Aktīvie filtri tiek ieviesti, izmantojot pastiprinātājus (parasti op-amps) un pasīvos RC filtrus. Starp aktīvo filtru priekšrocībām salīdzinājumā ar pasīvajiem ir jāizceļ:

· induktoru trūkums;

· labāka selektivitāte;

· kompensācija par noderīgu signālu vājināšanos vai pat to pastiprināšanu;

· piemērotība ieviešanai IC formā.

Aktīvajiem filtriem ir arī trūkumi:

¨ enerģijas patēriņš no strāvas avota;

¨ ierobežots dinamiskais diapazons;

¨ papildu nelineāri signāla kropļojumi.

Mēs arī atzīmējam, ka aktīvo filtru izmantošana ar darbības pastiprinātājiem frekvencēs, kas pārsniedz desmitiem megahercu, ir sarežģīta, jo visbiežāk izmantotajiem darbības pastiprinātājiem ir zema vienotības pastiprinājuma frekvence. Aktīvo filtru priekšrocības operatīvajos pastiprinātājos ir īpaši acīmredzamas zemas frekvences ah, līdz hercu daļām.

Vispārīgā gadījumā var pieņemt, ka operācijas pastiprinātājs aktīvajā filtrā koriģē pasīvā filtra frekvences reakciju, nodrošinot dažādus nosacījumus dažādu signāla spektra frekvenču pārejai, kompensē zaudējumus noteiktās frekvencēs, kas noved pie krasi izejas sprieguma kritumi uz frekvences reakcijas nogāzēm. Šiem nolūkiem darbības pastiprinātājos tiek izmantotas dažādas frekvences selektīvas atgriezeniskās saites cilpas. Aktīvie filtri nodrošina visu veidu filtru frekvences reakcijas iegūšanu: zemās caurlaidības (LPF), augstas caurlaidības (HPF) un joslas caurlaides (PF).

Jebkura filtra sintēzes pirmais posms ir pārsūtīšanas funkcijas noteikšana (operatora vai kompleksā formā), kas atbilst praktiskās iespējamības nosacījumiem un vienlaikus nodrošina nepieciešamo frekvences reakciju vai fāzes reakciju (bet ne abus). filtru. Šo posmu sauc par filtra raksturlielumu tuvināšanu.

Operatora funkcija ir polinomu attiecība:

K( lpp)=A( lpp)/B( lpp),

un to unikāli nosaka nulles un stabi. Vienkāršākais skaitītāja polinoms ir konstante. Funkcijas polu skaits (un operētājsistēmas pastiprinātāja aktīvajos filtros polu skaits parasti ir vienāds ar kondensatoru skaitu ķēdēs, kas veido frekvences reakciju) nosaka filtra secību. Filtra secība norāda tā frekvences reakcijas samazināšanās ātrumu, kas pirmajam ir 20 dB/dec, otrajam - 40 dB/dec, trešajam - 60 dB/dec utt.

Aproksimācijas uzdevums tiek atrisināts zemfrekvences filtram, tad, izmantojot frekvences inversijas metodi, iegūtā atkarība tiek izmantota cita veida filtriem. Vairumā gadījumu frekvences reakcija tiek iestatīta, ņemot normalizēto pārraides koeficientu:

,

kur f(x) ir filtrēšanas funkcija; - normalizēta frekvence; - filtra izslēgšanas frekvence; e ir pieļaujamā novirze caurlaides joslā.

Atkarībā no tā, kura funkcija tiek ņemta par f(x), tiek izdalīti filtri (sākot no otrās kārtas) Butterworth, Chebyshev, Bessel uc Attēlā 7.15 parādīti to salīdzinošie raksturlielumi.

Butterworth filtrs (Butterworth funkcija) apraksta frekvences reakciju ar visplakanāko daļu caurlaides joslā un salīdzinoši zemu samazinājuma ātrumu. Šāda zemfrekvences filtra frekvences reakciju var attēlot šādā formā:

kur n ir filtru secība.

Čebiševa filtrs (Chebyshev funkcija) apraksta frekvences reakciju ar zināmu nevienmērību caurlaides joslā, bet ne lielāku samazinājuma ātrumu.

Besela filtru raksturo lineāra fāzes reakcija, kā rezultātā signāli, kuru frekvences atrodas caurlaides joslā, iziet cauri filtram bez kropļojumiem. Jo īpaši Besela filtri nerada emisijas, apstrādājot kvadrātviļņu svārstības.

Papildus uzskaitītajiem aktīvo filtru frekvences reakcijas tuvinājumiem ir zināmi arī citi, piemēram, apgrieztais Čebiševa filtrs, Zolotareva filtrs utt. Ņemiet vērā, ka aktīvās filtru ķēdes nemainās atkarībā no frekvences reakcijas tuvinājuma veida, bet mainās to elementu vērtību attiecības.

Vienkāršākie (pirmās kārtas) HPF, LPF, PF un to LFC ir parādīti 7.16. attēlā.

Šajos filtros kondensators, kas nosaka frekvences reakciju, ir iekļauts OOS ķēdē.

Augstas caurlaidības filtram (7.16.a attēls) pārraides koeficients ir vienāds ar:

,

Asimptotu konjugācijas biežums tiek atrasts no stāvokļa, no kurienes

.

Zemas caurlaidības filtram (7.16.b attēls) mums ir:

,

.

PF (7.16.c attēls) satur augstfrekvences filtra un zemas caurlaidības filtra elementus.

Jūs varat palielināt LFC nolaišanās slīpumu, palielinot filtru secību. Aktīvie zemas caurlaidības filtri, augstfrekvences filtri un otrās kārtas filtru filtri ir parādīti 7.17. attēlā.

To asimptotu slīpums var sasniegt 40 dB/dec, un pāreja no zemfrekvences filtra uz augstfrekvences filtru, kā redzams 7.17.a, b attēlā, tiek veikta, aizstājot rezistorus ar kondensatoriem un otrādi. PF (7.17.c attēls) satur augstas caurlaidības filtru un zemas caurlaidības filtra elementus. Pārsūtīšanas funkcijas ir vienādas:

¨ zemas caurlaidības filtram:

;

¨ augstfrekvences filtram:

.

PF rezonanses frekvence ir vienāda ar:

.

Zemas caurlaidības filtram un augstfrekvences filtram robežfrekvences ir attiecīgi vienādas ar:

;

.

Diezgan bieži otrās kārtas PF tiek ieviesti, izmantojot tilta shēmas. Visizplatītākie ir dubultie T veida tilti, kas “nelaiž garām” signālu rezonanses frekvencē (7.18.a attēls) un Wien tilti, kuriem ir maksimālais pārraides koeficients pie rezonanses frekvences (7.18.b attēls).

Tilta shēmas ir iekļautas PIC un OOS shēmās. Divkāršā T veida tilta gadījumā atgriezeniskās saites dziļums rezonanses frekvencē ir minimāls, un pastiprinājums šajā frekvencē ir maksimāls. Izmantojot Wien tiltu, pastiprinājums pie rezonanses frekvences ir maksimāls, jo maksimālais POS dziļums. Tajā pašā laikā, lai saglabātu stabilitāti, OOS dziļumam, kas ieviests, izmantojot rezistorus, jābūt lielākam par POS dziļumu. Ja POS un OOS dziļumi ir tuvu, tad šādam filtram var būt līdzvērtīgs kvalitātes koeficients Q»2000.

