιμα φίλτρα για τουίτερ και υπογούφερ. Εδώ είναι ένα παράδειγμα:

Στην πλακέτα βλέπουμε 3 μπλοκ ακροδεκτών: μπλοκ ακροδεκτών εισόδου (INPUT), μπλοκ ακροδεκτών εξόδου για μπάσα (BASS) και μπλοκ ακροδεκτών για τουίτερ (TREBLE).

Φίλτρα σε σχήμα L

Τα φίλτρα σχήματος L αποτελούνται από δύο ραδιοστοιχεία, ένα ή δύο από τα οποία έχουν μη γραμμική απόκριση συχνότητας.

Φίλτρα RC

Νομίζω ότι θα ξεκινήσουμε με το φίλτρο που γνωρίζουμε καλύτερα, που αποτελείται από μια αντίσταση και έναν πυκνωτή. Έχει δύο τροποποιήσεις:

Με την πρώτη ματιά, μπορεί να πιστεύετε ότι πρόκειται για δύο πανομοιότυπα φίλτρα, αλλά αυτό δεν ισχύει. Αυτό είναι εύκολο να επαληθευτεί εάν δημιουργείτε την απόκριση συχνότητας για κάθε φίλτρο.

Ο Πρωτέας θα μας βοηθήσει σε αυτό το θέμα. Έτσι, η απόκριση συχνότητας για αυτό το κύκλωμα

θα μοιάζει με αυτό:

Όπως μπορούμε να δούμε, η απόκριση συχνότητας ενός τέτοιου φίλτρου επιτρέπει στις χαμηλές συχνότητες να περνούν ανεμπόδιστα και με την αύξηση της συχνότητας εξασθενεί τις υψηλές συχνότητες. Επομένως, ένα τέτοιο φίλτρο ονομάζεται φίλτρο χαμηλής διέλευσης (LPF).

Αλλά για αυτή την αλυσίδα

Η απόκριση συχνότητας θα μοιάζει με αυτό

Εδώ είναι ακριβώς το αντίθετο. Ένα τέτοιο φίλτρο εξασθενεί τις χαμηλές συχνότητες και περνάει τις υψηλές συχνότητες, γι' αυτό και ένα τέτοιο φίλτρο ονομάζεται υψηλοπερατό φίλτρο (HPF).

Κλίση απόκρισης συχνότητας

Η κλίση της απόκρισης συχνότητας και στις δύο περιπτώσεις είναι 6 dB/οκτάβα μετά το σημείο που αντιστοιχεί στην τιμή απολαβής των -3 dB, δηλαδή στη συχνότητα αποκοπής. Τι σημαίνει σημειογραφία 6 dB/οκτάβα; Πριν ή μετά τη συχνότητα αποκοπής, η κλίση της απόκρισης συχνότητας παίρνει τη μορφή σχεδόν ευθείας γραμμής, με την προϋπόθεση ότι ο συντελεστής μετάδοσης μετράται σε . Μια οκτάβα είναι μια αναλογία δύο προς ένα συχνοτήτων. Στο παράδειγμά μας, η κλίση της απόκρισης συχνότητας είναι 6 dB/οκτάβα, πράγμα που σημαίνει ότι όταν η συχνότητα διπλασιάζεται, η άμεση απόκριση συχνότητας αυξάνεται (ή πέφτει) κατά 6 dB.

Ας δούμε αυτό το παράδειγμα

Ας πάρουμε μια συχνότητα 1 KHz. Σε συχνότητες από 1 KHz έως 2 KHz, η πτώση της απόκρισης συχνότητας θα είναι 6 dB. Στο διάστημα από 2 KHz έως 4 KHz η απόκριση συχνότητας μειώνεται ξανά κατά 6 dB, στο διάστημα από 4 KHz έως 8 KHz πέφτει ξανά κατά 6 dB, σε συχνότητα από 8 KHz έως 16 KHz η εξασθένηση της απόκρισης συχνότητας θα και πάλι να είναι 6 dB και ούτω καθεξής. Επομένως, η κλίση απόκρισης συχνότητας είναι 6 dB/οκτάβα. Υπάρχει επίσης κάτι όπως dB/δεκαετία. Χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά και υποδηλώνει διαφορά μεταξύ συχνοτήτων 10 φορές. Πώς να βρείτε dB/decade μπορείτε να βρείτε στο άρθρο.

Όσο πιο απότομη είναι η κλίση της άμεσης απόκρισης συχνότητας, τόσο καλύτερες είναι οι επιλεκτικές ιδιότητες του φίλτρου:

Ένα φίλτρο με χαρακτηριστική κλίση 24 dB/οκτάβα θα είναι σαφώς καλύτερο από ένα με κλίση 6 dB/οκτάβα, αφού πλησιάζει περισσότερο το ιδανικό.

Φίλτρα RL

Γιατί να μην αντικαταστήσετε τον πυκνωτή με επαγωγέα; Παίρνουμε πάλι δύο τύπους φίλτρων:

Για αυτό το φίλτρο

Η απόκριση συχνότητας έχει την ακόλουθη μορφή:

Έχουμε το ίδιο χαμηλοπερατό φίλτρο

και για μια τέτοια αλυσίδα

Η απόκριση συχνότητας θα έχει αυτή τη μορφή

Το ίδιο φίλτρο υψηλής διέλευσης

Τα φίλτρα RC και RL καλούνται φίλτρα πρώτης τάξηςκαι παρέχουν μια κλίση απόκρισης συχνότητας 6 dB/οκτάβα μετά τη συχνότητα αποκοπής.

Φίλτρα LC

Τι γίνεται αν αντικαταστήσετε την αντίσταση με έναν πυκνωτή; Συνολικά, έχουμε δύο ραδιοστοιχεία στο κύκλωμα, η αντίδραση των οποίων εξαρτάται από τη συχνότητα. Υπάρχουν επίσης δύο επιλογές εδώ:

Ας δούμε την απόκριση συχνότητας αυτού του φίλτρου

Όπως ίσως έχετε παρατηρήσει, η απόκριση συχνότητάς του στην περιοχή χαμηλής συχνότητας είναι η πιο επίπεδη και τελειώνει με μια ακίδα. Από πού ήρθε καν; Όχι μόνο το κύκλωμα συναρμολογείται από παθητικά ραδιοστοιχεία, αλλά επίσης ενισχύει το σήμα τάσης στην περιοχή της ακίδας!; Αλλά μην χαίρεσαι. Ενισχύεται με τάση και όχι με ρεύμα. Το γεγονός είναι ότι πήραμε , το οποίο, όπως θυμάστε, έχει συντονισμό τάσης στη συχνότητα συντονισμού. Με τον συντονισμό τάσης, η τάση στο πηνίο είναι ίση με την τάση στον πυκνωτή.

Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Αυτή η τάση είναι Q φορές μεγαλύτερη από την τάση που εφαρμόζεται στη δεξαμενή σειράς. Τι είναι το Q; Αυτό . Αυτή η ακίδα δεν πρέπει να σας μπερδέψει, αφού το ύψος της κορυφής εξαρτάται από τον παράγοντα ποιότητας, ο οποίος στα πραγματικά κυκλώματα είναι μικρή τιμή. Αυτό το κύκλωμα είναι επίσης αξιοσημείωτο για το γεγονός ότι η χαρακτηριστική του κλίση είναι 12 dB/οκτάβα, η οποία είναι δύο φορές καλύτερη από αυτή των φίλτρων RC και RL. Παρεμπιπτόντως, ακόμα κι αν το μέγιστο πλάτος υπερβαίνει την τιμή των 0 dB, τότε εξακολουθούμε να προσδιορίζουμε τη ζώνη διέλευσης σε επίπεδο -3 dB. Αυτό επίσης δεν πρέπει να ξεχαστεί.

Το ίδιο ισχύει και για το υψηλοπερατό φίλτρο.

Όπως είπα ήδη, τα φίλτρα LC καλούνται ήδη φίλτρα δεύτερης τάξηςκαι παρέχουν μια κλίση απόκρισης συχνότητας 12 dB/οκτάβα.

Σύνθετα φίλτρα

Τι συμβαίνει εάν συνδέσετε δύο φίλτρα πρώτης τάξης το ένα μετά το άλλο; Παραδόξως, αυτό θα οδηγήσει σε ένα φίλτρο δεύτερης τάξης.

Η απόκριση συχνότητάς του θα είναι πιο απότομη, δηλαδή 12 dB/οκτάβα, που είναι τυπικό για φίλτρα δεύτερης τάξης. Μαντέψτε τι κλίση θα έχει το φίλτρο τρίτης τάξης ;-) ; Αυτό είναι σωστό, προσθέστε 6 dB/οκτάβα και λάβετε 18 dB/οκτάβα. Αντίστοιχα, για ένα φίλτρο 4ης ​​τάξης η κλίση απόκρισης συχνότητας θα είναι ήδη 24 dB/οκτάβα κ.λπ. Δηλαδή, όσο περισσότερους συνδέσμους συνδέσουμε, τόσο πιο απότομη θα είναι η κλίση της απόκρισης συχνότητας και τόσο καλύτερα θα είναι τα χαρακτηριστικά του φίλτρου. Όλα αυτά είναι αλήθεια, αλλά ξεχάσατε ότι κάθε επόμενο στάδιο συμβάλλει στην αποδυνάμωση του σήματος.

Στα παραπάνω διαγράμματα κατασκευάσαμε την απόκριση συχνότητας του φίλτρου χωρίς εσωτερική αντίστασηγεννήτρια και επίσης χωρίς φορτίο. Δηλαδή, σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση στην έξοδο του φίλτρου είναι άπειρη. Αυτό σημαίνει ότι είναι σκόπιμο να βεβαιωθείτε ότι κάθε επόμενο στάδιο έχει σημαντικά υψηλότερη σύνθετη αντίσταση εισόδου από το προηγούμενο. Επί του παρόντος, οι διαδοχικοί σύνδεσμοι έχουν ήδη βυθιστεί στη λήθη και τώρα χρησιμοποιούν ενεργά φίλτρα που είναι χτισμένα σε op-amp.

Ανάλυση του φίλτρου από το Aliexpress

Για να καταλάβετε την προηγούμενη ιδέα, θα αναλύσουμε ένα απλό παράδειγμα από τα αδέρφια μας με τα στενά μάτια. Το Aliexpress πουλά διάφορα φίλτρα υπογούφερ. Ας εξετάσουμε ένα από αυτά.

Όπως παρατηρήσατε, τα χαρακτηριστικά του φίλτρου είναι γραμμένα σε αυτό: αυτός ο τύποςΤο φίλτρο έχει σχεδιαστεί για ένα υπογούφερ 300 Watt, η χαρακτηριστική του κλίση είναι 12 dB/οκτάβα. Εάν συνδέσετε ένα υπογούφερ με αντίσταση πηνίου 4 ohms στην έξοδο του φίλτρου, η συχνότητα αποκοπής θα είναι 150 Hz. Εάν η αντίσταση του πηνίου του υπογούφερ είναι 8 ohms, τότε η συχνότητα αποκοπής θα είναι 300 Hz.

Για γεμάτες τσαγιέρες, ο πωλητής παρείχε ακόμη και ένα διάγραμμα στην περιγραφή του προϊόντος. Αυτή μοιάζει με αυτό:

Τις περισσότερες φορές μπορείτε να δείτε απευθείας στα ηχεία την τιμή της αντίστασης του πηνίου DC: 2 Ω, 4 Ω, 8 Ω. Λιγότερο συχνά 16 Ω. Το σύμβολο Ω μετά τους αριθμούς υποδεικνύει Ωμ. Θυμηθείτε επίσης ότι το πηνίο στο ηχείο είναι επαγωγικό.

Πώς συμπεριφέρεται ένας επαγωγέας σε διαφορετικές συχνότητες;

Όπως μπορείτε να δείτε, στο συνεχές ρεύμα το πηνίο του ηχείου έχει ενεργή αντίσταση, αφού τυλίγεται από χάλκινο σύρμα. Σε χαμηλές συχνότητες, μπαίνει στο παιχνίδι, το οποίο υπολογίζεται από τον τύπο:

Οπου

X L - αντίσταση πηνίου, Ohm

Το P είναι σταθερό και ίσο με περίπου 3,14

F - συχνότητα, Hz

L - αυτεπαγωγή, H

Δεδομένου ότι το υπογούφερ έχει σχεδιαστεί ειδικά για χαμηλές συχνότητες, αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση του ίδιου πηνίου προστίθεται σε σειρά με την ενεργή αντίσταση του ίδιου του πηνίου. Όμως στο πείραμά μας δεν θα το λάβουμε υπόψη μας, αφού δεν γνωρίζουμε την επαγωγή του φανταστικού μας ηχείου. Επομένως, λαμβάνουμε όλους τους πειραματικούς υπολογισμούς με ένα αξιοπρεπές σφάλμα.

Σύμφωνα με τους Κινέζους, όταν το φίλτρο ηχείων φορτωθεί με 4 Ohm, το εύρος ζώνης του θα φτάσει έως και τα 150 Hertz. Ας ελέγξουμε αν αυτό είναι αλήθεια:

Η απόκριση συχνότητάς του

Όπως μπορείτε να δείτε, η συχνότητα αποκοπής στα -3 dB ήταν σχεδόν 150 Hz.

