Требования к электрическим характеристикам фильтров

Активные фильтры

Активными фильтрами называют электронные усилители, содержащие RC-цепи, с помощью которых усилителю придаются определенные избирательные свойства.

Фильтры предназначены для избирательного выделения полезного сигнала из смеси шумов, помех и самого сигнала.

Фильтры характеризуются полосой пропускания, резонансной частотой, эффективностью выделения/ослабления полезного/мешающего сигнала.

Полоса частот, в которой ослабление мало, называется полосой пропускания.

Полоса частот, в которой ослабление велико, называется полосой непропускания (задерживания). Между этими полосами находится переходная область.

По расположению на шкале частот полосы пропускания различают следующие фильтры:

нижних частот (ФНЧ), в которых полоса пропускания располагается на шкале частот от w=0 до некоторой граничной частоты w=wв, (рис. 1, а);

верхних частот (ФВЧ) с полосой пропускания от частоты w=wн, до бесконечно больших частот, (рис. 1, б);

полосовые (ПФ), в которые полоса пропускания wн…wв располагается между полосами (рис. 1, в);

заграждающие (режекторные) (ЗФ или РФ), в которых между полосами пропускания 0…wп1 и wп2…∞ находится полоса непропускания wз1…wз2 (рис. 1, г).

Рисунок 1 –Полоса пропускания фильтра

Практически полосы пропускания и задерживания четко не разграничены и должны быть формально определены. В качестве полосы пропускания выбирается диапазон частот, где значение амплитудно-частотной характеристики превышает некоторое заранее выбранное число, обозначенное А1. А1 называют коэффициентом передачи на частоте среза.

Например, A1=0,707 (или –3 дБ). Полосу заграждения образует диапазон частот, в котором амплитудно-частотная характеристика меньше определенного значения A2, называемого коэффициентом передачи в полосе заграждения

Требования к электрическим характеристикам фильтров

Избирательность фильтра (степень разграничения полос пропускания и непропускания) определяется крутизной характеристики рабочего ослабления. Чем больше крутизна этой характеристики и чем сильнее ослабление в полосе пропускания, тем лучше избирательность фильтра и, следовательно, меньше уровень помех от подавляемых колебаний. В идеальном фильтре характеристика рабочего ослабления, например для ФНЧ, имеет вид, показанный на рис. 2, а. С рабочим ослаблением связана рабочая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). На рис. 2, б изображена АЧХ идеального фильтра нижних частот.

Реальные фильтры имеют характеристики рабочего ослабления и амплитудно-частотную, отличные от идеальных. Требования к электрическим характеристикам фильтров задаются в виде допустимых пределов изменения этих характеристик. Так, рабочее ослабление в полосе пропускания не должно превышать некоторого максимального допустимого значения Аpmax, а в полосе непропускания не должно быть ниже некоторого минимально допустимого значения Аpmin. Эти требования графически представлены на рис. 3, a. На этом рисунке wп и wз — граничные частоты полос пропускания и непропускания.

В теории фильтров принято иметь дело не с угловой частотой , а с нормированной частотой , где — нормирующая частота. Обычно в качестве нормирующей частоты выбирают граничную частоту полосы пропускания , так что .