Dubultā T veida tilta rezonanses frekvence pie un , un Vīnes tilts Un , ir vienāds , un tas tiek izvēlēts, pamatojoties uz stabilitātes nosacījumu , jo Vīnes tilta pārraides koeficients frekvencē ir 1/3.

Lai iegūtu iecirtuma filtru, var pieslēgt dubultu T veida tiltu, kā parādīts 7.18c attēlā, vai arī OOS ķēdē var iekļaut Wien tiltu.

Lai izveidotu aktīvo noskaņojamo filtru, parasti tiek izmantots Wien tilts, kura rezistori ir izgatavoti divu mainīgu rezistoru veidā.

Ir iespējams uzbūvēt aktīvo universālo filtru (LPF, HPF un PF), kura shēmas versija ir parādīta 7.19. attēlā.

Tas sastāv no operētājsistēmas pastiprinātāja un diviem pirmās kārtas zemfrekvences filtriem operētājsistēmā un , kas ir savienoti virknē. Ja , tad savienojuma frekvence . LFC asimptotu slīpums ir aptuveni 40 dB/dec. Universālajam aktīvajam filtram ir laba parametru stabilitāte un augsts kvalitātes koeficients (līdz 100). Diezgan bieži izmanto sērijas IC līdzīgu principuēku filtri.

Ģiratori

To sauc par žiratoru elektroniska ierīce, kas pārvērš reaktīvo elementu kopējo pretestību. Parasti tas ir kapacitātes-induktivitātes pārveidotājs, t.i. ekvivalents induktivitātei. Dažreiz giratorus sauc par induktivitātes sintezatoriem. Plašā giratoru izmantošana IC ir izskaidrojama ar lielajām grūtībām ražot induktorus, izmantojot cietvielu tehnoloģiju. Giratoru izmantošana ļauj iegūt salīdzinoši lielu induktivitāti ar labām svara un izmēra īpašībām.

7.20. attēlā parādīta elektriskā shēma vienai no žiratora opcijām, kas ir op-amp retranslators, kas pārklāts ar frekvences selektīvo PIC ( un ).

Tā kā, palielinoties signāla frekvencei, kondensatora kapacitāte samazinās, spriegums punktā A palielināsies. Līdz ar to palielināsies spriegums pie op-amp izejas. Palielināts spriegums no izejas caur PIC ķēdi tiek piegādāts neinvertējošajai ieejai, kas rada turpmāku sprieguma palielināšanos punktā. A, un jo intensīvāka, jo augstāka ir frekvence. Tādējādi spriegums punktā A uzvedas kā spriegums pāri induktors. Sintezēto induktivitāti nosaka pēc formulas:

.

Žiratora kvalitātes koeficients ir definēts kā:

.

Viena no galvenajām problēmām, veidojot žiratorus, ir grūtības iegūt ekvivalentu induktivitātei, kurā abi termināli nav savienoti ar kopēju kopni. Šāds žirators tiek veikts ar vismaz četriem darbības pastiprinātājiem. Vēl viena problēma ir salīdzinoši šaurais žiratora darbības frekvenču diapazons (plaši izmantotajiem darbības pastiprinātājiem līdz pat vairākiem kiloherciem).

"— tas nozīmē aktīvu zemas caurlaidības filtru. Tas ir īpaši noderīgi, paplašinot stereo skaņas sistēmu ar papildu skaļruni, kas atskaņo tikai zemākās frekvences. Šis projekts sastāv no otrās kārtas aktīvā filtra ar regulējamu izslēgšanas frekvenci 50 - 250 Hz, ieejas pastiprinātāja ar pastiprinājuma kontroli (0,5 - 1,5) un izejas pakāpēm.

Dizains nodrošina tiešu savienojumu ar tilta pastiprinātāju, jo signāli ir par 180 grādiem fāzē viens pret otru. Pateicoties iebūvētajam barošanas blokam un stabilizatoram uz plates, ir iespējams barot filtru ar simetrisku spriegumu no jaudas pastiprinātāja - parasti bipolāra 20 - 70 V. Zemas caurlaidības filtrs ir ideāli piemērots darbam ar rūpniecisko un paštaisīti pastiprinātāji un priekšpastiprinātāji.

Zemfrekvences filtra shēmas shēma

Zemfrekvences skaļruņa filtra shēma ir parādīta attēlā. Tas darbojas, pamatojoties uz diviem operacionālie pastiprinātāji U1-U2 (NE5532). Pirmais no tiem ir atbildīgs par signāla summēšanu un filtrēšanu, bet otrais nodrošina tā saglabāšanu kešatmiņā.

Zemfrekvences filtra shematiska diagramma zemfrekvences skaļrunim

Stereo ieejas signāls tiek piegādāts savienotājā GP1, un pēc tam caur kondensatoriem C1 (470nF) un C2 (470nF), rezistoriem R3 (100k) un R4 (100k) tas nonāk pastiprinātāja U1A invertējošajā ieejā. Šis elements realizē signāla summatoru ar regulējamu pastiprinājumu, kas samontēts saskaņā ar klasisko shēmu. Rezistors R6 (27k) kopā ar P1 (50k) ļauj regulēt pastiprinājumu diapazonā no 0,5 līdz 1,5, kas ļaus izvēlēties zemfrekvences skaļruņa pastiprinājumu kopumā.

Rezistors R9 (100k) uzlabo pastiprinātāja U1A stabilitāti un nodrošina tā labu polarizāciju, ja nav ieejas signāla.

Signāls no pastiprinātāja izejas tiek nosūtīts uz otrās kārtas aktīvo zemfrekvences filtru, ko uzbūvējis U1B. Šī ir tipiska Sallen-Key arhitektūra, kas ļauj iegūt filtrus ar dažādu slīpumu un amplitūdu. Šī raksturlieluma formu tieši ietekmē kondensatori C8 (22nF), C9 (22nF) un rezistori R10 (22k), R13 (22k) un potenciometrs P2 (100k). Potenciometra logaritmiskā skala ļauj sasniegt lineāras izslēgšanas frekvences izmaiņas, griežot pogu. Plašs frekvenču diapazons (līdz 260 Hz) tiek sasniegts ar potenciometra P2 galējo kreiso pozīciju, pagriežot pa labi, frekvenču josla tiek samazināta līdz 50 Hz. Zemāk esošajā attēlā parādīta visas ķēdes izmērītā amplitūdas reakcija potenciometra P2 divām galējām un vidējām pozīcijām. Katrā gadījumā potenciometrs P1 tika iestatīts uz vidējo pozīciju, nodrošinot pastiprinājumu 1 (0 dB).

Signāls no filtra izejas tiek apstrādāts, izmantojot pastiprinātāju U2. Elementi C16 (10pF) un R17 (56k) nodrošina U2A stabilu darbību m/s. Rezistori R15-R16 (56k) nosaka U2B pastiprinājumu, un C15 (10pF) palielina tā stabilitāti. Abās ķēdes izejās tiek izmantoti filtri, kas sastāv no elementiem R18-R19 (100 Ohm), C17-C18 (10uF/50V) un R20-R21 (100k), caur kuriem signāli tiek nosūtīti uz GP3 izejas savienotāju. Pateicoties šai konstrukcijai, izejā saņemam divus signālus, kas fāzē nobīdīti par 180 grādiem, kas ļauj tieši savienot divus pastiprinātājus un tilta pastiprinātāju.

