Частотный фильтр, или также известный как частотно-селективная схема, представляет собой особый тип схемы, который используется для фильтрации некоторых входных сигналов на основе их частот.
Схема фильтра пропускает сигнал определенной частоты без какого-либо ослабления (уменьшения амплитуды) или с некоторым усилением и ослабляет другую частоту в зависимости от типа фильтра. Кстати, фильтр магистральный можно купить на странице https://wigit.ru/filtr-magistralnyy-filtertechnik-r41248/ специализированного сайта.
Термины, используемые в фильтрах
Чтобы понять частотную характеристику фильтра, необходимо иметь представление об используемых в нем терминах. Некоторые термины, используемые при описании характеристик фильтра, приведены ниже;
Полоса пропускания
Полоса частот входного сигнала, который проходит через фильтр без какого-либо ослабления, называется полосой пропускания. Обычно полоса пропускания не имеет усиления, учитывая, что фильтр является пассивным фильтром. В активных фильтрах полоса пропускания может иметь некоторое усиление в зависимости от конфигурации схемы
Полоса заграждения
Полоса частот входного сигнала, которые блокируются или ослабляются в фильтре, называется полосой пропускания. коэффициент усиления при останове обычно принимается равным менее -3 дБ от входного сигнала.
для фильтра 1-го порядка учитывается коэффициент усиления — 3 дБ. фильтр 2-го порядка имеет коэффициент усиления — 6 дБ, который уменьшается с увеличением порядка фильтра.
Частота среза
Полоса пропускания и полоса запирания отличаются друг от друга частотой среза или угловой частотой. Напряжение выходного сигнала на частоте среза составляет 70,7% от напряжения входного сигнала. Оно также известно как “частота -3 дБ”, поскольку — 3 дб представляет собой половину мощности. И это частота, на которой мощность выходного сигнала становится вдвое меньше мощности входного сигнала.
В полосовом фильтре пропускания или полосовом отклоняющем фильтре имеется две частоты среза.
-
Более низкая частота среза:
Нижняя частота, при которой коэффициент усиления фильтра составляет половину или -3 дБ. Она обозначается f1. Полосовой фильтр допускает частоту после этой точки, в то время как полосовой ограничитель блокирует ее.
-
Верхняя частота среза
Верхняя частота, при которой выходная мощность уменьшается на ½ входной мощности. Она обозначается f2. Полосовой фильтр не пропускает частоту после этой точки, в то время как фильтр с ограничением полосы пропускания допускает это.
Центральная частота f0
Частота, которая находится в центре полосы пропускания или полосы пропускания в полосовом фильтре или полосовом фильтре отклонения соответственно, называется центральной частотой. Он находится между двумя частотами среза, то есть нижней и верхней частотами среза. Фактически, это среднее арифметическое обеих частот среза.
Пропускная способность:
Диапазон частот, которые пропускаются (в случае полосового фильтра) без какого-либо ослабления, или частоты, которые ослаблены (в случае полосового фильтра с отклонением), называется полосой пропускания фильтра. Ширина частот до (в случае фильтра нижних частот) или после (в случае фильтра верхних частот) частоты среза называется полосой пропускания
Скорость отката;
Это скорость изменения коэффициента усиления / выходной мощности, скорость снижения коэффициента усиления фильтра называется скоростью спада. это выражается в потере усиления за декаду (десятикратное увеличение частоты) или за октаву (двукратное увеличение частоты).
Коэффициент спада фильтра n-го порядка составляет 20 ндб/декада или 6 ндб/ октава, а n — это порядок фильтра. За десятилетие частота увеличивается в 10 раз, а за октаву — в 2 раза.
Типы фильтров:
Существуют различные типы фильтров, классифицируемых на основе их частотной характеристики и конструкции.
На основе их конструкции:
В зависимости от конструкции фильтров существует два типа фильтров: пассивные фильтры и активные фильтры.
-
Пассивные фильтры
Как следует из названия, пассивные фильтры состоят из пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.
Для этого не требуется никакого внешнего источника энергии. Поэтому в этих фильтрах отсутствует усиление по напряжению. Выходное напряжение всегда меньше входного.
Он может легко фильтровать высокочастотный сигнал, но не может обрабатывать низкие частоты.
Несмотря на простоту конструкции, подключение нагрузки к этому фильтру влияет на его характеристики. Каскадирование пассивных фильтров для фильтра более высокого порядка влияет на характеристики фильтра.
