Классификация фильтров.

Введение

Фильтр - это частотно-избирательное устройство, которое пропускает сигналы определенных частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот.

Идеальный фильтр - это четырехполюсник, затухание которого равно нулю в заданной полосе частот и бесконечно велико на всех частотах вне этой полосы (полоса заграждения).

Заданная полоса частот, где А = 0 называется полосой пропускания или полосой прозрачности. Полоса частот, глее А равна бесконечности называется полосой загрождения.

Классификация фильтров.

Фильтры могут быть классифицированы по ряду признаков:
1) по виду АЧХ (По взаимному расположению полос пропускания и заграждения) они разделяются на: фильтры нижних частот (ФНЧ); фильтры верхних частот (ФВЧ); полосовые фильтры (ПФ); режекторные (заграждающие) фильтры (РЖ). В отдельную группу могут быть выделены фазовые фильтры (ФФ);
2) в зависимости от полиномов, используемых при аппроксимации передаточной функции различают фильтры: критического затухания, Бесселя, Баттерворта, Чебышева;
3) по элементной базе фильтры разделяются на: пассивные и активные фильтры. Активные фильтры включают в схему RLC - фильтра активного элемента, в качестве которых часто используются операционные усилители.

Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) различных фильтров представлены на рис. 1.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) пропускает низкие частоты и задерживает высокие (рис. 1, а).

Фильтр верхних частот (ФВЧ) – задерживает низкие частоты и пропускает высокие (рис. 1, б).

Полосовой фильтр (ПФ) - пропускает полосу частот от 1 до 2 и задерживает те частоты, которые расположены выше или ниже этой полосы частот (рис. 1, в).

Режекторный фильтр (РФ) - задерживает полосу частот от 1 до 2 и пропускает частоты, расположенные выше или ниже этой полосы частот (рис. 1, г).
В указанных фильтрах коэффициент передачи и фазовый сдвиг зависят от частоты входного сигнала. Фильтры, у которых коэффициент передачи остается постоянным, а фазовый сдвиг зависит от частоты, называются фазовыми фильтрами.

Рис. 1

По способу преобразования энергии ЭМВ в полосе заграждения фильтры подразделяются на:

1. фильтры отражающего типа (ФОТ)

2. фильтры поглощающего типа (ФПТ)

ФОТ - фильтры, в которых энергия ЭМ поля в полосе заграждения отражается от входа фильтра. Фильтры данного типа состоят из реактивных элементов: емкостей и индуктивности.

ФПТ - фильтры, в которых энергия ЭМ поля в полосе заграждения поглощается в элементах фильтра. Фильтры данного типа обязательно включают резонатор.

Реализация фильтров с идеально прямоугольными частотными характеристиками невозможно. Поэтому частотные характеристики фильтров имеют вид плавных кривых, формы которых приближаются к прямоугольным.

Частотные характеристики ФОТ, состоящих из сосредоточенных реактивных элементов, заменяют в основном:

1. функции с максимально плоской характеристикой, предложенной Баттервортом.

2. функции, содержащие полиномы Чебышева.

Крутизна обоих частотных характеристик зависит от числа реактивных элементов. При одинаковом числе реактивных элементов крутизна функции Чебышева больше крутизны функции Баттерворта.

АЧХ ФНЧ Баттерворта имеет довольно длинный горизонтальный участок и резко спадает за частотой среза. Переходная характеристика такого фильтра при ступенчатом входном сигнале имеет колебательный характер. С увеличением порядка фильтра колебания усиливаются.
Характеристика фильтра Чебышева спадает более круто за частотой среза. В полосе пропускания она имеет волнообразный характер с постоянной амплитудой. Колебания переходного процесса при ступенчатом входном сигнале сильнее, чем у фильтра Баттерворта.

Дата добавления: 2015-11-14