Filtrs izmanto vienkāršu bipolāru sprieguma barošanas avotu, kura pamatā ir Zenera diodes D1 (BZX55-C16V), D2 (BZX55-C16V) un divi tranzistori T1 (BD140) un T2 (BD139). Rezistori R2 (4,7k) un R8 (4,7k) ir Zener diožu strāvas ierobežotāji, un tie tika izvēlēti tā, lai pie minimālā barošanas sprieguma strāva būtu aptuveni 1 mA, bet maksimāli droša D1 un D2.

Elementi R5 (510 omi), C4 (47uF/25V), R7 (510 omi), C6 (47uF/25V) ir vienkārši sprieguma izlīdzināšanas filtri, kuru pamatā ir T1 un T2. Rezistori R1 (10 omi), R11 (10 omi) un kondensatori C3 (100uF/25V), C7 (100uF/25V) ir arī barošanas sprieguma filtrs. Strāvas savienotājs - GP2.

Zemfrekvences skaļruņa filtra pievienošana

Ir vērts atzīmēt, ka zemfrekvences skaļruņa filtra modulis pēc skaļuma regulēšanas jāpievieno priekšpastiprinātāja izejai, kas uzlabos visas sistēmas skaļuma regulēšanu. Izmantojot pastiprinājuma potenciometru, varat pielāgot zemfrekvences skaļruņa skaļuma attiecību pret visa signāla ceļa skaļumu. Jebkurš jaudas pastiprinātājs, kas darbojas klasiskā konfigurācijā, ir jāpievieno moduļa izejai. Ja nepieciešams, izmantojiet tikai vienu no izejas signāliem, kas ir 180 grādu fāzē viens pret otru. Abus izejas signālus var izmantot, ja nepieciešams izveidot pastiprinātāju tilta konfigurācijā.

Savā dzīvē vārdu “filtrs” esat dzirdējis vairāk nekā vienu reizi. Ūdens filtrs, gaisa filtrs, eļļas filtrs galu galā “filtrēt tirgu”). Gaisa, ūdens, eļļas un cita veida filtri noņem svešas daļiņas un piemaisījumus. Bet ko dara elektriskais filtrs? Atbilde ir vienkārša: biežums.

Kas ir elektriskais filtrs

Elektriskais filtrs ir ierīce vēlamo spektra komponentu (frekvenču) izcelšanai un/vai nevēlamo nomākšanai. Citām frekvencēm, kas nav iekļautas , filtrs rada lielu vājināšanos līdz pat to pilnīgai izzušanai.

Ideāla filtra raksturlielumiem vajadzētu izgriezt stingri noteiktu frekvenču joslu un "izspiest" citas frekvences, līdz tās ir pilnībā novājinātas. Tālāk ir parādīts ideāla filtra piemērs, kas pārraida frekvences līdz noteiktai robežfrekvences vērtībai.

Praksē šādu filtru nav iespējams ieviest. Izstrādājot filtrus, tie cenšas pēc iespējas pietuvoties ideālajam raksturlielumam. Jo tuvāk ideālajam filtram, jo ​​labāk tas pildīs savu signālu filtrēšanas funkciju.

Tiek saukti filtri, kas tiek montēti tikai uz pasīvajiem radio elementiem, piemēram pasīvie filtri. Tiek izsaukti filtri, kas satur vienu vai vairākus aktīvus radioelementus, tipa vai aktīvie filtri.

Mūsu rakstā mēs apskatīsim pasīvos filtrus un sāksim ar vienkāršākajiem filtriem, kas sastāv no viena radio elementa.

Viena elementa filtri

Kā jūs saprotat no nosaukuma, viena elementa filtri sastāv no viena radio elementa. Tas var būt gan kondensators, gan induktors. Spole un kondensators paši par sevi nav filtri - tie būtībā ir tikai radio elementi. Bet kopā ar un ar slodzi tos jau var uzskatīt par filtriem. Šeit viss ir vienkārši. Kondensatora un spoles pretestība ir atkarīga no frekvences. Vairāk par pretestību varat lasīt rakstā.

Viena elementa filtrus galvenokārt izmanto audio tehnoloģijā. Filtrēšanai tiek izmantota vai nu spole, vai kondensators, atkarībā no tā, kuras frekvences ir nepieciešams izolēt. Augstfrekvences skaļrunim (augstfrekvences skaļrunim) mēs virknē savienojam ar skaļruni kondensatoru, kas gandrīz bez zudumiem laidīs cauri augstfrekvences signālu un slāpēs zemās frekvences.

Zemfrekvences skaļrunim ir jāizceļ zemās frekvences (LF), tāpēc mēs savienojam induktors virknē ar zemfrekvences skaļruni.

Atsevišķu radioelementu vērtējumus, protams, var aprēķināt, taču tos galvenokārt izvēlas pēc auss.

Tiem, kas nevēlas uztraukties, strādīgie ķīnieši izveido gatavus filtrus augstfrekvences un zemfrekvences skaļruņiem. Šeit ir viens piemērs:

Uz tāfeles mēs redzam 3 spaiļu blokus: ievades spaiļu bloks (INPUT), izejas spaiļu bloks basam (BASS) un spaiļu bloks tweeter (TREBLE).

L formas filtri

L-veida filtri sastāv no diviem radioelementiem, no kuriem vienam vai diviem ir nelineāra frekvences reakcija.

RC filtri

Es domāju, ka sāksim ar mums vislabāk zināmo filtru, kas sastāv no rezistora un kondensatora. Tam ir divas modifikācijas:

No pirmā acu uzmetiena jūs varētu domāt, ka tie ir divi identiski filtri, taču tas tā nav. To ir viegli pārbaudīt, ja katram filtram izveidojat frekvences reakciju.

Proteus mums palīdzēs šajā jautājumā. Tātad, frekvences reakcija šai ķēdei

izskatīsies šādi:

Kā redzam, šāda filtra frekvences reakcija ļauj netraucēti iziet cauri zemām frekvencēm, un, palielinoties frekvencei, tas vājina augstās frekvences. Tāpēc šādu filtru sauc par zemas caurlaidības filtru (LPF).

Bet šai ķēdei

Frekvences reakcija izskatīsies šādi

Šeit ir tieši otrādi. Šāds filtrs vājina zemās frekvences un izlaiž augstas frekvences, tāpēc šādu filtru sauc par augstas caurlaidības filtru (HPF).

Frekvences reakcijas slīpums

Frekvences reakcijas slīpums abos gadījumos ir 6 dB/oktāva pēc punkta, kas atbilst pastiprinājuma vērtībai -3 dB, tas ir, nogriešanas frekvencei. Ko nozīmē 6 dB/oktāvas apzīmējums? Pirms vai pēc nogriešanas frekvences frekvences reakcijas slīpums ir gandrīz taisnas līnijas veidā, ja pārraides koeficients tiek mērīts . Oktāva ir frekvenču attiecība divi pret vienu. Mūsu piemērā frekvences reakcijas slīpums ir 6 dB/oktāva, kas nozīmē, ka, ja frekvence tiek dubultota, mūsu tiešā frekvences reakcija palielinās (vai samazinās) par 6 dB.