-
Активные фильтры
Недостатком является то, что для этого требуется внешний источник питания, но он обеспечивает высокое усиление по напряжению. Это усиление используется для усиления любых слабых входных сигналов.
Активный фильтр может фильтровать очень низкочастотные сигналы, но он не может обрабатывать очень высокочастотный сигнал.
Они могут иметь немного сложную конструкцию, но они обеспечивают очень высокое входное и низкое выходное сопротивление. Вот почему; сопротивление нагрузки не влияет на характеристики активных фильтров.
для повышения упорядоченности фильтра активные фильтры используются в каскадной конфигурации, не беспокоясь о потере мощности входных сигналов.
На основе их частотной характеристики:
Фильтры классифицируются на основе частотной характеристики по следующим четырем категориям.
-
Фильтр нижних частот.
Фильтр нижних частот пропускает низкочастотные сигналы без какого-либо ослабления (снижения мощности), но он отклоняет любые высокочастотные сигналы.
Фильтр нижних частот имеет реактивную составляющую, реактивное сопротивление которой изменяется в зависимости от частоты входного сигнала. Изменение реактивного сопротивления приводит к увеличению или уменьшению падения напряжения внутри цепи. если падение напряжения на выходе больше, сигнал будет пропущен, в противном случае он будет отклонен фильтром.
Частоты полосы пропускания и запорной полосы определяются частотой среза фильтра.
Любая частота, меньшая частоты среза, пропускается без какого-либо ослабления. В то время как любой другой сигнал более высокой частоты, частота среза будет заблокирована.
-
Фильтр высоких частот.
Тип фильтра, который позволяет пропускать высокочастотные сигналы без какого-либо ослабления их амплитуды и блокирует (отклоняет) любой низкочастотный сигнал, называется фильтром высоких частот.
Любой сигнал с частотой ниже частоты среза фильтра блокируется. В то время как любой сигнал с частотой выше частоты среза проходит с полной амплитудой.
-
Полосовой фильтр;
Этот тип фильтров допускает определенную полосу частот и блокирует любые другие частоты, более низкие или более высокие, чем его полоса пропускания.
Этот тип фильтров имеет две частоты среза, т.е. нижнюю и верхнюю частоту среза.
Полоса пропускания блокирует низкие и высокие частоты, в то же время позволяя использовать промежуточные частоты, известные как частоты полосы пропускания.
Любой входной сигнал, имеющий частоту, принадлежащую частотам полосы пропускания, будет пропущен без какого-либо ослабления.
Комбинирование фильтра нижних частот и фильтра верхних частот в каскадной конфигурации обеспечит полосовой фильтр.
Фильтр нижних частот блокирует высокие частоты, а фильтр верхних частот блокирует низкие частоты. И они будут пропускать средние частоты между ними
-
Полосовой фильтр отклонения;
Этот тип фильтров ослабляет сигнал, частоты которого лежат в фиксированной полосе частот.
Он также известен как фильтр с ограничением полосы пропускания или режекторный фильтр.
Он работает в полной противоположности полосовому фильтру. Он пропускает низкочастотные и высокочастотные сигналы. Но он не допускает фиксированной полосы частот между ними.
Он также имеет нижнюю и верхнюю частоты среза. И любые сигналы, имеющие частоту между этими частотами среза, отклоняются фильтром.
Области применения фильтров:
Частотные фильтры имеют очень много применений в нашей жизнедеятельности; некоторые из этих применений приведены ниже;
- Тюнер в радиоприемнике: Полосовой фильтр в тюнере радиоприемника обеспечивает фиксированную частоту выходного динамика.
- Высокие и басовые частоты динамика: низкие частоты имеют более низкие частоты, а высокие — более высокие. Они разделяются с помощью фильтров верхних и нижних частот и отдельно направляются на соответствующие басовые и высокие динамики для получения четкой музыки.
- Сглаживание: это фильтр нижних частот, который отфильтровывает высокочастотные компоненты из сигнала перед выборкой. Он предотвращает выборку формы компонента сглаживания.
- Режекторный фильтр: это полосовые фильтры с узкой полосой пропускания, которые отфильтровывают любой мешающий сигнал.
- Сглаживание источника питания: На выходе источника питания, который является выпрямителем, присутствуют пульсации переменного тока. Эти частоты отфильтровываются с помощью фильтра нижних частот, что приводит к сглаживанию выходного сигнала.
- Подавление шума: Они используются в системах связи для удаления шума из принимаемых сигналов.