Дослідження універсальних аналогових фільтрів

1.Мета: ознайомитись з основними типами аналогових фільтрів 

2. Технічне забезпечення: ПЕОМ програма EWB 40

3. Короткі теоретичні відомості.

Активні фільтри будуються на опорах, конденсаторах та підсилювачах (зазвичай операційних) і призначені для того, щоб із всіх сигналів, що подаються на вхід, пропускати на вихід сигнали лише наперед заданих частот. Схеми, які володіють частотною вибірковістю, використовуються для посилення чи послаблення певних частот в звуковій апаратурі, в генераторах електромузичних інструментів, в сейсмічних пристроях, в лініях зв’язку, а також в дослідницькій практиці для визначення частотного складу різноманітних сигналів, таких як, наприклад, біопотоки мозку чи механічні вібрації.

Основні визначення.

Будь – який фільтр, як активний, так і пасивний (тобто той, що немає підсилювачів), пропускає з свого входу на вихід лише певну частину всього спектру частот. Фільтри класифікуються за пропускною частиною частотного спектру.

Фільтри нижніх частот пропускають на вихід всі частоти, починаючи з нульової (постійний струм) і до деякої заданої частоти зрізу fзр, і послаблюють всі частоти, що перевищують fзр, частотна характеристика такого фільтра показана на рис.61. Діапазон частот від нуля до fзр називається смугою пропускання, а діапазон частот, що перевищують fb - смугою загасання (або затухання). Інтервал частот між fзр та fb називається перехідною ділянкою, а швидкість, з якою, на цій ділянці змінюється величина послаблення, є важливою характеристикою фільтра. Частота зрізу fзр - це частота, при якій напруга на виході фільтра падає до рівня 0,707 від напруги на полосі пропускання (тобто падає на 3 дБ); частота fb - це частота, при якій вихідна напруга на 3 дБ, ніж вихідна напруга в смузі затухання.

Рис61 – Фільтр нижніх частотРис62 – Фільтр верхніх частот

Фільтр верхніх частот послаблює всі частоти, починаючи з нульової і до частоти fзр, і пропускає всі частоти, починаючи з fзр і до верхньої частотної границі схеми. Частотна характеристика фільтру верхніх частот показана на рис. 62.

Рис63 – Смуговий фільтрРис64 – Режекторний фільтр

Смуговий фільтр пропускає, як показано на рис. 63, всі частоти в смузі між нижньою частотою зрізу f1 і верхньою частотою зрізу f2. Всі частоти нижчі f1 і вищі f2 послаблюються. Діапазон частот від f’1 до f1 і від f2 до f’2 являються перехідними ділянками. Середнє геометричне частот f1 і f2 називають середньою центральною частотою (f0), тобто

f0 = √f1f2

Режекторний смуговий фільтр (згасання) послаблює всі частоти між f1 і f2 і пропускає всі решта частоти. Частотна характеристика такого фільтра показана на рис. 64. Смуговий фільтр загасання з вузькою смугою послаблюючих частот називають фільтром - пробкою. Смугові фільтри загасання використовують для погашення небажаних частот , наприклад частоти 60 Гц, в звуковій апаратурі.

Полюси і частотні характеристики.

Термін “полюс” взято із розділу математики, що вивчає функції комплексних змінних, яка використовується при розрахунку частотних характеристик фільтрів. Для практичних цілей достатньо знати, що полюс вказує на складову нахилу характеристики на складовій ділянці, що обумовлена однією із RC ланок, використаних для формулювання частотної характеристики активного фільтра.

Кожний полюс (RC – ланка) вносить в нахил перехідної ділянки характеристик свої 6 дБ/октаву.

Порядок фільтра – це число його полюсів. Наприклад, фільтр нижніх частот другого порядку – це двохполюсний фільтр нижніх частот, і його характеристика на перехідній ділянці має нахил 12 дБ/октаву. Фільтр шостого порядку має шість полюсів, і нахил характеристики на перехідній ділянці рівний 36 дБ/октаву.