Apskatīsim šo piemēru

Ņemsim frekvenci 1 KHz. Frekvencēs no 1 KHz līdz 2 KHz frekvences reakcijas kritums būs 6 dB. Intervālā no 2 KHz līdz 4 KHz frekvences reakcija atkal samazinās par 6 dB, intervālā no 4 KHz līdz 8 KHz atkal samazinās par 6 dB, pie frekvences no 8 KHz līdz 16 KHz frekvences reakcijas vājināšanās atkal jābūt 6 dB utt. Tāpēc frekvences reakcijas slīpums ir 6 dB/oktāva. Ir arī tāda lieta kā dB/dekāde. To lieto retāk un apzīmē 10 reižu atšķirību starp frekvencēm. Kā atrast dB/dekāde, var atrast rakstā.

Jo stāvāks ir tiešās frekvences reakcijas slīpums, jo labākas ir filtra selektīvās īpašības:

Filtrs ar slīpuma raksturlielumu 24 dB/oktāva noteikti būs labāks par filtru, kura slīpums ir 6 dB/oktāva, jo tas kļūst tuvāk ideālam.

RL filtri

Kāpēc nenomainīt kondensatoru ar induktors? Mēs atkal iegūstam divu veidu filtrus:

Šim filtram

Frekvences reakcija izpaužas šādā formā:

Mums ir tāds pats zemas caurlaidības filtrs

un par tādu ķēdi

Frekvences reakcija būs šāda

Tas pats augstfrekvences filtrs

Tiek izsaukti RC un RL filtri pirmās kārtas filtri un tie nodrošina frekvences reakcijas slīpumu 6 dB/oktāvā pēc robežfrekvences.

LC filtri

Ko darīt, ja jūs aizstājat rezistoru ar kondensatoru? Kopumā ķēdē mums ir divi radioelementi, kuru pretestība ir atkarīga no frekvences. Šeit ir arī divas iespējas:

Apskatīsim šī filtra frekvences reakciju

Kā jūs, iespējams, pamanījāt, tā frekvences reakcija zemfrekvences reģionā ir plakanākā un beidzas ar smaili. No kurienes viņš vispār nāca? Ķēde ir ne tikai salikta no pasīviem radioelementiem, bet arī pastiprina sprieguma signālu smailes zonā!? Bet nevajag priecāties. Tas pastiprina ar spriegumu, nevis jaudu. Fakts ir tāds, ka mēs saņēmām , kam, kā jūs atceraties, ir sprieguma rezonanse rezonanses frekvencē. Ar sprieguma rezonansi spriegums pāri spolei ir vienāds ar spriegumu pāri kondensatoram.

Bet tas vēl nav viss. Šis spriegums ir Q reizes lielāks par spriegumu, kas tiek pievadīts sērijveida tvertnei. Kas ir Q? Šī . Šai smailei nevajadzētu jūs mulsināt, jo pīķa augstums ir atkarīgs no kvalitātes faktora, kas reālās shēmās ir maza vērtība. Šī shēma ir ievērojama arī ar to, ka tai raksturīgais slīpums ir 12 dB/oktāva, kas ir divas reizes labāks nekā RC un RL filtriem. Starp citu, pat ja maksimālā amplitūda pārsniedz vērtību 0 dB, mēs joprojām nosakām caurlaides joslu -3 dB līmenī. Arī to nevajadzētu aizmirst.

Tas pats attiecas uz augstfrekvences filtru.

Kā jau teicu, LC filtrus jau sauc otrās kārtas filtri un tie nodrošina frekvences reakcijas slīpumu 12 dB/oktāvā.

Sarežģīti filtri

Kas notiek, ja vienu pēc otra pievienosiet divus pirmās kārtas filtrus? Savādi, bet tas radīs otrās kārtas filtru.

Tā frekvences reakcija būs stāvāka, proti, 12 dB/oktāva, kas ir raksturīga otrās kārtas filtriem. Uzminiet, kāds slīpums būs trešās kārtas filtram ;-) ? Tieši tā, pievienojiet 6 dB/oktāvu un iegūstiet 18 dB/oktāvu. Attiecīgi 4. kārtas filtram frekvences reakcijas slīpums jau būs 24 dB/oktāva utt. Tas ir, jo vairāk saišu mēs savienosim, jo ​​stāvāks būs frekvences reakcijas slīpums un labāki būs filtra raksturlielumi. Tas viss ir taisnība, bet jūs aizmirsāt, ka katrs nākamais posms veicina signāla vājināšanos.

Iepriekš minētajās diagrammās mēs izveidojām filtra frekvences reakciju bez iekšējā pretestībaģenerators un arī bez slodzes. Tas ir, šajā gadījumā pretestība pie filtra izejas ir bezgalība. Tas nozīmē, ka ir vēlams pārliecināties, ka katram nākamajam posmam ir ievērojami lielāka ieejas pretestība nekā iepriekšējā. Pašlaik kaskādes saites jau ir nogrimušas aizmirstībā, un tagad tās izmanto aktīvos filtrus, kas ir veidoti uz op-amp.

Aliexpress filtra analīze

Lai jūs saprastu iepriekšējo domu, mēs analizēsim vienkāršu piemēru no mūsu šaurajiem brāļiem. Aliexpress pārdod dažādus zemfrekvences skaļruņu filtrus. Apskatīsim vienu no tiem.

Kā jūs pamanījāt, uz tā ir uzrakstīts filtra raksturlielums: šis tips Filtrs paredzēts 300 vatu zemfrekvences skaļrunim, tā raksturīgais slīpums ir 12 dB/oktāva. Ja filtra izejai pievienojat zemfrekvences skaļruni ar spoles pretestību 4 omi, izslēgšanas frekvence būs 150 Hz. Ja zemfrekvences skaļruņa spoles pretestība ir 8 omi, tad izslēgšanas frekvence būs 300 Hz.

Pilnām tējkannām pārdevējs pat ierādīja diagrammu preces aprakstā. Viņa izskatās šādi:

Visbiežāk tieši uz skaļruņiem var redzēt spoles pretestības vērtību pie DC: 2 Ω, 4 Ω, 8 Ω. Retāk 16 Ω. Simbols Ω aiz cipariem norāda omi. Atcerieties arī, ka skaļruņa spole ir induktīva.

Kā induktors darbojas dažādās frekvencēs?

Kā redzat, pie līdzstrāvas skaļruņa spolei ir aktīva pretestība, jo tā ir uztīta no vara stieples. Zemās frekvencēs tas tiek izmantots, un to aprēķina pēc formulas:

Kur

X L - spoles pretestība, Ohm

P ir nemainīgs un vienāds ar aptuveni 3,14

F - frekvence, Hz

L - induktivitāte, H

Tā kā zemfrekvences skaļrunis ir paredzēts īpaši zemām frekvencēm, tas nozīmē, ka vienas spoles pretestība tiek pievienota virknē ar pašas spoles aktīvo pretestību. Bet mūsu eksperimentā mēs to neņemsim vērā, jo mēs nezinām mūsu iedomātā skaļruņa induktivitāti. Tāpēc mēs veicam visus eksperimentālos aprēķinus ar pienācīgu kļūdu.

Pēc ķīniešu domām, kad skaļruņu filtrs ir noslogots ar 4 omi, tā joslas platums sasniegs līdz 150 Hertz. Pārbaudīsim, vai tā ir patiesība:

Tās frekvences reakcija

Kā redzat, izslēgšanas frekvence pie -3 dB bija gandrīz 150 Hz.

