Електричний фільтр

Фільтр в електроніці — пристрій для виділення бажаних компонентів спектра електричного сигналу та/або придушення небажаних.

Типи фільтрів

Фільтри, що знаходять застосування в обробці сигналів, бувають

Серед безлічі рекурсивних фільтрів окремо виділяють такі фільтри (на вигляд передавальної функції):

По тому, які частоти фільтром пропускаються (затримуються), фільтри поділяються на

Принцип роботи пасивних аналогових фільтрів

У схемах пасивних аналогових фільтрів використовують реактивні елементи, такі як котушки індуктивності та конденсатори. Опір реактивних елементів залежить від частоти сигналу, тому, комбінуючи такі елементи, можна досягти посилення чи ослаблення гармонік із потрібними частотами.

LC-фільтр

На малюнку показаний приклад найпростішого LC-фільтра нижніх частот: при подачі сигналу певної частоти на вхід фільтра (ліворуч), напруга на виході фільтра (праворуч) визначається відношенням реактивних опорів котушки індуктивності ( X_L = ωL ) та конденсатора ( X_C = 1/ωC ).

Коефіцієнт передачі ФНЧ можна обчислити, розглядаючи дільник напруги, утворений частотно-залежними опорами. Комплексний (з урахуванням зсуву фаз між напругою та струмом) опір котушки індуктивності є Z_L = jωL = jX_L та конденсатора Z_C = 1 / (jωC) = − jX_C , де , тому, для ненавантаженого LC-фільтра

Підставляючи значення опорів, отримаємо для частотно-залежного коефіцієнта передачі:

Як видно, коефіцієнт передачі ненавантаженого ідеального ФНЧ необмежено зростає з наближенням до частоти і потім зменшується.На дуже низьких частотах коефіцієнт передачі ФНЧ близький до одиниці, дуже високих — до нуля. Взагалі, залежність модуля комплексного коефіцієнта передачі фільтра від частоти називають амлітудно-частотною характеристикою (АЧХ), а залежність фази - фазо-частотною характеристикою (ФЧХ).

У реальних схемах до виходу фільтра підключається активне навантаження, яке знижує добротність фільтра та запобігає гострому резонансу АЧХ поблизу частоти ω₀ . Величину називають характеристичний опір фільтра. ФНЧ, навантажений на опір, що дорівнює характеристичному, має нерезонансну АЧХ, приблизно постійну для частот ω < ω₀ , і спадну як 1 / ω 2 на частотах вище ω₀ . Тому, частоту ω₀ називають частотою зрізу.

Аналогічним чином будується та LC-фільтр верхніх частот У схемі ФВЧ змінюються місцями котушка індуктивності та конденсатор. Для ненавантаженого ФВЧ виходить наступний коефіцієнт передачі:

На дуже низьких частотах модуль коефіцієнта передачі ФВЧ наближається до нуля. На дуже високих – до одиниці.

Принцип роботи активних аналогових фільтрів

Активні аналогові фільтри будуються на основі підсилювачів, охоплених петлею зворотного зв'язку (позитивного або негативного). В активних фільтрах можна уникнути застосування котушок індуктивності, що дозволяє зменшити фізичні розміри пристроїв, спростити та здешевити їх виготовлення.

Застосування

LC-Фільтри використовуються в силових електричних ланцюгах для гасіння перешкод і для згладжування пульсацій напруги після випрямляча. У каскадах радіоелектронної апаратури часто застосовуються перебудовувані LC-фільтри, наприклад, найпростіший LC-Контур, включений на вході середньохвильового радіоприймача забезпечує налаштування на певну радіостанцію.

Фільтри використовуються в звуковій апаратурі в багатосмугових еквалайзерах для коригування АЧХ, для поділу сигналів низьких, середніх та високих звукових частот у багатосмугових акустичних системах, схемах частотної корекції магнітофонів та ін.