Φορτώνουμε το φίλτρο μας με ένα ηχείο 8 ohm

Η συχνότητα αποκοπής ήταν 213 Hz.

Η περιγραφή του προϊόντος ανέφερε ότι η συχνότητα αποκοπής για ένα δευτερεύον 8 ohm θα ήταν 300 Hz. Νομίζω ότι μπορείς να εμπιστευτείς τους Κινέζους, αφού, πρώτον, όλα τα δεδομένα είναι κατά προσέγγιση, και δεύτερον, η προσομοίωση στα προγράμματα απέχει πολύ από την πραγματικότητα. Αλλά δεν ήταν αυτή η ουσία της εμπειρίας. Όπως βλέπουμε στην απόκριση συχνότητας, φορτώνοντας το φίλτρο με αντίσταση μεγαλύτερης τιμής, η συχνότητα αποκοπής μετατοπίζεται προς τα πάνω. Αυτό πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό φίλτρων.

Bandpass φίλτρα

Στο τελευταίο άρθρο εξετάσαμε ένα παράδειγμα φίλτρου ζώνης διέλευσης

Αυτή είναι η απόκριση συχνότητας αυτού του φίλτρου.

Η ιδιαιτερότητα τέτοιων φίλτρων είναι ότι έχουν δύο συχνότητες αποκοπής. Προσδιορίζονται επίσης σε επίπεδο -3 dB ή σε επίπεδο 0,707 από τη μέγιστη τιμή του συντελεστή μετάδοσης ή ακριβέστερα K u max /√2.

Ζωντανά φίλτρα συντονισμού

Εάν πρέπει να επιλέξουμε κάποια στενή ζώνη συχνοτήτων, χρησιμοποιούνται φίλτρα συντονισμού LC για αυτό. Συχνά ονομάζονται επίσης επιλεκτικά. Ας δούμε έναν από τους εκπροσώπους τους.

Το κύκλωμα LC σε συνδυασμό με την αντίσταση R σχηματίζεται. Ένα πηνίο και ένας πυκνωτής σε ένα ζευγάρι δημιουργούν μια τάση που στη συχνότητα συντονισμού θα έχει πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση, ευρέως γνωστή ως ανοιχτό κύκλωμα. Ως αποτέλεσμα, στην έξοδο του κυκλώματος σε συντονισμό θα υπάρχει η τιμή της τάσης εισόδου, με την προϋπόθεση ότι δεν συνδέουμε κανένα φορτίο στην έξοδο ενός τέτοιου φίλτρου.

Η απόκριση συχνότητας αυτού του φίλτρου θα μοιάζει κάπως έτσι:

Αν πάρουμε την τιμή του συντελεστή μετάδοσης κατά μήκος του άξονα Y, το γράφημα απόκρισης συχνότητας θα μοιάζει με αυτό:

Κατασκευάστε μια ευθεία γραμμή σε επίπεδο 0,707 και υπολογίστε το εύρος ζώνης ενός τέτοιου φίλτρου. Όπως μπορείτε να δείτε, θα είναι πολύ στενό. Ο παράγοντας ποιότητας Q σας επιτρέπει να αξιολογήσετε τα χαρακτηριστικά του κυκλώματος. Όσο υψηλότερος είναι ο παράγοντας ποιότητας, τόσο πιο ευκρινές είναι το χαρακτηριστικό.

Πώς να προσδιορίσετε τον παράγοντα ποιότητας από το γράφημα; Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να βρείτε τη συχνότητα συντονισμού χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Οπου

f 0 είναι η συχνότητα συντονισμού του κυκλώματος, Hz

L - αυτεπαγωγή πηνίου, H

C - χωρητικότητα του πυκνωτή, F

Αντικαθιστούμε L=1mH και C=1uF και παίρνουμε συχνότητα συντονισμού 5033 Hz για το κύκλωμά μας.

Τώρα πρέπει να προσδιορίσουμε το εύρος ζώνης του φίλτρου μας. Αυτό γίνεται ως συνήθως σε επίπεδο -3 dB, εάν η κατακόρυφη κλίμακα είναι , ή σε επίπεδο 0,707, εάν η κλίμακα είναι γραμμική.

Ας αυξήσουμε την κορυφή της απόκρισης συχνότητας και ας βρούμε δύο συχνότητες αποκοπής.

f 1 = 4839 Hz

f 2 = 5233 Hz

Επομένως, το εύρος ζώνης Δf=f 2 – f 1 = 5233-4839=394 Hz

Λοιπόν, το μόνο που μένει είναι να βρούμε τον παράγοντα ποιότητας:

Q=5033/394=12,77

Φίλτρα εγκοπής

Ένας άλλος τύπος κυκλώματος LC είναι το κύκλωμα σειράς LC.

Η απόκριση συχνότητάς του θα μοιάζει κάπως έτσι:

Φυσικά, αυτό το μειονέκτημα μπορεί να εξαλειφθεί με την τοποθέτηση του επαγωγέα σε μια οθόνη mu-metal, αλλά αυτό θα το κάνει μόνο πιο ακριβό. Οι σχεδιαστές προσπαθούν να αποφεύγουν τα επαγωγικά όποτε είναι δυνατόν. Όμως, χάρη στην πρόοδο, τα πηνία δεν χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε ενεργά φίλτρα που είναι κατασκευασμένα σε ενισχυτές λειτουργίας.

συμπέρασμα

Τα φίλτρα βρίσκουν πολλές εφαρμογές στα ραδιοηλεκτρονικά. Για παράδειγμα, στον τομέα των τηλεπικοινωνιών, χρησιμοποιούνται bandpass φίλτρα στο εύρος συχνοτήτων ήχου (20 Hz-20 KHz). Τα συστήματα απόκτησης δεδομένων χρησιμοποιούν φίλτρα χαμηλής διέλευσης (LPF). Στον μουσικό εξοπλισμό, τα φίλτρα καταστέλλουν τον θόρυβο, επιλέγουν μια συγκεκριμένη ομάδα συχνοτήτων για τα αντίστοιχα ηχεία και μπορούν επίσης να αλλάξουν τον ήχο. Στα συστήματα τροφοδοσίας, τα φίλτρα χρησιμοποιούνται συχνά για την καταστολή συχνοτήτων κοντά στη συχνότητα δικτύου 50/60 Hz. Στη βιομηχανία, τα φίλτρα χρησιμοποιούνται για την αντιστάθμιση του συνημιτόνου phi και χρησιμοποιούνται επίσης ως αρμονικά φίλτρα.

Περίληψη

Τα ηλεκτρικά φίλτρα χρησιμοποιούνται για να τονίσουν ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων και να μειώσουν τις περιττές συχνότητες.

Τα φίλτρα που είναι κατασκευασμένα σε παθητικά ραδιοστοιχεία όπως αντιστάσεις, επαγωγείς και πυκνωτές ονομάζονται παθητικά φίλτρα. Τα φίλτρα που περιέχουν ένα ενεργό ραδιοστοιχείο, όπως ένα τρανζίστορ ή ο ενισχυτής λειτουργίας, ονομάζονται ενεργά φίλτρα.

Όσο πιο απότομη είναι η μείωση του χαρακτηριστικού απόκρισης συχνότητας, τόσο καλύτερες είναι οι επιλεκτικές ιδιότητες του φίλτρου.

Με τη συμμετοχή του JEER

Όταν εργάζεστε με ηλεκτρικά σήματα, είναι συχνά απαραίτητο να απομονώσετε μία ζώνη συχνότητας ή συχνότητας από αυτά (για παράδειγμα, για να διαχωρίσετε τον θόρυβο και τα χρήσιμα σήματα). Για τέτοιο διαχωρισμό χρησιμοποιούνται ηλεκτρικά φίλτρα. Τα ενεργά φίλτρα, σε αντίθεση με τα παθητικά, περιλαμβάνουν ενισχυτές λειτουργίας (ή άλλα ενεργά στοιχεία, για παράδειγμα, τρανζίστορ, σωλήνες κενού) και έχουν πολλά πλεονεκτήματα. Παρέχουν καλύτερο διαχωρισμό των ζωνών διέλευσης και εξασθένησης και είναι σχετικά εύκολο να ρυθμίσετε την ανομοιομορφία σε αυτές απόκριση συχνότηταςστην περιοχή μετάδοσης και εξασθένησης. Επίσης, τα ενεργά κυκλώματα φίλτρων συνήθως δεν χρησιμοποιούν επαγωγείς. Στα ενεργά κυκλώματα φίλτρων, τα χαρακτηριστικά συχνότητας καθορίζονται από ανάδραση που εξαρτάται από τη συχνότητα.

Φίλτρο χαμηλής διέλευσης

Το κύκλωμα φίλτρου χαμηλής διέλευσης φαίνεται στο Σχ. 12.

Ρύζι. 12. Ενεργό φίλτρο χαμηλής διέλευσης.

Ο συντελεστής μετάδοσης ενός τέτοιου φίλτρου μπορεί να γραφτεί ως

, (5)

Και
. (6)

Στο ΠΡΟΣ ΤΗΝ 0 >>1

Συντελεστής μετάδοσης
στο (5) αποδεικνύεται ότι είναι το ίδιο με ένα παθητικό φίλτρο δεύτερης τάξης που περιέχει και τα τρία στοιχεία ( R, μεγάλο, ντο) (Εικ. 13), για το οποίο:

Ρύζι. 14. Απόκριση συχνότητας και απόκριση φάσης ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης για διαφορετικάQ .

Αν R 1 = R 3 = R Και ντο 2 = ντο 4 = Γ(στο Σχ. 12), τότε ο συντελεστής μετάδοσης μπορεί να γραφτεί ως

Χαρακτηριστικά πλάτους και συχνότητας φάσης ενός ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης για διαφορετικούς ποιοτικούς παράγοντες Qφαίνεται στο Σχ. 14 (οι παράμετροι του ηλεκτρικού κυκλώματος επιλέγονται έτσι ώστε ω 0 = 200 rad/s). Το σχήμα δείχνει ότι με την αύξηση Q

Το ενεργό χαμηλοπερατό φίλτρο πρώτης τάξης υλοποιείται από το κύκλωμα Εικ. 15.

Ρύζι. 15. Ενεργό χαμηλοπερατό φίλτρο πρώτης τάξης.

Ο συντελεστής μετάδοσης του φίλτρου είναι

.

Το παθητικό ανάλογο αυτού του φίλτρου φαίνεται στο Σχ. 16.

Συγκρίνοντας αυτούς τους συντελεστές μετάδοσης, βλέπουμε ότι για τις ίδιες χρονικές σταθερές τ’ 2 Και τ ο συντελεστής απολαβής του ενεργού φίλτρου πρώτης τάξης θα είναι μέσα ΠΡΟΣ ΤΗΝ 0 φορές περισσότερο από την παθητική.

Ρύζι. 17.Simulink-ενεργό μοντέλο φίλτρου χαμηλής διέλευσης.

Μπορείτε να μελετήσετε την απόκριση συχνότητας και την απόκριση φάσης του ενεργού φίλτρου που εξετάζουμε, για παράδειγμα, στο Simulink, χρησιμοποιώντας ένα μπλοκ συνάρτησης μεταφοράς. Για παραμέτρους ηλεκτρικό διάγραμμα ΠΡΟΣ ΤΗΝ R = 1, ω 0 = 200 rad/s και Q = 10 Simulink-το μοντέλο με το μπλοκ συνάρτησης μεταφοράς θα φαίνεται όπως φαίνεται στο Σχ. 17. Η απόκριση συχνότητας και η απόκριση φάσης μπορούν να ληφθούν χρησιμοποιώντας LTI- θεατής. Αλλά σε αυτή την περίπτωση είναι πιο εύκολο να χρησιμοποιήσετε την εντολή MATLAB συχνότητες. Παρακάτω είναι μια λίστα για τη λήψη γραφημάτων απόκρισης συχνότητας και απόκρισης φάσης.

w0=2e2; %φυσική συχνότητα

Q=10; % συντελεστής ποιότητας

w=0:1:400; % εύρος συχνότητας

b=; %διάνυσμα του αριθμητή της συνάρτησης μεταφοράς:

a=; %διάνυσμα του παρονομαστή της συνάρτησης μεταφοράς:

συχνότητες(b,a,w); %υπολογισμός και κατασκευή απόκρισης συχνότητας και απόκρισης φάσης

Χαρακτηριστικά πλάτους-συχνότητας ενός ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης (για τ = 1s και ΠΡΟΣ ΤΗΝ 0 = 1000) φαίνονται στο Σχ. 18. Το σχήμα δείχνει ότι με την αύξηση Qεκδηλώνεται η ηχηρή φύση του χαρακτηριστικού πλάτους-συχνότητας.

Ας δημιουργήσουμε ένα μοντέλο χαμηλοπερατού φίλτρου SimPowerSystems, χρησιμοποιώντας το μπλοκ op-amp που δημιουργήσαμε ( επιχειρήσεωνενισχυτής), όπως φαίνεται στο Σχήμα 19. Το μπλοκ λειτουργικού ενισχυτή είναι μη γραμμικό, επομένως στις ρυθμίσεις Προσομοίωση/ ΔιαμόρφωσηΠαράμετροιSimulinkγια να αυξήσετε την ταχύτητα υπολογισμού πρέπει να χρησιμοποιήσετε μεθόδους ode23tbή ωδή15ς. Είναι επίσης απαραίτητο να επιλέξετε το χρονικό βήμα με σύνεση.