Mēs ielādējam filtru ar 8 omu skaļruni

Izslēgšanas frekvence bija 213 Hz.

Produkta aprakstā bija norādīts, ka 8 omu substrāvas frekvence ir 300 Hz. Es domāju, ka jūs varat uzticēties ķīniešiem, jo, pirmkārt, visi dati ir aptuveni, un, otrkārt, simulācija programmās ir tālu no realitātes. Bet tā nebija pieredzes būtība. Kā mēs redzam frekvences atbildē, noslogojot filtru ar lielākas vērtības pretestību, nogriešanas frekvence mainās uz augšu. Tas arī jāņem vērā, veidojot filtrus.

Joslas caurlaides filtri

Pēdējā rakstā mēs apskatījām vienu joslas caurlaides filtra piemēru

Šādi izskatās šī filtra frekvences reakcija.

Šādu filtru īpatnība ir tāda, ka tiem ir divas robežfrekvences. Tos nosaka arī -3 dB līmenī vai 0,707 līmenī no pārraides koeficienta maksimālās vērtības jeb precīzāk K u max /√2.

Joslas caurlaides rezonanses filtri

Ja mums ir jāizvēlas kāda šaura frekvenču josla, šim nolūkam tiek izmantoti LC rezonanses filtri. Tos bieži sauc arī par selektīviem. Apskatīsim vienu no viņu pārstāvjiem.

LC ķēde apvienojumā ar rezistoru R veidojas. Spole un kondensators pārī rada spriegumu, kam pie rezonanses frekvences būs ļoti augsta pretestība, ko tautā sauc par atvērtu ķēdi. Rezultātā ķēdes izejā pie rezonanses būs ieejas sprieguma vērtība ar nosacījumu, ka šāda filtra izejai netiks pievienota slodze.

Šī filtra frekvences reakcija izskatīsies apmēram šādi:

Ja ņemam pārraides koeficienta vērtību pa Y asi, frekvences reakcijas grafiks izskatīsies šādi:

Izveidojiet taisnu līniju 0,707 līmenī un novērtējiet šāda filtra joslas platumu. Kā redzat, tas būs ļoti šaurs. Kvalitātes koeficients Q ļauj novērtēt ķēdes raksturlielumus. Jo augstāks kvalitātes koeficients, jo asāks raksturlielums.

Kā pēc grafika noteikt kvalitātes koeficientu? Lai to izdarītu, jums ir jāatrod rezonanses frekvence, izmantojot formulu:

Kur

f 0 ir ķēdes rezonanses frekvence, Hz

L - spoles induktivitāte, H

C - kondensatora kapacitāte, F

Mēs aizstājam L = 1 mH un C = 1 uF un iegūstam mūsu ķēdes rezonanses frekvenci 5033 Hz.

Tagad mums ir jānosaka mūsu filtra joslas platums. Tas tiek darīts kā parasti -3 dB līmenī, ja vertikālā skala ir , vai 0,707 līmenī, ja skala ir lineāra.

Palielināsim mūsu frekvences reakcijas augšdaļu un atradīsim divas robežfrekvences.

f 1 = 4839 Hz

f 2 = 5233 Hz

Tāpēc joslas platums Δf=f 2 – f 1 = 5233-4839=394 Hz

Nu, atliek tikai atrast kvalitātes faktoru:

Q=5033/394=12,77

Iecirtumu filtri

Cits LC ķēdes veids ir sērijas LC ķēde.

Tās frekvences reakcija izskatīsies apmēram šādi:

Protams, šo trūkumu var novērst, ievietojot induktors mu-metāla ekrānā, taču tas tikai padarīs to dārgāku. Dizaineri cenšas izvairīties no induktoriem, kad vien iespējams. Bet, pateicoties progresam, spoles pašlaik netiek izmantotas aktīvajos filtros, kas veidoti uz op-amp.

Secinājums

Filtriem ir daudz pielietojumu radioelektronikā. Piemēram, telekomunikāciju jomā joslas caurlaides filtri tiek izmantoti audio frekvenču diapazonā (20 Hz-20 KHz). Datu iegūšanas sistēmās tiek izmantoti zemas caurlaidības filtri (LPF). Mūzikas aprīkojumā filtri nomāc troksni, izvēlas noteiktu frekvenču grupu attiecīgajiem skaļruņiem, kā arī var mainīt skaņu. Strāvas padeves sistēmās filtrus bieži izmanto, lai slāpētu frekvences, kas ir tuvu 50/60 Hz tīkla frekvencei. Rūpniecībā filtrus izmanto, lai kompensētu kosinusu phi, un tos izmanto arī kā harmoniskos filtrus.

Kopsavilkums

Elektriskie filtri tiek izmantoti, lai izceltu noteiktu frekvenču diapazonu un slāpētu nevajadzīgas frekvences.

Filtrus, kas veidoti uz pasīviem radioelementiem, piemēram, rezistoriem, induktoriem un kondensatoriem, sauc par pasīvajiem filtriem. Filtrus, kas satur aktīvu radioelementu, piemēram, tranzistoru vai op-amp, sauc par aktīvajiem filtriem.

Jo straujāk samazinās frekvences reakcijas raksturlielums, jo labākas ir filtra selektīvās īpašības.

Ar JEER piedalīšanos

Strādājot ar elektriskajiem signāliem, bieži vien ir nepieciešams no tiem izolēt vienu frekvenci vai frekvenču joslu (piemēram, lai atdalītu troksni un noderīgos signālus). Šādai atdalīšanai tiek izmantoti elektriskie filtri. Aktīvie filtri, atšķirībā no pasīvajiem, ietver darbības pastiprinātājus (vai citus aktīvos elementus, piemēram, tranzistorus, vakuuma lampas), un tiem ir vairākas priekšrocības. Tie nodrošina labāku caurlaides joslu un vājinājuma atdalīšanu, un tajās ir salīdzinoši viegli regulēt nelīdzenumus frekvences reakcija pārraides un vājināšanās reģionā. Arī aktīvās filtru ķēdēs parasti netiek izmantoti induktori. Aktīvajās filtru ķēdēs frekvences raksturlielumus nosaka no frekvences atkarīga atgriezeniskā saite.

Zemas caurlaidības filtrs

Zemfrekvences filtra ķēde ir parādīta attēlā. 12.

Rīsi. 12. Aktīvs zemfrekvences filtrs.

Šāda filtra pārraides koeficientu var uzrakstīt kā

, (5)

Un
. (6)

Plkst UZ 0 >>1

Pārraides koeficients
punktā (5) izrādās tāds pats kā otrās kārtas pasīvajam filtram, kas satur visus trīs elementus ( R, L, C) (13. att.), kam:

Rīsi. 14. Aktīvā zemfrekvences filtra frekvences reakcija un fāzes reakcija dažādiemJ .

Ja R 1 = R 3 = R Un C 2 = C 4 = C(12. att.), tad pārraides koeficientu var uzrakstīt kā

Aktīvā zemfrekvences filtra amplitūdas un fāzes frekvences raksturlielumi dažādiem kvalitātes faktoriem J attēlā parādīts. 14 (elektriskās ķēdes parametri ir izvēlēti tā, lai ω 0 = 200 rad/s). Attēlā redzams, ka pieaugot J

Pirmās kārtas aktīvais zemfrekvences filtrs tiek realizēts ar ķēdi Fig. 15.