Посилання

Див. також

• Реактивний опір
• Операційний підсилювач
• Індуктивність, котушка індуктивності
• Ємність, конденсатор
• Спектр (електрика)
• Добротність
• АЧХ
• Цифрова обробка сигналів
• Sinc-фільтр
• Кореляційний фільтр
• Узгоджений фільтр
• Блок живлення

Wikimedia Foundation. 2010 .

Електронний фільтр

Фільтр в електроніці — пристрій для виділення бажаних компонентів спектра електричного сигналу та/або придушення небажаних.

Типи фільтрів

Фільтри, що знаходять застосування в обробці сигналів, бувають

Серед безлічі рекурсивних фільтрів окремо виділяють такі фільтри (на вигляд передавальної функції):

По тому, які частоти фільтром пропускаються (затримуються), фільтри поділяються на

Принцип роботи пасивних аналогових фільтрів

У схемах пасивних аналогових фільтрів використовують реактивні елементи, такі як котушки індуктивності та конденсатори. Опір реактивних елементів залежить від частоти сигналу, тому, комбінуючи такі елементи, можна досягти посилення чи ослаблення гармонік із потрібними частотами.

LC-фільтр

На малюнку показаний приклад найпростішого LC-фільтра нижніх частот: при подачі сигналу певної частоти на вхід фільтра (ліворуч), напруга на виході фільтра (праворуч) визначається відношенням реактивних опорів котушки індуктивності ( X_L = ωL ) та конденсатора ( X_C = 1/ωC ).

Коефіцієнт передачі ФНЧ можна обчислити, розглядаючи дільник напруги, утворений частотно-залежними опорами. Z_L = jωL = jX_L та конденсатора Z_C = 1 / (jωC) = − jX_C , де , тому, для ненавантаженого LC-фільтра

Підставляючи значення опорів, отримаємо для частотно-залежного коефіцієнта передачі:

Як видно, коефіцієнт передачі ненавантаженого ідеального ФНЧ необмежено зростає з наближенням до частоти, а потім зменшується. амлітудно-частотною характеристикою (АЧХ), а залежність фази - фазо-частотною характеристикою (ФЧХ).

У реальних схемах до виходу фільтра підключається активне навантаження, яке знижує добротність фільтра та запобігає гострому резонансу АЧХ поблизу частоти ω₀ . Величину називають. характеристичний опір фільтра.ФНЧ, навантажений на опір, що дорівнює характеристичному, має нерезонансну АЧХ, приблизно постійну для частот ω < ω₀ , і спадну як 1 / ω 2 на частотах вище ω₀ . Тому, частоту ω₀ називають частотою зрізу.

Аналогічним чином будується та LC-фільтр верхніх частот. У схемі ФВЧ змінюються місцями котушка індуктивності і конденсатор.

На дуже низьких частотах модуль коефіцієнта передачі ФВЧ близький до нуля.

Принцип роботи активних аналогових фільтрів

Активні аналогові фільтри будуються на основі підсилювачів, охоплених петлею зворотного зв'язку (позитивного або негативного). В активних фільтрах можна уникнути застосування котушок індуктивності, що дозволяє зменшити фізичні розміри пристроїв, спростити та здешевити їх виготовлення.

Застосування

LC-Фільтри використовуються в силових електричних ланцюгах для гасіння перешкод і для згладжування пульсацій напруги після випрямляча. У каскадах радіоелектронної апаратури часто застосовуються перебудовувані LC-фільтри, наприклад, найпростіший LC-Контур, включений на вході середньохвильового радіоприймача забезпечує налаштування на певну радіостанцію.

Фільтри використовуються в звуковій апаратурі в багатосмугових еквалайзерах для коригування АЧХ, для поділу сигналів низьких, середніх та високих звукових частот у багатосмугових акустичних системах, схемах частотної корекції магнітофонів та ін.

Посилання

також

• Реактивний опір
• Операційний підсилювач
• Індуктивність, котушка індуктивності
• Ємність, конденсатор
• Спектр (електрика)
• Добротність
• АЧХ
• Цифрова обробка сигналів
• Sinc-фільтр
• Кореляційний фільтр
• Узгоджений фільтр
• Блок живлення

Wikimedia Foundation. 2010 .