Ρύζι. 18. Απόκριση συχνότητας και απόκριση φάσης του ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης (γιατ = 1γ).

Αφήνω R 1 = R 3 = R 6 = 100 Ohm, R 5 = 190 Ohm, ντο 2 = ντο 4 = 5*10 -5 F. Για την περίπτωση που η συχνότητα πηγής συμπίπτει με τη φυσική συχνότητα του συστήματος ω 0 , το σήμα στην έξοδο του φίλτρου φτάνει στο μέγιστο πλάτος του (φαίνεται στο Σχ. 20). Το σήμα αντιπροσωπεύει εξαναγκασμένες ταλαντώσεις σταθερής κατάστασης με τη συχνότητα πηγής. Το γράφημα δείχνει καθαρά τη μεταβατική διαδικασία που προκαλείται από την ενεργοποίηση του κυκλώματος σε μια χρονική στιγμή t= 0. Το γράφημα δείχνει επίσης αποκλίσεις του σήματος από το ημιτονοειδές σχήμα κοντά στα άκρα. Στο Σχ. 21. Εμφανίζεται ένα μεγεθυσμένο τμήμα του προηγούμενου γραφήματος. Αυτές οι αποκλίσεις μπορούν να εξηγηθούν από τον κορεσμό op-amp (μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές τάσης στην έξοδο op-amp ± 15 V). Είναι προφανές ότι όσο αυξάνεται το πλάτος του σήματος πηγής, αυξάνεται και η περιοχή παραμόρφωσης του σήματος στην έξοδο.

Ρύζι. 19. Μοντέλο ενεργού χαμηλοπερατού φίλτρου σεSimPowerSystems.

Ρύζι. 20. Σήμα στην έξοδο ενός ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης.

Ρύζι. 21. Θραύσμα του σήματος στην έξοδο ενός ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης.

Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσουμε για φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης, πώς χαρακτηρίζονται και τις ποικιλίες τους.

Φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης- Αυτό ηλεκτρικά κυκλώματα, που αποτελείται από στοιχεία που έχουν μη γραμμική απόκριση συχνότητας - με διαφορετική αντίσταση σε διαφορετικές συχνότητες.

Τα φίλτρα συχνότητας μπορούν να χωριστούν σε φίλτρα υψηλής διέλευσης (υψηλής διέλευσης) και φίλτρα χαμηλής διέλευσης (χαμηλοπερατά). Γιατί οι άνθρωποι λένε συχνά «ανώτερες» παρά «υψηλές» συχνότητες; Γιατί στην ηχητική μηχανική οι χαμηλές συχνότητες τελειώνουν στα 2 kilohertz και αρχίζουν οι υψηλές συχνότητες. Και στη ραδιομηχανική, τα 2 kilohertz είναι μια άλλη κατηγορία - ηχητική συχνότητα, που σημαίνει "χαμηλή συχνότητα"! Στη μηχανική ήχου υπάρχει μια άλλη έννοια - οι μεσαίες συχνότητες. Έτσι, τα φίλτρα μεσαίας διέλευσης είναι συνήθως είτε ένας συνδυασμός δύο φίλτρων χαμηλής διέλευσης και υψηλής διέλευσης, είτε άλλου είδους φίλτρου ζώνης.

Ας το επαναλάβουμε ξανά:

Για τον χαρακτηρισμό των φίλτρων χαμηλής και υψηλής διέλευσης, και όχι μόνο φίλτρων, αλλά και οποιωνδήποτε στοιχείων ραδιοκυκλωμάτων, υπάρχει μια ιδέα - απόκριση πλάτους-συχνότητας, ή απόκριση συχνότητας

Τα φίλτρα συχνότητας χαρακτηρίζονται από δείκτες

Συχνότητα αποκοπής– αυτή είναι η συχνότητα στην οποία το πλάτος του σήματος εξόδου του φίλτρου μειώνεται σε μια τιμή 0,7 από το σήμα εισόδου.

Κλίση απόκρισης συχνότητας φίλτρουείναι ένα χαρακτηριστικό φίλτρου που δείχνει πόσο απότομα μειώνεται το πλάτος του σήματος εξόδου του φίλτρου όταν αλλάζει η συχνότητα του σήματος εισόδου. Στην ιδανική περίπτωση, θα πρέπει να προσπαθήσετε για τη μέγιστη (κάθετη) μείωση της απόκρισης συχνότητας.

Τα φίλτρα συχνότητας κατασκευάζονται από στοιχεία με αντίσταση - πυκνωτές και επαγωγείς. Αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται σε φίλτρα πυκνωτών ( Χ Γ ) και επαγωγείς ( X L ) σχετίζονται με τη συχνότητα με τους παρακάτω τύπους:

Ο υπολογισμός των φίλτρων πριν από τη διεξαγωγή πειραμάτων με χρήση ειδικού εξοπλισμού (γεννήτριες, αναλυτές φάσματος και άλλες συσκευές) είναι ευκολότερο να γίνει στο σπίτι σε πρόγραμμα της Microsoft Excel, κάνοντας έναν απλό αυτόματο πίνακα υπολογισμών (πρέπει να μπορείτε να εργαστείτε με τύπους στο Excel). Χρησιμοποιώ αυτή τη μέθοδο για τον υπολογισμό τυχόν κυκλωμάτων. Πρώτα, φτιάχνω έναν πίνακα, εισάγω τα δεδομένα, παίρνω έναν υπολογισμό, τον οποίο μεταφέρω σε χαρτί με τη μορφή γραφήματος απόκρισης συχνότητας, αλλάζω τις παραμέτρους και σχεδιάζω ξανά τα σημεία απόκρισης συχνότητας. Σε αυτή τη μέθοδο, δεν χρειάζεται να αναπτυχθεί ένα «εργαστήριο οργάνων μέτρησης», ο υπολογισμός και η σχεδίαση της απόκρισης συχνότητας εκτελούνται γρήγορα.

Θα πρέπει να προστεθεί ότι ο υπολογισμός του φίλτρου θα είναι σωστός όταν εκτελεστεί ο κανόνας:

Για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια του φίλτρου, είναι απαραίτητο η τιμή αντίστασης των στοιχείων του φίλτρου να είναι περίπου δύο τάξεις μεγέθους μικρότερη (100 φορές) από την αντίσταση του φορτίου που συνδέεται με την έξοδο του φίλτρου. Καθώς αυτή η διαφορά μειώνεται, η ποιότητα του φίλτρου υποβαθμίζεται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αντίσταση φορτίου επηρεάζει την ποιότητα του φίλτρου συχνότητας. Εάν δεν χρειάζεστε υψηλή ακρίβεια, τότε αυτή η διαφορά μπορεί να μειωθεί έως και 10 φορές.