Rīsi. 15. Pirmās kārtas aktīvais zemfrekvences filtrs.

Filtra pārraides koeficients ir

.

Šī filtra pasīvais analogs ir parādīts attēlā. 16.

Salīdzinot šos pārraides koeficientus, mēs redzam, ka tām pašām laika konstantēm τ’ 2 Un τ būs pirmās kārtas aktīvā filtra pastiprinājuma modulis UZ 0 reizes vairāk nekā pasīvais.

Rīsi. 17.Simulink-aktīvs zemfrekvences filtra modelis.

Varat izpētīt aplūkojamā aktīvā filtra frekvences reakciju un fāzes reakciju, piemēram, in Simulink, izmantojot pārsūtīšanas funkciju bloku. Par parametriem elektriskā shēma UZ R = 1, ω 0 = 200 rad/s un J = 10 Simulink-modelis ar pārsūtīšanas funkciju bloku izskatīsies tā, kā parādīts attēlā. 17. Frekvences reakciju un fāzes reakciju var iegūt, izmantojot LTI- skatītājs. Bet šajā gadījumā ir vieglāk izmantot komandu MATLAB frekvences. Zemāk ir saraksts frekvences reakcijas un fāzes reakcijas grafiku iegūšanai.

w0=2e2; %dabiskā frekvence

Q=10; % kvalitātes faktors

w=0:1:400; % frekvenču diapazons

b=; Pārsūtīšanas funkcijas skaitītāja % vektors:

a=; Pārsūtīšanas funkcijas saucēja % vektors:

frekvences(b,a,w); frekvences reakcijas un fāzes reakcijas aprēķins un konstruēšana

Aktīvā zemfrekvences filtra amplitūdas-frekvences raksturlielumi (par τ = 1s un UZ 0 = 1000) ir parādīti 18. attēlā. Attēlā redzams, ka pieaugot J izpaužas amplitūdas-frekvences raksturlīknes rezonanses raksturs.

Izveidosim zemas caurlaidības filtra modeli SimPowerSystems, izmantojot mūsu izveidoto op-amp bloku ( operatīvipastiprinātājs), kā parādīts 19. attēlā. Operacionālā pastiprinātāja bloks ir nelineārs, tāpēc iestatījumos Simulācija/ KonfigurācijaParametriSimulink lai palielinātu aprēķinu ātrumu, jums jāizmanto metodes ode23tb vai ode15s. Tāpat ir nepieciešams gudri izvēlēties laika soli.

Rīsi. 18. Aktīvā zemfrekvences filtra frekvences reakcija un fāzes reakcija (parτ = 1c).

Ļaujiet R 1 = R 3 = R 6 = 100 omi, R 5 = 190 omi, C 2 = C 4 = 5*10 -5 F. Gadījumam, kad avota frekvence sakrīt ar sistēmas dabisko frekvenci ω 0 , signāls filtra izejā sasniedz maksimālo amplitūdu (parādīts 20. att.). Signāls attēlo līdzsvara stāvokļa piespiedu svārstības ar avota frekvenci. Grafikā skaidri redzams pārejošs process, ko izraisa ķēdes ieslēgšana noteiktā brīdī t= 0. Grafikā redzamas arī signāla novirzes no sinusoidālās formas tuvu galējībām. Attēlā 21. Tiek parādīta palielināta iepriekšējā grafika daļa. Šīs novirzes var izskaidrot ar op-amp piesātinājumu (maksimālās pieļaujamās sprieguma vērtības pie op-amp izejas ± 15 V). Ir skaidrs, ka, palielinoties avota signāla amplitūdai, palielinās arī signāla izkropļojumu laukums izejā.

Rīsi. 19. Aktīvā zemfrekvences filtra modelisSimPowerSystems.

Rīsi. 20. Signāls pie aktīva zemfrekvences filtra izejas.

Rīsi. 21. Signāla fragments aktīvā zemfrekvences filtra izejā.

Šajā rakstā mēs runāsim par augstas un zemas caurlaidības filtriem, to raksturojumu un to šķirnēm.

Augstas un zemas caurlaidības filtri-Šo elektriskās ķēdes, kas sastāv no elementiem, kuriem ir nelineāra frekvences reakcija - ar dažādu pretestību dažādās frekvencēs.

Frekvences filtrus var iedalīt augstfrekvences (augstas caurlaidības) filtros un zemas caurlaidības (zemas caurlaidības) filtros. Kāpēc cilvēki bieži saka “augstākās”, nevis “augstās” frekvences? Jo audio inženierijā zemās frekvences beidzas pie 2 kiloherciem un sākas augstās. Un radiotehnikā 2 kiloherci ir vēl viena kategorija - skaņas frekvence, kas nozīmē “zema frekvence”! Audio inženierijā ir vēl viens jēdziens - vidējās frekvences. Tātad vidējas caurlaidības filtri parasti ir vai nu divu zemas caurlaidības un augstfrekvences filtru kombinācija, vai cita veida joslas caurlaides filtrs.

Atkārtosim vēlreiz:

Lai raksturotu zemas un augstfrekvences filtrus un ne tikai filtrus, bet arī visus radio ķēžu elementus, ir jēdziens - amplitūdas-frekvences reakcija, vai frekvences reakcija

Frekvences filtrus raksturo indikatori

Izslēgšanas frekvence– šī ir frekvence, pie kuras filtra izejas signāla amplitūda samazinās līdz vērtībai 0,7 no ieejas signāla.

Filtra frekvences reakcijas slīpums ir filtra raksturlielums, kas parāda, cik strauji samazinās filtra izejas signāla amplitūda, mainoties ieejas signāla frekvencei. Ideālā gadījumā jums vajadzētu censties panākt maksimālu (vertikālu) frekvences reakcijas samazināšanos.

Frekvences filtri ir izgatavoti no elementiem ar pretestību - kondensatoriem un induktoriem. Kondensatoru filtros izmantotās pretestības ( X C ) un induktori ( XL ) ir saistīti ar biežumu, izmantojot tālāk norādītās formulas:

Filtru aprēķinu pirms eksperimentu veikšanas, izmantojot īpašu aprīkojumu (ģeneratorus, spektra analizatorus un citas ierīces), ir vieglāk veikt mājās Microsoft programma Excel, izveidojot vienkāršu automātisko aprēķinu tabulu (jāspēj strādāt ar formulām programmā Excel). Es izmantoju šo metodi, lai aprēķinātu visas ķēdes. Vispirms uztaisu tabulu, ievietoju datus, iegūstu aprēķinu, kuru frekvences reakcijas grafika veidā pārnesu uz papīra, mainu parametrus un atkal uzzīmēju frekvences reakcijas punktus. Izmantojot šo metodi, nav nepieciešams izvietot “mērinstrumentu laboratoriju”, frekvences reakcijas aprēķins un rasējums tiek veikts ātri.

Jāpiebilst, ka filtra aprēķins tad būs pareizs, kad noteikums tiks izpildīts:

Lai nodrošinātu filtra precizitāti, ir nepieciešams, lai filtra elementu pretestības vērtība būtu aptuveni divas kārtas mazāka (100 reizes) par filtra izvadam pievienotās slodzes pretestību. Šai starpībai samazinoties, pasliktinās filtra kvalitāte. Tas ir saistīts ar faktu, ka slodzes pretestība ietekmē frekvences filtra kvalitāti. Ja jums nav nepieciešama augsta precizitāte, tad šo starpību var samazināt līdz pat 10 reizēm.

