Электрические фильтры - Контрольная работа

Фильтры могут быть классифицированы по ряду признаков: по виду амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) различают (рис.1): - фильтры нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания которых лежит в диапазоне от w = 0 до w = wcp, где wcp - граничная частота, разделяющая полосы пропускания и задерживания, и называемая частотой среза; безындукционные или RC-фильтры, состоящие из конденсаторов и катушек; активные ARC-фильтры, у которых RC-цепи используются совместно с усилителями с обратной связью; Действительно, характеристические сопротивления являются функцией частоты, и сопротивления нагрузки не могут быть подобраны таким образом, чтобы фильтр был согласован на всех частотах. Из частотной характеристики фильтра видно, что затухание в данном фильтре равно нулю для всех частот, начиная с нулевой частоты (постоянный ток) вплоть до частоты среза f2 выше которой затухание в случае идеальных фильтров резко, а в реальных фильтрах постепенно возрастает, так как для токов с частой выше частоты среза индуктивность - представляет уже большое сопротивление, а емкость начинает их заметно шунтировать. Если к точкам б, в этого фильтра подключить второй такой же фильтр (с теми значениями L1/2 и C2/2) так, чтобы точки б и в одного совместились с аналогичными точками б и в другого, то получим Т-образную схему фильтра нижних частот (рис.5), где емкость С2 представляет собой сумму двух параллельно включенных одинаковых по величине емкостей С2/2 каждая.В работе рассмотрен принцип работы электрических фильтров, их классификации, в зависимости от параметров, составляющих фильтр.

Электрические фильтры используются в системах многоканальной связи, радиоустройствах, устройствах автоматики, телемеханики, радиоизмерительной техники и так далее, везде, где передаются электрические сигналы при наличии помех и шумов (помехоподавляющие электрические фильтры), отличающихся по частотному составу от полезных сигналов. Их относят к помехоподавляющим электрическим фильтрам. Помехоподавляющие фильтры в последнее время получают все более широкое применение. Они являются важными элементами современных компьютерных систем, входят составной частью в аппаратуру связи и телекоммуникации.

Конструкция электрических фильтров, технология их изготовления, а также принцип действия определяются прежде всего рабочим диапазоном частот и требуемым видом частотной характеристики.

1. Электрические фильтры

1.1 Определение и классификация электрических фильтров фильтр электрический автоматика частота

Электрическим фильтром называют устройство, предназначенное для передачи в нагрузку сигналов строго определенных частот. Диапазон таких частот называют полосой пропускания (или полосой прозрачности). Те же частоты, которые лежат вне полосы пропускания, образуют полосу задерживания (или полосу затухания). Фильтры могут быть классифицированы по ряду признаков: по виду амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) различают (рис.1): - фильтры нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания которых лежит в диапазоне от w = 0 до w = wcp, где wcp - граничная частота, разделяющая полосы пропускания и задерживания, и называемая частотой среза;

- фильтры верхних частот (ФВЧ), полоса пропускания которых находится в диапазоне от w = wcp до w = ?;

- полосовые фильтры (ПФ), у которых полоса пропускания лежит в ограниченном диапазоне от w = wcp1 до w = wcp2;

- режекторные (или заграждающие) фильтры (РФ), полоса пропускания которых составляет диапазон от w = 0 до w = wcp1 и от w = wcp2 до w = ?. То есть в данном случае полоса задерживания «разбивает» полосу пропускания в диапазоне частот от w = wcp1 до w = wcp2.

Приведенная классификация фильтров не является единственной. Кроме нее, фильтры подразделяются: по типу входящих в схему элементов. В этом смысле можно выделить: - реактивные или LC-фильтры, схема которых содержит только конденсаторы и индуктивные катушки;

- безындукционные или RC-фильтры, состоящие из конденсаторов и катушек; активные ARC- фильтры, у которых RC-цепи используются совместно с усилителями с обратной связью;

- пьезоэлектрические, магнитострикционные и т.д., работа которых основана на различных физических эффектах.

Рис. 1 Примеры АЧХ различных фильтров

В зависимости от способа соединения различают цепочечные и мостовые фильтры.