Τα φίλτρα συχνότητας είναι:

1. Μονοστοιχείο (πυκνωτής - ως φίλτρο υψηλής διέλευσης, ή επαγωγέας - ως φίλτρο χαμηλής διέλευσης).

2. σχήμα L - από εμφάνισημοιάζουν με το γράμμα G στραμμένο προς την άλλη κατεύθυνση.

3. Σχήμα Τ - στην εμφάνιση μοιάζουν με το γράμμα Τ.

4. Σε σχήμα U - στην εμφάνιση μοιάζουν με το γράμμα P.

5. Multi-link - τα ίδια φίλτρα σχήματος L συνδεδεμένα σε σειρά.

Μονοστοιχειακά φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης

Συνήθως, χρησιμοποιούνται απευθείας φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης ενός στοιχείου συστήματα ηχείων ισχυρούς ενισχυτέςσυχνότητα ήχου, για τη βελτίωση του ήχου των ίδιων των ηχείων ήχου.

Συνδέονται σε σειρά με τις δυναμικές κεφαλές. Πρώτον, προστατεύουν τόσο τις δυναμικές κεφαλές από ένα ισχυρό ηλεκτρικό σήμα όσο και τον ενισχυτή από χαμηλή αντίσταση φορτίου χωρίς να τον φορτώνουν με επιπλέον ηχεία σε συχνότητα που αυτά τα ηχεία δεν αναπαράγουν. Δεύτερον, κάνουν την αναπαραγωγή πιο ευχάριστη στο αυτί.

Για να υπολογίσετε ένα φίλτρο ενός στοιχείου, πρέπει να γνωρίζετε την αντίσταση του δυναμικού πηνίου κεφαλής. Ο υπολογισμός γίνεται χρησιμοποιώντας τους τύπους διαιρέτη τάσης, κάτι που ισχύει και για ένα φίλτρο σχήματος L. Τις περισσότερες φορές, τα φίλτρα ενός στοιχείου επιλέγονται "από το αυτί". Για να επισημάνετε τις υψηλές συχνότητες στο tweeter, εγκαθίσταται ένας πυκνωτής σε σειρά με αυτό και για να επισημάνετε τις χαμηλές συχνότητες σε ένα ηχείο χαμηλής συχνότητας (ή subwoofer), ένα τσοκ (επαγωγέας) συνδέεται σε σειρά με αυτό. Για παράδειγμα, με ισχύ της τάξης των 20...50 Watt, είναι βέλτιστο να χρησιμοποιείτε πυκνωτή 5...20 μF για τουίτερ και ως τσοκ για ηχεία χαμηλής συχνότητας, να χρησιμοποιείτε πηνίο τυλιγμένο με εμαγιέ χαλκό σύρμα, διαμέτρου 0,3...1,0 mm, σε καρούλι από βιντεοκασέτα VHS και που περιέχει 200...1000 στροφές. Υποδεικνύονται ευρεία όρια, επειδή η επιλογή είναι ατομική υπόθεση.

Φίλτρα σε σχήμα L

Υψηλοπερατό ή χαμηλοπερατό φίλτρο σχήματος L— ένας διαιρέτης τάσης που αποτελείται από δύο στοιχεία με μη γραμμική απόκριση συχνότητας. Για ένα φίλτρο σχήματος L, ισχύει το κύκλωμα και όλοι οι τύποι για το διαιρέτη τάσης.

Φίλτρα συχνότητας σχήματος L σε πυκνωτή και αντίσταση

R 1 ΜΕ Χ Γ .

Η αρχή της λειτουργίας ενός τέτοιου φίλτρου: ένας πυκνωτής, με χαμηλή αντίσταση σε υψηλές συχνότητες, διέρχεται ρεύμα ανεμπόδιστα και σε χαμηλές συχνότητες η αντίδρασή του είναι μέγιστη, επομένως δεν περνά ρεύμα από αυτόν.

Από το άρθρο "Διαιρέτης τάσης" γνωρίζουμε ότι οι τιμές των αντιστάσεων μπορούν να περιγραφούν με τους τύπους:

ή

Χ Γ και συχνότητα αποκοπής.

R 2 στην αντίσταση της αντίστασης R 1 (Χ Γ ) αντιστοιχεί στην: R 2 / R 1 = 0,7 / 0,3 = 2,33 . Αυτό υπονοεί: C = 1,16 / R 2 πf , Οπου φά – συχνότητα αποκοπής της απόκρισης συχνότητας του φίλτρου.

R 2 διαιρέτης τάσης προς πυκνωτή ΜΕ , έχοντας τη δική του αντίδραση Χ Γ .

Η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου φίλτρου: ο πυκνωτής, που έχει χαμηλή αντίδραση σε υψηλές συχνότητες, μεταφέρει ρεύματα υψηλής συχνότητας στο περίβλημα και σε χαμηλές συχνότητες η αντίδρασή του είναι μέγιστη, επομένως δεν περνά ρεύμα από αυτόν.

Από το άρθρο "Διαιρέτης τάσης" χρησιμοποιούμε τους ίδιους τύπους:

ή

Λαμβάνοντας την τάση εισόδου ως 1 (μονάδα), και τάση εξόδουγια 0,7 (η τιμή που αντιστοιχεί στην αποκοπή), γνωρίζοντας την αντίδραση του πυκνωτή, η οποία είναι ίση με:

Αντικαθιστώντας τις τιμές τάσης, βρίσκουμε Χ Γ και συχνότητα αποκοπής.

R 2 (Χ Γ ) στην αντίσταση της αντίστασης R 1 αντιστοιχεί στην: R 2 / R 1 = 0,7 / 0,3 = 2,33 . Αυτό υπονοεί: C = 1 / (4,66 x R 1 πf) , Οπου φά – συχνότητα αποκοπής της απόκρισης συχνότητας του φίλτρου.

Φίλτρα συχνότητας σχήματος L σε επαγωγέα και αντίσταση

Το υψηλοπερατό φίλτρο λαμβάνεται με την αντικατάσταση της αντίστασης R 2 μεγάλο X L .

Η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου φίλτρου: η αυτεπαγωγή, που έχει χαμηλή αντίδραση σε χαμηλές συχνότητες, τα μεταφέρει στο περίβλημα και σε υψηλές συχνότητες η αντίδρασή του είναι μέγιστη, επομένως δεν περνά ρεύμα από αυτό.

