На головну

активні фільтри

  1. Активні групові методи
  2. Активні групові методи.
  3. Активні і пасивні вимірювання в мережі
  4. Активні індивідуальні методи
  5. Активні методи захисту. Для оперативного реагування створюються мобільні бригади пожежної охорони.
  6. Активні методи навчання та якість підготовки фахівців в
  7. Активні операції комерційних банків

Основні параметри і характеристики фільтрів.Фільтрація - дуже часто застосовується операція. В автоматиці, наприклад, часто керуючий сигнал буває зашумлен (рисунок 5.11), тому в ланцюгах автоматичного управління, поряд з підсилювально-преосвітніми ланцюгами застосовуються фільтри.

Електричні фільтри це чотириполюсники, які пропускають коливання в певному діапазоні частот (смузі пропускання) і практично не пропускають коливань в інших діапазонах (смузі затримування).

       
   
 


 Мал. 5.11. Корисний сигнал з шумами

 Фільтри можна класифікувати по-різному. Головний принцип класифікації - діапазони частот пропускання і придушення. Амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) ідеальних фільтрів наведені на малюнку 5.12. Це фільтри нижніх частот (ФНЧ), верхніх частот (ФВЧ), смугових (ПФ) і смугасто-пригнічують (режекторного фільтрів). У ФНЧ, наприклад, до певної частоти, що дорівнює частоті зрізу fс, Коефіцієнт передачі постійний, після цієї частоти коефіцієнт передачі дорівнює нулю.

У реальних фільтрах немає таких різких кордонів. У ФНЧ, наприклад, в смузі пропускання допускається зниження коефіцієнта передачі до певного рівня (на малюнку 5.13 знижується на 3 дБ - до рівня 0,707 KU0), В смузі придушення (затримання) коефіцієнт передачі падає на 50 -80 дБ.

КU

Мал. 5.13. АЧХ реального ФНЧ

АЧХ часто задається в децибелах (дБ):

КU (?) (дБ) = 20 lg [(UВИХІД (?) /UВХ(?)].

При завданні вимог до фільтру визначається: коефіцієнт передачі в смузі пропускання і припустима нерівномірність в смузі пропускання, як повинен бути ослаблений сигнал на частоті затримання fз. Іноді задається крутизна перехідної ділянки, наприклад, 40 дБ / дек (тобто при зміні частоти в 10 разів fЗ = 10 fc КU зменшується на 40 дБ).

При синтезі фільтрів використовуються передавальні функції, які дорівнюють відношенню зображення по Лапласа вихідного і вхідного сигналів фільтра

П
H(S) = ,

де a, b - Позитивні дійсні числа; П-твір.

Вид частотної характеристики визначається як порядком, так і типом фільтру.

При синтезі часто використовують нормовані частотні характеристики: на частотної осі використовують змінну f / fс, А на осі ординат - змінну ДоU / КU0.

Пасивні фільтри. Рассмотрімвначалепассівний RC - Фільтр низьких частот (ФНЧ, малюнок 5.14).

|H(J?) |
?

 Мал. 5.14. найпростіший RC -фільтр
 Мал. 5 .15. АЧХ RC -фільтра

Амплітудно - частотна характеристика (АЧХ) має вигляд (рисунок 5.15)

|H(J?) | = .

При частотах ? = 10 ?с амплітуда знижується приблизно в 10 разів, тобто амплітуда знижується на 20 дБ / декаду (якщо амплітуда виражається в децибелах). Для деяких цілей такі фільтри цілком підходять, особливо в тих випадках, коли сигнал, який повинен бути відтятий, далеко зрушать по частоті щодо бажаної смуги пропускання (наприклад, при фільтрації радіочастот в підсилювачах звукової частоти).

Однак частіше буває, що перешкода (або сигнал, що вимагає відсічення) розташована ближче і потрібні більш круті схили АЧХ (наприклад, при частотному поділі каналів зв'язку).

Щоб «загострити» АЧХ на певній частоті і тим самим збільшити крутизну спаду АЧХ, до складу ланцюжка можна включити індуктивність L (Рисунок 5.16), тобто використовувати не апериодическое ланка першого порядку, а ланка другого порядку, зокрема - коливальний ланка. Частотна характеристика цієї ланки визначається виразом H(J?) =  і має вигляд (рисунок 5.7).

?С
 R-C ланка
?