1.2 Меры передачи и параметры фильтров

На рис.2 представлен фильтр в виде линейного пассивного четырехполюсника, включенного между источником энергии и нагрузкой. Одним из основных параметров фильтра как четырехполюсника являются его входные сопротивления: , (1) где Zвх2 определяется при передаче сигнала справа налево, т.е. со стороны зажимов 2-2, если нагрузочное сопротивление и реальный источник поменять местами.

На эти входные сопротивления нагружен источник при передаче сигнала справа налево и слева направо. Если учесть, что связь между напряжениями и токами на входе и выходе задается уравнениями четырехполюсника: , то выражения для входных сопротивлений будут иметь вид:

Для каждого четырехполюсника можно подобрать такие нагрузочные сопротивления Z1=Zc1 и Z2= Zc2, при которых входное сопротивление с одной из сторон зажимов (1-1 или 2-2) будет равно нагрузочному сопротивлению с этой же стороны зажимов: Zвх1=Zc1, Zвх2=Zc2. Такие входные сопротивления называются характеристическими. С учетом предыдущих соотношений можно получить

Четырехполюсник, у которого характеристические сопротивления равны с обеих сторон, будет симметричным: В общем случае характеристическое сопротивление, как и входное, зависит от частоты. Если сопротивление нагрузки равно характеристическому, то полагают, что четырехполюсник нагружен согласованно.

Если два четырехполюсника соединены цепочечно и характеристическое сопротивление со стороны выхода первого равно характеристическому сопротивлению со стороны входа второго, то считают, что четырехполюсники включены согласованно.

В качестве меры передачи фильтра, т.е. для непосредственного сравнения его выходного напряжения с э.д.с. E источника используется коэффициент передачи

(2) причем частотные зависимости K(?) и ?(?) называются соответственно частотной (амплитудно-частотной) и фазовой (фазо-частотной) характеристиками фильтра.

Важным параметром фильтра является полоса пропускания фильтра ?F=fc2-fc1. Обычно определяется для частот fc2 и fc1, на которых коэффициент передачи имеет значение: Определяя таким способом полосу пропускания, исходят из того, что при изменении амплитуд гармонических составляющих сигнала не более чем в раз (по мощности в два раза) частотные искажения сигнала получаются достаточно малыми.

Частотная характеристика фильтра может изменяться немонотонно в полосе пропускания. При этом вводится еще один параметр - неравномерность рабочего затухания в полосе пропускания ?ap =ap max - ap min.

О селективных свойствах фильтра можно судить по виду его амплитудно-частотной характеристики. Однако она не всегда дает полное представление о прохождении колебаний через фильтр, поскольку при ее использовании производится сравнение колебаний по напряжению, а не по мощности. Так как активная и полная (кажущаяся) мощности определяются не только квадратом напряжения, но и сопротивлением нагрузки, то для получения полного представления об изменении мощности колебаний при их прохождении через фильтр вводится понятие рабочих мер передачи.

Существуют различные рабочие меры передачи. При этом производится сравнение колебаний непосредственно по мощности с учетом реальных нагрузочных сопротивлений на входе и выходе фильтра. Чтобы можно было сравнивать и фазы колебаний, в качестве рабочей меры передачи пользуются понятием рабочей постоянной передачи. Она определяется отношением комплексной мощности P0, которую воспринимал бы условный приемник Z2, непосредственно соединенный с генератором, при условии равенства Z1 и Z2, к комплексной мощности P2, которую фактически воспринимает данный приемник, включенный на выходе фильтра (рис.2):

Это выражение можно написать иначе, выделив действительную и мнимую части:

где j2=ARGZ2, j1=ARGZ1.

Действительная часть ap носит название рабочего затухания, а мнимая часть bp - рабочего фазового сдвига. Рабочее затухание определяет уменьшение полной (кажущейся) мощности, напряжения или тока на выходе четырехполюсника по отношению к входу в неперах (N) или децибелах (ДБ): или

Уровень затухания, на котором определяется полоса пропускания ,будет равен 3 ДБ.

Частотные характеристики затухания ap(f) и bp(f) дают достаточно полное представление о селективных свойствах фильтров путем сравнения мощности и фаз сигналов и помех на разных частотах.