Frekvences filtri ir:

1. Vienelementu (kondensators - kā augstfrekvences filtrs, vai induktors - kā zemas caurlaidības filtrs);

2. L-veida - ar izskats atgādināt burtu G, kas vērsts otrā virzienā;

3. T-veida - pēc izskata tie atgādina burtu T;

4. U-veida - pēc izskata tie atgādina burtu P;

5. Multi-link - tie paši L-veida filtri, kas savienoti virknē.

Viena elementa augstas un zemas caurlaidības filtri

Parasti viena elementa augstas un zemas caurlaidības filtri tiek izmantoti tieši skaļruņu sistēmas jaudīgi pastiprinātāji audio frekvence, lai uzlabotu pašu audio skaļruņu skaņu.

Tie ir virknē savienoti ar dinamiskajām galviņām. Pirmkārt, tie aizsargā gan dinamiskās galviņas no spēcīga elektriskā signāla, gan pastiprinātāju no zemas slodzes pretestības, nenoslogojot to ar papildu skaļruņiem frekvencē, kādu šie skaļruņi neatveido. Otrkārt, tie padara atskaņošanu patīkamāku ausij.

Lai aprēķinātu viena elementa filtru, jums jāzina dinamiskās galvas spoles pretestība. Aprēķins tiek veikts, izmantojot sprieguma dalītāja formulas, kas attiecas arī uz L formas filtru. Visbiežāk viena elementa filtri tiek atlasīti “pēc auss”. Lai izceltu augstās frekvences uz augstfrekvences, virknē ar to tiek uzstādīts kondensators, bet zemfrekvences skaļruņa (vai zemfrekvences skaļruņa) zemfrekvences izcelšanai ar to virknē tiek pievienots drosele (induktors). Piemēram, ar jaudu 20...50 vati, augstfrekvences skaļruņiem ir optimāli izmantot 5...20 µF kondensatoru, bet zemfrekvences skaļruņa droselei izmantot spoli, kas apvilkta ar emaljētu varu. vads, 0,3...1,0 mm diametrā, uz ruļļa no VHS video kasetes, un satur 200...1000 apgriezienus. Ir norādītas plašas robežas, jo izvēle ir individuāla lieta.

L formas filtri

L-veida augstas vai zemas caurlaidības filtrs— sprieguma dalītājs, kas sastāv no diviem elementiem ar nelineāru frekvences reakciju. L-veida filtram tiek piemērota ķēde un visas sprieguma dalītāja formulas.

L-veida frekvences filtri uz kondensatora un rezistora

R 1 AR X C .

Šāda filtra darbības princips: kondensators, kam ir zema pretestība augstās frekvencēs, netraucēti laiž strāvu, un zemās frekvencēs tā pretestība ir maksimālā, tāpēc strāva caur to neiziet.

No raksta “Sprieguma dalītājs” mēs zinām, ka rezistoru vērtības var aprakstīt ar formulām:

vai

X C un izslēgšanas frekvence.

R 2 uz rezistoru pretestību R 1 (X C ) attiecas uz: R 2 / R 1 = 0,7 / 0,3 = 2,33 . Tas nozīmē: C = 1,16 / R 2 πf , Kur f – filtra frekvences reakcijas robežfrekvence.

R 2 sprieguma dalītājs uz kondensatoru AR , kam ir sava pretestība X C .

Šāda filtra darbības princips: kondensators, kuram ir zema pretestība augstās frekvencēs, šuntē augstfrekvences strāvas uz korpusu, un zemās frekvencēs tā pretestība ir maksimālā, tāpēc strāva caur to neiziet.

No raksta “Sprieguma dalītājs” mēs izmantojam tās pašas formulas:

vai

Ņemot ieejas spriegumu kā 1 (vienība), un izejas spriegums par 0,7 (vērtība, kas atbilst griezumam), zinot kondensatora pretestību, kas ir vienāda ar:

Aizstājot sprieguma vērtības, mēs atrodam X C un izslēgšanas frekvence.

R 2 (X C ) pret rezistora pretestību R 1 attiecas uz: R 2 / R 1 = 0,7 / 0,3 = 2,33 . Tas nozīmē: C = 1 / (4,66 x R 1 πf) , Kur f – filtra frekvences reakcijas robežfrekvence.

L-veida frekvences filtri uz induktora un rezistora

Augstfrekvences filtru iegūst, nomainot rezistoru R 2 L XL .

Šāda filtra darbības princips: induktivitāte, kurai ir zema pretestība zemās frekvencēs, šuntē tos uz korpusu, un augstās frekvencēs tā pretestība ir maksimālā, tāpēc caur to neplūst strāva.

Aizstājot sprieguma vērtības, mēs atrodam XL un izslēgšanas frekvence.

Tāpat kā ar augstfrekvences filtru, aprēķinus var veikt apgrieztā secībā. Ņemot vērā, ka filtra (kā sprieguma dalītāja) izejas sprieguma amplitūdai pie frekvences reakcijas nogriešanas frekvences jābūt vienādai ar 0,7 no ieejas sprieguma, no tā izriet, ka rezistora pretestības attiecība. R 2 (XL ) pret rezistora pretestību R 1 attiecas uz: R 2 / R 1 = 0,7 / 0,3 = 2,33 . Tas nozīmē: L = 1,16 R 1 / (πf) .

Zemas caurlaidības filtru iegūst, nomainot rezistoru R 1 sprieguma dalītājs uz induktors L , kam ir sava pretestība XL .

Šāda filtra darbības princips: induktors ar zemu pretestību zemās frekvencēs netraucēti laiž strāvu, un augstās frekvencēs tā pretestība ir maksimālā, tāpēc strāva caur to neiet.

Izmantojot tās pašas formulas no raksta “Sprieguma dalītājs” un pieņemot ieejas spriegumu kā 1 (vienotību), un izejas spriegumu kā 0,7 (vērtība, kas atbilst nogriešanai), zinot induktora pretestību, kas ir vienāda ar:

Aizstājot sprieguma vērtības, mēs atrodam XL un izslēgšanas frekvence.

Jūs varat veikt aprēķinus apgrieztā secībā. Ņemot vērā, ka filtra (kā sprieguma dalītāja) izejas sprieguma amplitūdai pie frekvences reakcijas nogriešanas frekvences jābūt vienādai ar 0,7 no ieejas sprieguma, no tā izriet, ka rezistora pretestības attiecība. R 2 uz rezistoru pretestību R 1 (XL ) attiecas uz: R 2 / R 1 = 0,7 / 0,3 = 2,33 . Tas nozīmē: L = R 2 / (4,66 πf)

L-veida frekvences filtri uz kondensatora un induktora

Augstfrekvences filtru iegūst no parastā sprieguma dalītāja, nomainot ne tikai rezistoru R 1 uz kondensatoru AR , kā arī rezistors R 2 uz droseles L . Šādam filtram ir ievērojamāks frekvences samazinājums (straujāks samazinājums) frekvences atbildē nekā iepriekš minētajiem filtriem, kuru pamatā ir R.C. vai R.L.ķēdes.