Αντικαθιστώντας τις τιμές τάσης, βρίσκουμε X L και συχνότητα αποκοπής.

Όπως και με το υψηλοπερατό φίλτρο, οι υπολογισμοί μπορούν να γίνουν αντίστροφα. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το πλάτος της τάσης εξόδου του φίλτρου (ως διαιρέτης τάσης) στη συχνότητα αποκοπής της απόκρισης συχνότητας πρέπει να είναι ίσο με το 0,7 της τάσης εισόδου, προκύπτει ότι ο λόγος της αντίστασης της αντίστασης R 2 (X L ) στην αντίσταση της αντίστασης R 1 αντιστοιχεί στην: R 2 / R 1 = 0,7 / 0,3 = 2,33 . Αυτό υπονοεί: L = 1,16 R 1 / (πf) .

Ένα χαμηλοπερατό φίλτρο λαμβάνεται με την αντικατάσταση της αντίστασης R 1 διαιρέτης τάσης προς πηνίο μεγάλο , το οποίο έχει τη δική του αντίδραση X L .

Η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου φίλτρου: ο επαγωγέας, που έχει χαμηλή αντίδραση σε χαμηλές συχνότητες, διέρχεται ρεύμα ανεμπόδιστα και σε υψηλές συχνότητες η αντίδρασή του είναι μέγιστη, επομένως δεν περνά ρεύμα από αυτό.

Χρησιμοποιώντας τους ίδιους τύπους από το άρθρο "Διαιρέτης τάσης" και λαμβάνοντας την τάση εισόδου ως 1 (μονάδα) και την τάση εξόδου ως 0,7 (η τιμή που αντιστοιχεί στην αποκοπή), γνωρίζοντας την αντίδραση του επαγωγέα, η οποία ισούται με:

Αντικαθιστώντας τις τιμές τάσης, βρίσκουμε X L και συχνότητα αποκοπής.

Μπορείτε να κάνετε τους υπολογισμούς με αντίστροφη σειρά. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το πλάτος της τάσης εξόδου του φίλτρου (ως διαιρέτης τάσης) στη συχνότητα αποκοπής της απόκρισης συχνότητας πρέπει να είναι ίσο με το 0,7 της τάσης εισόδου, προκύπτει ότι ο λόγος της αντίστασης της αντίστασης R 2 στην αντίσταση της αντίστασης R 1 (X L ) αντιστοιχεί στην: R 2 / R 1 = 0,7 / 0,3 = 2,33 . Αυτό υπονοεί: L = R 2 / (4,66 πf)

Φίλτρα συχνότητας σχήματος L σε πυκνωτή και επαγωγέα

Ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης λαμβάνεται από έναν συνηθισμένο διαιρέτη τάσης αντικαθιστώντας όχι μόνο την αντίσταση R 1 στον πυκνωτή ΜΕ , καθώς και μια αντίσταση R 2 στο γκάζι μεγάλο . Ένα τέτοιο φίλτρο έχει πιο σημαντική περικοπή συχνότητας (πιο απότομη πτώση) στην απόκριση συχνότητας από τα προαναφερθέντα φίλτρα με βάση R.C.ή R.L.αλυσίδες.

Όπως έγινε νωρίτερα, χρησιμοποιούμε τις ίδιες μεθόδους υπολογισμού. Πυκνωτής ΜΕ , έχει τη δική του αντίδραση Χ Γ , και το γκάζι μεγάλο — αντιδραστικότητα X L :

Αντικαθιστώντας τις τιμές διαφόρων ποσοτήτων - τάσεις, αντιστάσεις εισόδου ή εξόδου των φίλτρων, μπορούμε να βρούμε ΜΕ Και μεγάλο , συχνότητα αποκοπής απόκρισης συχνότητας. Μπορείτε επίσης να κάνετε τους υπολογισμούς με αντίστροφη σειρά. Δεδομένου ότι υπάρχουν δύο μεταβλητές ποσότητες - η επαγωγή και η χωρητικότητα, η τιμή της αντίστασης εισόδου ή εξόδου του φίλτρου ορίζεται συχνότερα ως διαιρέτης τάσης στη συχνότητα αποκοπής της απόκρισης συχνότητας και με βάση αυτή την τιμή, βρίσκονται οι υπόλοιπες παράμετροι .

Ένα χαμηλοπερατό φίλτρο λαμβάνεται με την αντικατάσταση της αντίστασης R 1 διαιρέτης τάσης προς πηνίο μεγάλο , και την αντίσταση R 2 στον πυκνωτή ΜΕ .

Όπως περιγράφηκε προηγουμένως, χρησιμοποιούνται οι ίδιες μέθοδοι υπολογισμού, μέσω των τύπων διαιρέτη τάσης και της αντίδρασης των στοιχείων του φίλτρου. Σε αυτή την περίπτωση, εξισώνουμε την τιμή της αντίστασης R 1 στην αντίδραση γκαζιού X L , ΕΝΑ R 2 στην αντίδραση του πυκνωτή Χ Γ .

Φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης σχήματος Τ

Τα φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης σχήματος Τ είναι τα ίδια φίλτρα σχήματος L, στα οποία προστίθεται ένα ακόμη στοιχείο. Έτσι, υπολογίζονται με τον ίδιο τρόπο όπως ένας διαιρέτης τάσης που αποτελείται από δύο στοιχεία με μη γραμμική απόκριση συχνότητας. Και στη συνέχεια, η τιμή αντίδρασης του τρίτου στοιχείου προστίθεται στην υπολογιζόμενη τιμή. Μια άλλη, λιγότερο ακριβής μέθοδος υπολογισμού ενός φίλτρου σχήματος Τ ξεκινά με τον υπολογισμό του φίλτρου σχήματος L, μετά τον οποίο η τιμή του "πρώτου" υπολογισμένου στοιχείου του φίλτρου σχήματος L αυξάνεται ή μειώνεται στο μισό - "κατανέμεται" μεταξύ δύο στοιχεία του φίλτρου σε σχήμα Τ. Αν πρόκειται για πυκνωτή, τότε η τιμή της χωρητικότητας των πυκνωτών στο φίλτρο Τ διπλασιάζεται και αν είναι αντίσταση ή επαγωγέας, τότε η τιμή της αντίστασης ή της επαγωγής των πηνίων μειώνεται στο μισό. Ο μετασχηματισμός των φίλτρων φαίνεται στα σχήματα. Η ιδιαιτερότητα των φίλτρων σχήματος Τ είναι ότι, σε σύγκριση με τα φίλτρα σχήματος L, η αντίσταση εξόδου τους έχει μικρότερη επίδραση διαφυγής στα ραδιοκυκλώματα πίσω από το φίλτρο.

Φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης σχήματος U

Τα φίλτρα σχήματος U είναι τα ίδια φίλτρα σχήματος L, στα οποία προστίθεται ένα άλλο στοιχείο μπροστά από το φίλτρο. Όλα όσα έχουν γραφτεί για τα φίλτρα σχήματος Τ ισχύουν για τα φίλτρα σχήματος U, η μόνη διαφορά είναι ότι σε σύγκριση με τα φίλτρα σχήματος L, αυξάνουν ελαφρώς το φαινόμενο διακλάδωσης στα ραδιοκυκλώματα μπροστά από το φίλτρο.

Όπως και στην περίπτωση των φίλτρων σχήματος Τ, για τον υπολογισμό των φίλτρων σχήματος U, χρησιμοποιούνται τύποι διαιρέτη τάσης, με την προσθήκη μιας πρόσθετης αντίστασης διακλάδωσης του πρώτου στοιχείου φίλτρου. Μια άλλη, λιγότερο ακριβής μέθοδος υπολογισμού ενός φίλτρου σχήματος U ξεκινά με τον υπολογισμό του φίλτρου σχήματος L, μετά τον οποίο η τιμή του "τελευταίου" υπολογισμένου στοιχείου του φίλτρου σχήματος L αυξάνεται ή μειώνεται στο μισό - "κατανέμεται" μεταξύ δύο στοιχεία του φίλτρου σχήματος U. Σε αντίθεση με το φίλτρο σχήματος Τ, εάν είναι πυκνωτής, τότε η τιμή της χωρητικότητας των πυκνωτών στο φίλτρο P μειώνεται στο μισό και αν είναι αντίσταση ή επαγωγέας, τότε η τιμή της αντίστασης ή της επαγωγής του τα πηνία διπλασιάζονται.

Λόγω του γεγονότος ότι η κατασκευή επαγωγέων (τσοκ) απαιτεί ορισμένες προσπάθειες, και μερικές φορές πρόσθετο χώρο για την τοποθέτησή τους, είναι πιο κερδοφόρο να κατασκευάζονται φίλτρα από πυκνωτές και αντιστάσεις, χωρίς τη χρήση πηνίων. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για συχνότητες ήχου. Έτσι, τα φίλτρα υψηλής διέλευσης γίνονται συνήθως σε σχήμα Τ και τα χαμηλοπερατά φίλτρα σε σχήμα U. Υπάρχουν επίσης φίλτρα μεσαίας διέλευσης, τα οποία, κατά κανόνα, κατασκευάζονται σε σχήμα L (από δύο πυκνωτές).

Ζωντανά φίλτρα συντονισμού

Τα φίλτρα συχνότητας διέλευσης ζώνης έχουν σχεδιαστεί για να απομονώνουν ή να απορρίπτουν (κόβουν) μια συγκεκριμένη ζώνη συχνοτήτων. Τα φίλτρα συχνότητας συντονισμού μπορεί να αποτελούνται από ένα, δύο ή τρία ταλαντευόμενα κυκλώματα συντονισμένα σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Τα φίλτρα συντονισμού έχουν την πιο απότομη αύξηση (ή πτώση) στην απόκριση συχνότητας σε σύγκριση με άλλα (μη συντονισμένα) φίλτρα. Τα φίλτρα συχνότητας συντονισμού ζώνης διέλευσης μπορεί να είναι μονοστοιχειακού - με ένα κύκλωμα, σχήματος L - με δύο κυκλώματα, σχήματος T και U - με τρία κυκλώματα, πολλαπλών στοιχείων - με τέσσερα ή περισσότερα κυκλώματα.

Το σχήμα δείχνει ένα διάγραμμα ενός φίλτρου συντονισμού ζώνης διέλευσης σχήματος Τ που έχει σχεδιαστεί για να απομονώνει μια συγκεκριμένη συχνότητα. Αποτελείται από τρία ταλαντευόμενα κυκλώματα. C 1 L 1 Και C 3 L 3 – Τα σειριακά κυκλώματα ταλάντωσης, στη συχνότητα συντονισμού έχουν χαμηλή αντίσταση στο ρεύμα ροής και σε άλλες συχνότητες, αντίθετα, έχουν υψηλή αντίσταση. Παράλληλο κύκλωμα C 2 L 2 Αντίθετα, έχει υψηλή αντίσταση στη συχνότητα συντονισμού, ενώ έχει χαμηλή αντίσταση σε άλλες συχνότητες. Για να επεκτείνουν το εύρος ζώνης ενός τέτοιου φίλτρου, μειώνουν τον παράγοντα ποιότητας των κυκλωμάτων, αλλάζοντας τη σχεδίαση των επαγωγέων, αποσυντονίζοντας τα κυκλώματα "δεξιά, αριστερά" σε μια συχνότητα ελαφρώς διαφορετική από την κεντρική συντονισμένη, παράλληλη με το κύκλωμα C 2 L 2 συνδέστε μια αντίσταση.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα διάγραμμα ενός φίλτρου συντονισμού εγκοπής σχήματος Τ που έχει σχεδιαστεί για να καταστέλλει μια συγκεκριμένη συχνότητα. Όπως και το προηγούμενο φίλτρο, αποτελείται από τρία ταλαντευόμενα κυκλώματα, αλλά η αρχή της επιλογής συχνότητας για ένα τέτοιο φίλτρο είναι διαφορετική. C 1 L 1 Και C 3 L 3 – τα παράλληλα ταλαντωτικά κυκλώματα, στη συχνότητα συντονισμού έχουν μεγάλη αντίσταση στο ρεύμα ροής, και σε άλλες συχνότητες - μικρή. Παράλληλο κύκλωμα C 2 L 2 Αντιθέτως, έχει χαμηλή αντίσταση στη συχνότητα συντονισμού, αλλά έχει υψηλή αντίσταση σε άλλες συχνότητες. Έτσι, εάν το προηγούμενο φίλτρο επιλέξει τη συχνότητα συντονισμού και καταστέλλει τις υπόλοιπες συχνότητες, τότε αυτό το φίλτρο περνά ελεύθερα όλες τις συχνότητες εκτός από τη συχνότητα συντονισμού.

Η διαδικασία για τον υπολογισμό των φίλτρων συντονισμού ζώνης διέλευσης βασίζεται στον ίδιο διαιρέτη τάσης, όπου το κύκλωμα LC με τη χαρακτηριστική του αντίσταση λειτουργεί ως ένα μόνο στοιχείο. Πώς υπολογίζεται ένα κύκλωμα ταλάντωσης, καθορίζεται η συχνότητα συντονισμού, ο συντελεστής ποιότητας και η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση (κύμα), μπορείτε να βρείτε στο άρθρο