В режиме двустороннего согласования рабочие меры передачи называются характеристическими мерами. Соответственно характеристическая постоянная передачи записывается в виде:

Характеристическое затухание ac и характеристический фазовый сдвиг bc можно выразить через параметры четырехполюсника:

Характеристические параметры удобны в том отношении, что их можно весьма просто вычислять для сложных четырехполюсников, составленных из нескольких четырехполюсников. Если четырехполюсник (филътр) образован каскадным соединением согласованно включенных четырехполюсников (звеньев), то его характеристические сопротивления равны характеристическим сопротивлениям крайних звеньев, а характеристическая постоянная передачи равна сумме характеристических постоянных передачи звеньев, составляющих это соединение. Тогда, и характеристическое затухание фильтра равно сумме характеристических затуханий, а характеристический фазовый сдвиг - сумме характеристических фазовых сдвигов, составляющих это соединение звеньев.

Эти положения лежат в основе построения фильтров при их проектировании по характеристическим параметрам.

Несмотря на простоту определения характеристических параметров, следует учитывать, что они не дают представления о передаче колебаний через фильтр с реальными нагрузочными сопротивлениями. Действительно, характеристические сопротивления являются функцией частоты, и сопротивления нагрузки не могут быть подобраны таким образом, чтобы фильтр был согласован на всех частотах. Практически его удается согласовать только на одной или нескольких фиксированных частотах. Кроме этих частот фильтр работает при несогласованной нагрузке. Вследствие этого возникают отражения, приводящие к изменению мощности, подаваемой в приемник. Поэтому для оценки работы фильтра в условиях несогласованности, в рабочих условиях, используют рабочие параметры.

Если при проектировании фильтров основываться на рабочих параметрах, то методы расчета параметров элементов фильтра будут более сложными, чем при использовании характеристических параметров, но результаты расчета будут точнее.

2. Принцип действия электрических фильтров

2.1 Фильтры нижних частот

Фильтры нижних частот предназначаются для пропускания токов всех частот (и в том числе тока нулевой частоты, т. е постоянного тока), лежащих ниже определенной, заранее намеченной частоты - так называемой частоты среза или граничной частоты. В то же время фильтры этого класса должны задерживать, отсекать токи всех частот выше частоты среза. Схема простейшего Г-образного фильтра нижних частот представлена на рис. 3, где

Rн - активное сопротивление нагрузки, равное внутреннему сопротивлению Ri генератора. Как видно из этой схемы, индуктивность L1/2 фильтра включена в линию последовательно, а его емкость С2/2 включена между проводами линии, т. е. параллельно нагрузке. Принцип действия этого фильтра следующий. Проходящие в линии токи нижних частот встретят со стороны индуктивности L1/2 небольшое сопротивление и пройдут через нее - дальше к нагрузочному сопротивлению Rн, ответвляясь в емкость С2/2 лишь в очень малой степени, так как последняя представляет для токов низкой частоты большое сопротивление. Токи же верхних частот задерживаются индуктивностью, поскольку она представляет для них большое сопротивление, а те токи верхних частот, которые все же будут пропущены индуктивностью, ответвляются, главным образом, в емкость С2/2, которая представляет для них малое сопротивление. Само собой очевидно, что действие емкости С2/2 будет зависеть не только от величины ее сопротивления для тех или иных частот, но и от соотношения между этим сопротивлением и сопротивлением нагрузки, включенного, как и конденсатор, между проводами линии.

Рис. 2.1 - Образный фильтр нижних частот, включенный на нагрузку Rн и источник э. д. с.

Чем больше сопротивление Хс емкости С2/2 для данной частоты по сравнению с, нагрузочным сопротивлением Rн, тем большая часть тока этой частоты ответвится в нагрузку Rн, и наоборот. Если, например, Хс для данной частоты будет равно Rн, то ток этой частоты распределится между конденсатором и нагрузочным сопротивлением поровну, и в результате· фильтрующее действие устройства значительно снизится. Поэтому, величина нагрузочного сопротивления фильтра не может быть взята произвольной, она должна быть связана вполне определенными соотношениями со значениями L1 и С2 данного фильтра. Аналогичным образом при заданном значении нагрузочного сопротивления Rн величины L1 и С2 фильтра должны быть выбраны в соответствии с величиной Rн.

