Что такое частотный фильтр

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

Лекция 13 Фильтры

Фильтром называют устройство, которое передает (пропускает) синусоидальные сигналы в одном определенном диапазоне частот (в полосе пропускания) и не передает (задерживает) их в остальном диапазоне частот (в полосе задерживания). Фильтры используют для передачи не только синусоидальных сигналов, но, определяя полосы пропускания и задерживания, ориентируются именно на синусоидальные сигналы. Зная, как фильтр передает синусоидальные сигналы, обычно достаточно легко определить, как он будет передавать сигналы и другой формы.

В устройствах электроники, широко использующих фильтры, различают аналоговые и цифровые фильтры. В аналоговых фильтрах обрабатываемые сигналы не преобразуют в цифровую форму, а в цифровых фильтрах перед обработкой сигналов осуществляют такое преобразование.

Аналоговые фильтры строят на основе как пассивных элементов (конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов), так и активных элементов (транзисторов, операционных усилителей). Для аналоговой фильтрации широко используют также электромеханические фильтры: пьезоэлектрические и механические. В пьезоэлектрических фильтрах используют естественный и искусственный кварц, а также пьезокерамику. Основу механического фильтра составляет то или иное механическое устройство.

Важно различать требования, предъявляемые к фильтрам силовой и информативной (информационной) электроники. Фильтры силовой электроники должны иметь как можно больший коэффициент полезного действия. Для них очень важной является проблема уменьшения габаритных размеров. Такие фильтры строятся на основе только пассивных элементов. К фильтрам силовой электроники относятся сглаживающие фильтры выпрямителей, проходные фильтры силовых трансформаторов и т. д.

Фильтры информативной электроники чаще разрабатывают при использовании активных элементов. При этом широко используют операционные усилители.

Фильтры, содержащие активные элементы, называют активными. В современных конструкциях фильтров обычно не используют катушки индуктивности из-за их больших габаритов и высокой трудоемкости изготовления. Поэтому активные фильтры могут быть изготовлены с применением технологии интегральных микросхем. Нередко активные фильтры оказываются дешевле соответствующих фильтрах на пассивных элементах и занимают меньшие объемы. Активные фильтры способны усиливать сигнал, лежащий в полосе пропускания. Во многих случаях их достаточно легко настроить.

К недостаткам активных фильтров можно отнести:

• использование источника питания;
• невозможность работы на таких высоких частотах, на которых используемые операционные усилители уже не способны усиливать сигнал.

Классификация фильтров по виду их амплитудно-частотных характеристик

Фильтры нижних частот.Для фильтров нижних частот (ФНЧ) характерно то, что входные сигналы низких частот, начиная с постоянных сигналов, передаются на выход, а сигналы высоких частот задерживаются. На рис. 13.1,апоказана характеристика идеального (не реализуемого на практике) фильтра (ее иногда называют характеристикой типа «кирпичная стена»). На других рисунках представлены характеристики реальных фильтров. Рис. 13.1.Амплитудно-частотные характеристики фильтров нижних частот Полоса пропускания лежит в пределах от нулевой частоты до частоты среза ω_с. Обычно частоту среза определяют как частоту, на которой величина А(ω) равна 0,707 от максимального значения (т. е. меньше максимального значения на 3дБ). Полоса задерживания (подавления) начинается от частоты задерживания ω_з и продолжается до бесконечности. В ряде случаев частоту задерживания определяют как частоту, на которой величина А(ω) меньше максимального значения на 40дБ(т. е. меньше в 100 раз). Между полосами пропускания и задерживания у реальных фильтров расположена переходная полоса. У идеального фильтра переходная частота отсутствует. Фильтры верхних частот.Фильтр верхних частот характерен тем, что он пропускает сигналы верхних и задерживает сигналы нижних частот. На рис. 13.2,априведена идеальная (нереализуемая) амплитудно-частотная характеристика фильтра нижних частот, а на рис. 13.2,б – одна из типичных реальных. Черезω_с и ω_з обозначены частоты среза и задерживания. Рис. 13.2. Амплитудно-частотные характеристики фильтров верхних частот Полосовые фильтры (полосно-пропускающие).Полосовой фильтр пропускает сигналы одной полосы частот, расположенной в некоторой внутренней части оси частот. Сигналы с частотами вне этой полосы фильтр задерживает. На рис. 13.3,априведена амплитудно-частотная характеристика идеального (нереализуемого) фильтра и одна из типичных реальных характеристик (рис. 13.3,б). Черезω_с1 иω_с2 обозначены две частоты среза,ω₀– средняя частота. Она определяется выражением . Рис. 13.3. Амплитудно-частотные характеристики полосового фильтра а-идеальная характеристика; б-реальная характеристика Режекторные фильтры (полосно-заграждающие).Режекторные фильтры не пропускают (задерживают) сигналы, лежащие в некоторой полосе частот, и пропускают сигналы с другими частотами. Амплитудно-частотная характеристика идеального (нереализуемого) фильтра приведена на рис. 13.4,а. На рис. 13.4,бпоказана одна из типичных реальных характеристик. Рис. 13.4. Амплитудно-частотные характеристики режекторного фильтра Всепропускающие фильтры (фазовые корректоры).Эти фильтры пропускают сигналы любой частоты. Такие фильтры используются в некоторых электронных системах для того, чтобы изменить с той или иной целью фазочастотную характеристику всей системы (рис. 13.5). Рис. 13.5. Амплитудно-частотная характеристика всепропускающего фильтра

6) Частотные электрические фильтры

Частотный электрический фильтр представляет собой четырёхполюсник, включаемый между источником и нагрузкой для того, чтобы пропускать определённый спектр частот. Основными параметрами фильтров являются: коэффициент затухания а(ω) и коэффициент фазы b(ω).

Идеальным называется фильтр, составленный из чисто реактивных элементов.

Существуют следующие типы фильтров:

1)низкочастотные-пропускают к нагрузке полосу частот от 0 до .

2) высокочастотные – пропускают от до .

3) полосовые – пропускают от до .

4) заграждающий – пропускает от до , где

— коэффициент А.

Коэффициент А является действительным числом. Для анализа фильтра используются следующие выражения: chg=A, ,;

7.Фильтр высоких частот (ФВЧ) — электронный или любой другой фильтр, пропускающий высокие частоты входного сигнала, при этом подавляя частоты сигнала нижечастоты среза. Степень подавления зависит от конкретного типа фильтра. Пропуск к нагрузке полосу частот от 0-ω0. Тобразная схема — Ζт=jωL, Yт=jωС П-образная схема Ζп=jωL, Yп=jωС А= Коэф. А яв-ся действительным числом.

Термины «высокие частоты» и «низкие частоты» в применении к фильтрам относительны и зависят от выбранной структуры и параметров фильтра.

Простейший электронный фильтр высоких частот состоит из последовательно соединённых конденсатораирезистора. Конденсатор пропускает лишь переменный ток, а выходное напряжение снимается с резистора. Произведение сопротивления на ёмкость (R×C) являетсяпостоянной временидля такого фильтра, которая обратно пропорциональна частоте среза вгерцах:

Фильтры высоких частот используются в простых бестрансформаторных конденсаторных преобразователях напряжения для понижения напряжения переменного тока. К недостаткам таких преобразователей относится их высокая чувствительность к импульсным помехам в источнике переменного тока, а также зависимость выходного напряжения от импеданса нагрузки [1] .

Фильтры высоких частот используются в обработке изображений для того, чтобы осуществлять преобразования в частотной области (например, для выделения границ).

Используется также последовательное включение фильтра высоких частот с фильтром нижних частот (ФНЧ). Если при этом частота среза ФВЧ меньше, чем частота среза ФНЧ (то есть, имеется диапазон частот, в котором оба фильтра пропускают сигнал), получится полосовой фильтр (используется для выделения из сигнала определённой полосы частот).

8) Фильтр низких часто́т (ФНЧ) — электронный или любой другой фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже частоты среза, и подавляющий частоты сигнала выше этой частоты. ФНЧ высокочастотные пропускают от ω-∞. ω0=1/2 . Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра. Тобразная схема – Ζт = Ζп=1/jωС, Yт= Yп=1/jωL

А=

В отличие от фильтра нижних частот (НЧ), фильтр верхних частот пропускает частоты сигнала выше частоты среза, подавляя низкие частоты.

Электронные фильтры нижних частот используются для подавления пульсаций напряжения на выходе выпрямителей переменного тока, для разделения частотных полос в акустических системах, в системах передачи данных для подавления высокочастотных помех и ограничения спектра сигнала, а также имеют большое число других применений.

Радиопередатчики используют ФНЧ для блокировки гармонических излучений, которые могут взаимодействовать с низкочастотным полезным сигналом и создавать помехи другим радиоэлектронным средствам.