       
   
 Мал. 5.17. АЧХ LRC -фільтра
 
 Мал. 5.16. LRC- фільтр
 


На частоті зрізу відбувається резонанс і частотна характеристика підводиться (з енергетичної точки зору на частоті ?С втрати поповнюються за рахунок індуктивності). При цьому

1  ; ?С= .

Схема забезпечує комплексні нулі. Крутизну спаду АЧХ визначає параметр Q, званий добротністю

Q = ?С* L / R.

Чим більше індуктивність, тим «гостріше» АЧХ в області частоти зрізу ?С. Однак застосування індуктивностей при малих габаритах елементів сучасної інтегральної електроніки небажано. Застосування активних елементів, зокрема ОУ, дозволяє імітувати наявність індуктивності в ланцюзі. ОУ в активних фільтрах вносить енергію в контури і забезпечує високу добротність.

Побудова активних фільтрів.Активний фільтр являє собою підсилювач, охоплений частотно-залежними зворотними зв'язками, позитивними або негативними.

У разі позитивного зворотного зв'язку (ПОС) активні фільтри являють собою «недовозбужденіем» автогенератори, у яких не вистачає коефіцієнта посилення для збудження, але на частоті зрізу за рахунок ПОС частотна характеристика підводиться.

Найбільш поширеною схемою з ПОС є схема Саллі-Кея (рисунок 5.18), що представляє собою ФНЧ другого порядку (порядок фільтра визначається числом конденсаторів). Основу фільтра складають дві ланки R1C1 и R2C2.

На низьких частотах сигнал надходить на неінвертуючий вхід ОП і посилюється з коефіцієнтом посилення К = (R3+R4) /R4, При цьому ємнісний струм через С1 тече в «зворотному» напрямку (так як UВИХІД>UВХ). Відбувається як би підкачка енергії з виходу (аналогічно підкачування енергії з індуктивності в попередній схемі) і АЧХ підводиться.

Мал. 5.18. Фільтр другого порядку Саллі - Кея

На частотах, близьких до 1 /R 2C2, UВИХІД починає зменшуватися і зрушуватися по фазі. Внаслідок цього ємнісний струм через С1 стає позитивним і ланка R1C1 поводиться як звичайне апериодическое.

зазвичай R1=R2= R; C1=C2= C. Тоді передавальна функція фільтра:

H

Тоді частотна характеристика схеми має вигляд

H ФНЧ (J ?) = К/ [(1 ?2T2 + J ? (3К) T],

де T = RC; К= (R3+R4) /R4.

Звідси видно, що при К ? 3 схема перейде в режим самозбудження (що неприпустимо для фільтрів). При К = 1 (R1> ?) отримаємо апериодический фільтр другого порядку - знаменник розпадається на два множника (1 + j ? T]. Проміжні випадки відповідають коливального ланки з різними значеннями декремента загасання

? = (3-К) / 2.

Якщо потрібно крутизна спаду АЧХ фільтру більше 40 дб / дек, (n> 2) застосовують фільтри більш високих порядків. Ці фільтри засновані на каскадному з'єднанні фільтрів другого порядку

Фільтр Рауха. Фільтр Рауха (рисунок 5.19) побудований на підсилювачі, охопленому многопетлевой ООС. На частоті зрізу коефіцієнт ООС різко зменшується, що досягається застосуванням ланок типу подвійного

Т-образного моста, у яких коефіцієнт передачі на певній частоті (в нашому випадку - на частоті зрізу) сильно зменшується, отже, частотна характеристика в цій області піднімається.

 
 
 Мал. 5.19. Фільтр Рауха другого порядку


Передавальна функція фільтра:

 
H(S) = -



Попередня   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   Наступна

З дисципліни | ПІДСИЛЮВАЧІ. КЛАСИФІКАЦІЯ І ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ | Види підсилювачів за діапазоном частот. | Підсилювачі з ОЕ | підсилювачі потужності | ПІДСИЛЮВАЧІ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ. ДИФЕРЕНЦІАЛЬНІ УСИЛИТЕЛИ | Коефіцієнти передачі диференціального підсилювача. | ОПЕРАЦІЙНІ ПІДСИЛЮВАЧІ, ПОБУДОВА. ПАРАМЕТРИ. | Інвертують і неінвертуючий масштабуючі підсилювачі | Генератори синусоїдальних коливань. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати