Электрические фильтры к-типа (НЧ, ВЧ) В-17
Электрические фильтры
Основные понятия по теме
Чем выше добротность контура, тем уже его полоса пропускания и острее резонансная кривая. Острота резонансной кривой характеризует частотную избирательность колебательного контура, т.е. способность пропускать или задерживать электрические колебания только определенной частоты − резонансной или близко к ней. [1]
В различных электротехнических устройствах между источником энергии и приемником включают электрические фильтры в виде четырехполюсников или цепных схем, чтобы пропускать к приемнику только токи заданного диапазона частоты. Цепные схемы состоят из каскадно-включенных четырехполюсников, называемых звеньями. При этом выходные схемы каждого предыдущего звена соединяются с входными схемами последующего.
Электрический фильтр − пассивный четырехполюсник, пропускающий некоторую определенную полосу частот с малым затуханием, вне этой полосы частот затухание велико.
Полоса частот, при которых затухание мало называется полосой пропускания фильтра. Остальную область частот называют полосой задерживания или затухания.
Электрические фильтры классифицируются по:
– пропускаемым частотам: НЧ, ВЧ, полосные, заграждающие;
– схемам звеньев: Г, Т, П-образные, мостовые и т.п.;
– характеристикам: простейшие типа 
, более высокого класса типа 
;
– типам элементов: реактивные ( 
и 
), пьезоэлектрические (кварцевые пластины), безиндуктивные ( 
и ) и др.
|
|
|
Условием пропускания реактивного фильтра является наименьшее число элементов равное 2, т.е. это Г-образные фильтры.
Для обратимого четырехполюсника справедливо 
,где 
− коэффициент передачи или мера передачи (постоянная распространения), 
– собственное затухание четырехполюсника, 
– коэффициент фазы.
Фильтры обычно собирают по симметричной Т и П-образной схеме, которые в дальнейшем можно представить как комбинацию из Г-образных фильтров (рисунок 5.1).
В случае симметричного Т и П-образного фильтра коэффициент передачи 
определяется
; 
.
Полосой пропускания реактивного фильтра является область частот, при которой собственное затухание реактивного фильтра равно нулю ( 
).
 |
А) б)
Рисунок 5.1 – Принципиальные схемы Т (а) и П (б) - образных
Фильтров
Для любого симметричного реактивного фильтра в полосе пропускания, т.е. при :
Частота, являющаяся граничной между полосой прозрачности и полосой затухания, называется частотой среза.
Характер изменения угла b для зоны прозрачности 
|
|
|
В полосе затухания 
, 
,т.е. при и при 
. При , 
, а при , 
.
С изменением частоты 
изменяются коэффициенты 
и четырехполюсника, поэтому меняется характеристическое сопротивление
.
Для того, чтобы фильтр работал на согласованную нагрузку, при изменении частоты нужно изменять и сопротивление нагрузки.
В полосе прозрачности характеристическое сопротивление фильтра всегда активное, а в полосе затухания – чисто реактивное.
Фильтры, в которых произведение продольного сопротивления на соответствующее поперечное сопротивление представляет собой некоторое постоянное для данного фильтра число , не зависящее от частоты, называют фильтрами типа . Фильтры, в которых это произведение зависит от частоты, называются фильтрами типа .
Во избежание получения громоздких фильтров с низкой добротностью катушек применяют безындукционные фильтры ( 
), состоящие из активных сопротивлений и емкостей. -фильтры также используют в случае когда сопротивление нагрузки, на которую включен фильтр, очень велико, т. е. теоретически стремиться к бесконечности. На рисунке 5.6 показан -фильтра нижних частот (ФНЧ) и его векторная диаграмма.
Электрические фильтры к-типа (НЧ, ВЧ) В-17
|
|
|
При низких частотах, когда емкостное сопротивление велико, напряжение на выходе фильтра немного меньше напряжения на его входе и, следовательно, затухание мало. С повышением частоты емкостное сопротивление убывает, напряжение на выходе уменьшается и, следовательно, затухание возрастает.
 |
а) б)
Рисунок 5.6 − Принципиальная схема - фильтра нижних частот (ФНЧ) и его векторная диаграмма
Комплексный коэффициент передачи напряжения такого фильтра при 
и 
можно представить в виде
(5.1)
При этом модуль коэффициента передачи выражения (5.1) или другими словами амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) фильтра будет иметь вид
, (5.2)
где 
− постоянная времени фильтра.
Фазовый сдвиг между напряжением на выходе и входным напряжением или фазочастотная характеристика (ФЧХ) фильтра определяется выражением
. (5.3)
Граничная частота (частота среза) определяется по уровню, при котором модуль коэффициента передачи 
уменьшается в 
раз от своего максимального значения. С учетом сказанного выражение (5.2) дает для граничной частоты
или 
. (5.4)
|
|
|
Для - фильтров не наблюдается резкого перехода от полосы прозрачности к полосе задержки.
Принципиальная схема -фильтра верхних частот (ФВЧ) и его векторная диаграмма приведены на рисунке 5.7.
При низких частотах, когда емкостное сопротивление велико, напряжение на выходе фильтра мало, т. е. получается большое затухание. С увеличением частоты емкостное сопротивление уменьшается, и напряжение на выходе возрастает, т. е. затухание убывает.
 |
Рисунок 5.7 − Принципиальная схема -фильтра верхних частот (ФВЧ) и его векторная диаграмма
Комплексный коэффициент передачи ФВЧ по напряжению 
и 
имеет вид
. (5.5)
АЧХ и ФЧХ такого фильтра, как следует из соотношения (5.5), выражаются формулами
. (5.6)
. (5.7)
Граничная частота -фильтра верхних частот определяется аналогично граничной частоте фильтра нижних частот
или .
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 121; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!