Описанное действие фильтра нижних частот, как и всякого фильтра, характеризуется так называемой частотной характеристикой фильтра, приведенной на рис. 4. По горизонтальной оси откладываются в возрастающем порядке частоты, а на перпендикулярах к ней - так называемое затухания фильтра на соответствующих частотах, которое представляет собой логарифм отношения напряжения или тока на входе фильтра к тем же величинам на его выходе. Заштрихованная часть графика соответствует не пропускаемым фильтром частотам (noлоса запирания), а диапазону пропускаемых фильтром частот соответствует не заштрихованная часть графика (полоса прозрачности фильтра). Из частотной характеристики фильтра видно, что затухание в данном фильтре равно нулю для всех частот, начиная с нулевой частоты (постоянный ток) вплоть до частоты среза f2 выше которой затухание в случае идеальных фильтров резко, а в реальных фильтрах постепенно возрастает, так как для токов с частой выше частоты среза индуктивность - представляет уже большое сопротивление, а емкость начинает их заметно шунтировать.

Рис. 2.2. Однозвенный Т-образный фильтр нижних частот.

Рассмотренный тип фильтра нижних частот не является единственным. Большее применение имеют симметричные схемы фильтров, к которым принадлежат, так называемые Т-образные и П-образные схемы, обладающие лучшими фильтрующими свойствами. Т-образные и П-образные фильтры легко получаются из рассмотренной Г-образной схемы. Если к точкам б, в этого фильтра подключить второй такой же фильтр (с теми значениями L1/2 и C2/2) так, чтобы точки б и в одного совместились с аналогичными точками б и в другого, то получим Т-образную схему фильтра нижних частот (рис.5), где емкость С2 представляет собой сумму двух параллельно включенных одинаковых по величине емкостей С2/2 каждая. Если же эти фильтры подключить друг к другу так, чтобы совместились их точки а, то получим П-образную схему фильтра нижних частот (рис.6), где индуктивность L1 представляет собой сумму двух последовательно включенных одинаковых по величине индуктивностей L1/2 каждая.

Работа П-образного фильтра аналогична работе Т-образного фильтра и разница между этими фильтрами заключается только в том, что в П-образном фильтре имеется две емкости, каждая из которых равна емкости Г-образного звена и которые включены по обеим сторонам индуктивности, а в Т-образном фильтре - две индуктивности, каждая из которых равна индуктивности Г-образного звена и которые включены по обеим сторонам емкости. Полные же значения индуктивности и емкости в Т- и П-образных- фильтрах остаются одними и теми же.

Приведенные схемы фильтров нижних частот не обеспечивают достаточной крутизны среза и или быстрого нарастания затухания за граничной частотой, хотя каждый из этих типов фильтров действует в отношении качества фильтрации много лучше, чем если бы цепь состояла только из индуктивности или только из емкости. Крутизна среза фильтра зависит не только от потерь в его цепях, но также и от числа звеньев фильтра. Чем больше число звеньев, тем эффективнее действие фильтра. Число звеньев в фактически применяемых в фильтрах определяется, с одной стороны, обеспечением желаемой крутизны среза, а с другой стороны - стоимостью устройства. Два звена в большинстве случаев вполне удовлетворяют предъявляемым к фильтрам требованиям, а зачастую оказывается достаточным и одного звена. Три звена применяются в очень редких случаях.

Многозвенные фильтры составляются последовательным включением однозвенных фильтров с одинаковыми характеристиками.

Рис. 2.3 Двухзвенный Т-образного фильтр нижних частот

На Рис.7, а показано составление двухзвенного Т-образного фильтра из двух однозвенных фильтров того же типа и с одинаковыми характеристиками. Так как индуктивности в середине фильтра включены последовательно, то их можно заменить одной индуктивностью L1, равной сумме двух индуктивностей, равных каждая L1. В результате получается часто применяемая двухзвенная схема Т-образного фильтра (фиг. 7, б). Аналогичным образом можно составить Т-образную схему фильтра нижних частот из любого числа звеньев, нужно только помнить, что конечные индуктивности Т-образного фильтра имеют величины, вдвое меньшие каждой из серединных индуктивностей, которые предполагаются между собой равными.