Kā jau iepriekš, mēs izmantojam tās pašas aprēķina metodes. Kondensators AR , ir sava pretestība X C , un droseļvārstu L - pretestība XL :

Aizvietojot dažādu lielumu vērtības - spriegumu, filtru ieejas vai izejas pretestības, mēs varam atrast AR Un L , frekvences reakcijas robežfrekvence. Varat arī veikt aprēķinus apgrieztā secībā. Tā kā ir divi mainīgi lielumi - induktivitāte un kapacitāte, filtra ieejas vai izejas pretestības vērtība visbiežāk tiek iestatīta kā sprieguma dalītājs pie frekvences reakcijas robežfrekvences, un, pamatojoties uz šo vērtību, tiek atrasti atlikušie parametri. .

Zemas caurlaidības filtru iegūst, nomainot rezistoru R 1 sprieguma dalītājs uz induktors L , un rezistors R 2 uz kondensatoru AR .

Kā aprakstīts iepriekš, tiek izmantotas tās pašas aprēķina metodes, izmantojot sprieguma dalītāja formulas un filtra elementu pretestību. Šajā gadījumā mēs pielīdzinām rezistora vērtību R 1 lai droseles pretestība XL , A R 2 uz kondensatora pretestību X C .

T veida augstas un zemas caurlaidības filtri

T veida augstas un zemas caurlaidības filtri ir tie paši L formas filtri, kuriem ir pievienots vēl viens elements. Tādējādi tos aprēķina tāpat kā sprieguma dalītāju, kas sastāv no diviem elementiem ar nelineāru frekvences reakciju. Un tad aprēķinātajai vērtībai tiek pievienota trešā elementa pretestības vērtība. Vēl viens, mazāk precīzs T-veida filtra aprēķināšanas veids sākas ar L-veida filtra aprēķināšanu, pēc kura L-veida filtra “pirmā” aprēķinātā elementa vērtība tiek palielināta vai samazināta uz pusi - “sadalīta” starp diviem. T veida filtra elementi. Ja tas ir kondensators, tad T veida filtrā esošo kondensatoru kapacitātes vērtība tiek dubultota, un, ja tas ir rezistors vai induktors, tad spoļu pretestības vai induktivitātes vērtība tiek samazināta uz pusi. Filtru transformācija ir parādīta attēlos. T veida filtru īpatnība ir tāda, ka, salīdzinot ar L veida filtriem, to izejas pretestībai ir mazāka manevrēšanas ietekme uz radio ķēdēm aiz filtra.

U veida augstas un zemas caurlaidības filtri

U veida filtri ir tie paši L formas filtri, kuriem filtra priekšā ir pievienots vēl viens elements. Viss, kas ir rakstīts par T veida filtriem, attiecas uz U veida filtriem, vienīgā atšķirība ir tāda, ka salīdzinājumā ar L veida filtriem tie nedaudz palielina manevrēšanas efektu uz radio ķēdēm filtra priekšā.

Tāpat kā T-veida filtru gadījumā, lai aprēķinātu U-veida filtrus, tiek izmantotas sprieguma dalītāju formulas, pievienojot pirmā filtra elementa papildu šunta pretestību. Vēl viena, mazāk precīza U-veida filtra aprēķināšanas metode sākas ar L-veida filtra aprēķināšanu, pēc kura L-veida filtra “pēdējā” aprēķinātā elementa vērtība tiek palielināta vai samazināta uz pusi - “sadalīta” starp diviem. U veida filtra elementi. Atšķirībā no T veida filtra, ja tas ir kondensators, tad P-filtra kondensatoru kapacitātes vērtība tiek samazināta uz pusi, un, ja tas ir rezistors vai induktors, tad pretestības vai induktivitātes vērtība. spoles tiek dubultotas.

Sakarā ar to, ka induktoru (droseles) ražošana prasa zināmas pūles un dažreiz papildu vietu to novietošanai, izdevīgāk ir izgatavot filtrus no kondensatoriem un rezistoriem, neizmantojot induktorus. Tas jo īpaši attiecas uz audio frekvences. Tādējādi augstfrekvences filtrus parasti izgatavo T-veida, bet zemas caurlaidības filtrus U-veida. Ir arī vidējās caurlaidības filtri, kas, kā likums, ir izgatavoti L-veida (no diviem kondensatoriem).

Joslas caurlaides rezonanses filtri

Joslas caurlaides rezonanses frekvenču filtri ir paredzēti, lai izolētu vai noraidītu (izgrieztu) noteiktu frekvenču joslu. Rezonanses frekvences filtri var sastāvēt no vienas, divām vai trim svārstībām ķēdēm, kas noregulētas uz noteiktu frekvenci. Rezonanses filtriem ir visstraujākais frekvences reakcijas pieaugums (vai kritums), salīdzinot ar citiem (bez rezonanses) filtriem. Joslas caurlaides rezonanses frekvences filtri var būt viena elementa - ar vienu ķēdi, L-veida - ar divām ķēdēm, T un U veida - ar trim ķēdēm, daudzelementu - ar četrām vai vairāk ķēdēm.

Attēlā parādīta T-veida joslas caurlaides rezonanses filtra diagramma, kas paredzēta noteiktas frekvences izolēšanai. Tas sastāv no trim svārstībām ķēdēm. C 1 L 1 Un C 3 L 3 – virknes svārstību ķēdēm, pie rezonanses frekvences ir zema pretestība pret plūstošo strāvu, un citās frekvencēs, gluži pretēji, tām ir augsta pretestība. Paralēlā ķēde C 2 L 2 gluži pretēji, tam ir augsta pretestība rezonanses frekvencē, bet zema pretestība citās frekvencēs. Lai paplašinātu šāda filtra joslas platumu, tie samazina ķēžu kvalitātes koeficientu, mainot induktoru konstrukciju, noregulējot ķēdes “pa labi, pa kreisi” uz frekvenci, kas nedaudz atšķiras no centrālās rezonanses, paralēli ķēdei. C 2 L 2 pievienojiet rezistoru.

Nākamajā attēlā parādīta T-veida iecirtuma rezonanses filtra diagramma, kas paredzēta noteiktas frekvences slāpēšanai. Tas, tāpat kā iepriekšējais filtrs, sastāv no trim svārstībām ķēdēm, taču frekvences izvēles princips šādam filtram ir atšķirīgs. C 1 L 1 Un C 3 L 3 – paralēlām svārstību ķēdēm, pie rezonanses frekvences ir liela pretestība pret plūstošo strāvu, bet citās frekvencēs - maza. Paralēlā ķēde C 2 L 2 gluži pretēji, tam ir zema pretestība rezonanses frekvencē, bet augsta pretestība citās frekvencēs. Tādējādi, ja iepriekšējais filtrs izvēlas rezonanses frekvenci un nomāc atlikušās frekvences, tad šis filtrs brīvi laiž cauri visas frekvences, izņemot rezonanses frekvenci.

Joslas caurlaides rezonanses filtru aprēķināšanas procedūra ir balstīta uz to pašu sprieguma dalītāju, kur LC ķēde ar tai raksturīgo pretestību darbojas kā viens elements. Kā tiek aprēķināta svārstību ķēde, tiek noteikta tās rezonanses frekvence, kvalitātes koeficients un raksturīgā (viļņu) pretestība, varat uzzināt rakstā