Аналогичным образом составляют и многозвенные П-образные фильтры.

Будет ли фильтр Т-образный или П-образный, зависит от удобств его применения. Обычно в тех случаях, когда желательно получение на выходе фильтра большего постоянства напряжения, независимо от условий работы выхода фильтра, предпочтительнее применять Т-образные фильтры.

Расчет фильтра состоит в определении значения индуктивности L1 и емкости С2, обеспечивающих получение этой точки среза при заданной граничной, критической частоте f2. Кроме того, определяется и число звеньев, необходимое для получения нужной крутизны среза. Для фильтров нижних частот как Т-, так и П-образных значения емкостей (в мкф) и индуктивностей (в гн) для получения среза на заданной частоте f2 определяются формулами гн (3) мкф (4) гц (5)

Входящая в приведенные выше формулы величина R представляет собой сопротивление нагрузки фильтра, т. е. сопротивление цепи, на которую включается фильтр. Теория фильтров предполагает, что вход и выход фильтра нагружены равными по величине активными сопротивлениями. Фильтр будет работать удовлетворительно только в том случае, если R равно так называемому характеристическому сопротивлению фильтра, которое может быть принято приблизительно равным ом. Характеристическое сопротивление фильтра имеет активный характер и не зависит от числа его звеньев, а зависит только от соотношения составляющих фильтр индуктивностей и емкостей. Так как нагрузка, имеющая характер реактивного сопротивления и не равная R, расстраивает работу фильтра, то задача расчета любого фильтра состоит не только в подборе соответствующих L1 и С2, определяющих частоту среза, но и согласования нагрузки фильтра с его характеристическим сопротивлением. Если известны сопротивления источника э. д. с., работающего на фильтр, сопротивление входа фильтра и его нагрузки, то одно из них принимается за характеристическое сопротивление фильтра. Если известно только одно из этих сопротивлений, то оно принимается за характеристическое сопротивление фильтра, а остальные величины подгоняются к этому характеристическому сопротивлению или, как принято говорить, согласуются с ним.

Фильтры верхних частот предназначаются для пропускания токов всех частот, лежащих выше определенной, заранее намеченной частоты - частоты среза или граничной частоты, и в то же время они должны задерживать, срезать все частоты, лежащие ниже частоты среза. Проходящие через цепь, в которую включен фильтр, токи верхних частот встречают во включенной в нее емкости 2С1 сравнительно меньшее сопротивление, чем сопротивление, которое представляет для них включенная параллельно в линию индуктивность 2L2. Следовательно, в эту цепь они будут ответвляться лишь в незначительной степени и в значительно большей степени пройдут через нагрузочное сопротивление Rн фильтра. Что же касается нижних частот, то здесь явления протекают в обратном порядке: емкость, 2С1, если она выбрана надлежащей величины, представляет для них очень большое сопротивление, и она поэтому их будет задерживать. Индувность же для нижних частот представляет очень небольшое сопротивление и поэтому все же прошедшие через 2С1 низкие частоты будут ею замыкаться. Шунтирующее действие индуктивности 2L2 на токи верхних частот будет зависеть не только от величины ее сопротивления для тех или иных частот, но и от соотношения между величинами этого сопротивления и сопротивления нагрузки Rн, включенного параллельно 2L2. Чем меньше индуктивное сопротивление XL индуктивности для данных частот, тем большая часть тока этих частот будет ответвляться в индуктивность и тем меньшая часть их будет поступать в нагрузочное сопротивление, и наоборот. Поэтому и в случае фильтра верхних частот, как и в случае фильтра низких частот, величины С1 и L2 фильтра должны быть согласованы с нагрузочным сопротивлением Rн фильтра.

Частотная характеристика фильтра верхних частот приведена на рис.9. Как и в случае фильтров нижних частот, заштрихованная площадь на фигуре соответствует полосе задерживаемых фильтром частот. Из характеристики видно, что для всех частот, начиная с нулевой и до частоты среза f1, затухание их имеет определенное значение, а начиная с частоты среза оно в случае идеального фильтра сразу спадает до нуля, пропуская свободно все частоты, лежащие выше f1. В реальном фильтре верхних частот это затухание спадает постепенно и скорость этого спада зависит от потерь в фильтре и числа его звеньев, как и в случае фильтров нижних частот. Чем больше потери в элементах фильтра, тем менее резко проявляется граница между полосой прозрачности фильтра и полосой задерживания. Как и в случае фильтров нижних частот, большее распространение получили симметричные схемы фильтров верхних частот Т-образного и П-образного типов.

Все, что касается влияния потерь в фильтре нижних частот на их характеристику, в одинаковой мере относится и к фильтрам верхних частот. При отсутствии потерь оба типа фильтров обладают одинаковым фильтрующим действием. Наличие потерь закругляет характеристику фильтра, делая все процессы в нем более плавными, и результирующее затухание многозвенного фильтра не будет пропорционально числу звеньев, а растет медленнее их числа. Но какой бы тип фильтров ни применялся, сумма всех емкостей и индуктивностей, входящих в фильтр, при одном и том же числе звеньев остается одинаковой.

Как и в случае фильтров нижних частот, расчет фильтров верхних частот заключается в определении точки среза или граничной частоты, которая зависит от значений емкостей и индуктивностей, составляющих звено данного фильтра. Необходимые значения С1 и L2 как для Т-образных, так и П-образных фильтров для получения заданной частоты среза f1 определяются следующими формулами: гн (6) мкф (7) гц ( 8)

Что касается величины R, то она является сопротивлением нагрузки фильтра. Как и в случае фильтра нижних частот, оно должно быть равно характеристическому сопротивлению фильтра ом. Если R не равно р, то, чтобы избежать растройки фильтра, R должно быть согласовано с р. Равно и входное сопротивление фильтра, также должно быть равно р или согласовано с ним. В обоих случаях R должно носить характер активного сопротивления.

Пусть имеется два фильтра: один фильтр нижних частот с частотой среза 2 f2 =1000 гц, другой фильтр - фильтр верхних частот с частотой среза f1= 500 гц.

Оба фильтра обладают одинаковыми характеристическими сопротивлениями. Если включить эти два фильтра последовательно друг с другом и подключить на выходе нагрузочное, сопротивление Rн, равное характеристическому сопротивлению фильтров, то составленная нами комбинация фильтров:1) не пропустит к нагрузочному сопротивлению частот ниже 500 гц - их не пропустит фильтр верхних частот, и 2) не пропустит частот выше 1000 гц - их не пропустит фильтр нижних частот.т. е. все частоты, поступающие в нагрузочное сопротивление, будут заключены между 500 и 1000 гц. Поэтому такая комбинация фильтров носит название полосового фильтра, так как она пропускает к выходу только узкую полосу некоторых заранее намеченных частот или, как говорят, обладает определенной полосой прозрачности.

Изображенная на рис. 10 схема полосового фильтра состоит из двух звеньев однозвенных П-образных фильтров верхних и нижних частот. Но аналогичным образом можно получить полосовой фильтр, соединив последовательно два звена однозвенных фильтров Т-образного типа фильтров верхних и нижних частот, и такой полосовой фильтр будет обладать такой же характеристикой.

Так как полосовые фильтры представляют собой комбинацию из фильтров верхних и нижних частот, то все, что было сказано о влиянии на них характеристики активных сопротивлений, в полной мере относится и к полосовым фильтрам.

Как и в случае фильтров верхних и нижних частот, фильтрующее действие их можно улучшить, если собрать схему многозвенного фильтра, закон составления которого тот же, что и в случае фильтров верхних и нижних частот, т.е. отдельные звенья должны обладать одинаковыми характеристическими сопротивлениями.

При расчете полосовых фильтров обычно известно три величины: сопротивления, на которые фильтр нагружен (сопротивления на входе и выходе фильтра), верхняя f2 и нижняя f1 частоты среза и по этим заданным величинам находят соответствующие значения индуктивностей и емкостей. Расчетные формулы полосовых фильтров можно представить в виде: (6)

(7)

(8)

(9)

Здесь L1 и L2 выражены в гн, С 1 и С2-в мкф, R в ом-сопротивление, на которое нагружен фильтр. Как и в случае фильтров верхних и нижних частот, R должно носить активный характер и должно быть равно характеристическому сопротивлению полосового фильтра =1000 ом если желательно обеспечить нормальные условия работы фильтра. Этому же сопротивлению должно быть равно и сопротивление на входе фильтра. Если фильтр работает на линию, то сопротивление R приравнивается сопротивлению линии на частоте f0, примерно равно среднему геометрическому из частот f1 и f2 т. е. fo= - резонансной частоте контуров, образующих звенья фильтра.

Заграждающие фильтры предназначаются для подавления токов определенной постоянной полосы частот, ограниченной верхней и нижней частотами среза. Соответственно с этим заграждающие фильтры должны пропускать токи всех частот, лежащих выше и ниже полосы подавления. Отсюда следует, что эти фильтры по своему назначению в точности противоположны назначению фильтров полосовых. Заграждающие фильтры можно получить из полосовых, поменяв в них местами их контуры, т. е. запирающий данную полосу частот контур (параллельный) нужно включить в линию последовательно, а последовательный контур, пропускающий эту же полосу частот, нужно включить параллельно между проводами. Схема заграждающего фильтра представлена на рис. 14, характеристика которого изображена на рис. 15. На практике больше применяются симметричные заграждающие фильтры как Т-образного, так и П-образного типов, которые легко получаются из приведенного Г-образного фильтра на рис. 14 и которые изображены на рис. 16, а и б соответственно.

Расчетные формулы для заграждающих фильтров имеют следующий вид: (10)

(11)

(12)

(13)

Здесь L1 и L2 выражены в гн, С 1 и С2-в мкф, R в ом-сопротивление, на которое нагружен фильтр. Как и в случае фильтров верхних и нижних частот, R должно носить активный характер и должно быть равно характеристическому сопротивлению полосового фильтра =1000 ом.

Как полосовой фильтр, так и заграждающий могут быть для увеличения эффективности его фильтрующего действия многозвенными. В равной мере заграждающие фильтры могут быть упрощены исключением того или иного его элемента за счет некоторого нарушения симметричности его действия, что зачастую вполне приемлемо для практических условий.

Электрические фильтры имеют очень широкое применение в современной технике. Они находят применение при изучении характеристик оборудования связи, при передаче импульсов сложной формы, каковые представляют собой, например, речь, музыка и т. п. Они дают возможность разложить сложный звук на его составные частоты для их изучения или выделения. Они широко используются, например, в телефонии для исправления некоторых из ее недостатков - для ослабления одних частот или для выделения, придания большей выразительности другим частотам, а помощью полосовых фильтров можно, выделять целые полосы частот. Это дает возможность производить по одной и той же линии телефонной цепи или по радио одновременно несколько передач или разговоров, а потом эти передачи на приемном пункте отделить друг от друга.

Электрические фильтры широко применяются в радиотехнике, многоканальной проводной связи, автоматике, измерительной технике и во многих других областях современной радиоэлектроники, использующих принцип частотной селекции сигналов.

Фильтры используются в звуковой аппаратуре в многополосных эквалайзерах для корректировки АЧХ, для разделения сигналов низких, средних и высоких звуковых частот в многополосных акустических системах, в схемах частотной коррекции магнитофонов и др.

В работе рассмотрен принцип работы электрических фильтров, их классификации, в зависимости от параметров, составляющих фильтр. Приведены формулы для расчета фильтров. Рассмотрено сферы применения электрических фильтров.

1. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические сети. - М.: Лань, 2009. - 592 с.

2. Бессонов Л.А.: Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Юрайт-Издат, 2012 - 701 с.

3. Теоретические основы электротехники / Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., В.Л. Чечурин, том 1, 4-е изд., доп.- М.: Питер, 2008. - 443 с.

4. Основы теории цепей / Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В., 4-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1975. - 752 с.

Размещено на .ru