Режекторный фильтр схема. Режекторный фильтр: схема, принцип работы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое режекторный фильтр. Как работает схема режекторного фильтра. Для чего применяются режекторные фильтры в электронике. Какие бывают типы режекторных фильтров. Как рассчитать параметры режекторного фильтра.

Содержание

Что такое режекторный фильтр и принцип его работы

Режекторный фильтр (режекторная схема) — это электронный фильтр, который подавляет сигналы определенной частоты или в определенном диапазоне частот, пропуская сигналы всех остальных частот с минимальным ослаблением. Другие названия режекторного фильтра — заграждающий фильтр, фильтр-пробка, режекторная схема.

Принцип работы режекторного фильтра основан на частотно-избирательных свойствах LC-контура. На резонансной частоте контура его сопротивление резко возрастает, что приводит к подавлению сигнала этой частоты. Сигналы других частот проходят через фильтр практически без изменений.

Основные типы и схемы режекторных фильтров

Существует несколько основных типов режекторных фильтров:

Пассивные LC-фильтры
Активные фильтры на операционных усилителях
Цифровые режекторные фильтры
Кварцевые режекторные фильтры

Простейшая пассивная схема режекторного LC-фильтра состоит из параллельного колебательного контура, включенного последовательно в сигнальную цепь. На резонансной частоте контура его сопротивление максимально, что приводит к подавлению сигнала этой частоты.

Применение режекторных фильтров в электронике

Основные области применения режекторных фильтров:

Подавление сетевых помех частотой 50/60 Гц в аудиотехнике
Фильтрация паразитных сигналов в радиоприемных устройствах
Устранение узкополосных помех в измерительной аппаратуре
Коррекция АЧХ в эквалайзерах и кроссоверах
Выделение полезного сигнала на фоне мощной помехи

Режекторные фильтры позволяют эффективно бороться с узкополосными помехами и нежелательными сигналами в электронных устройствах различного назначения.

Расчет параметров режекторного фильтра

Основные параметры, которые необходимо рассчитать при проектировании режекторного фильтра:

Центральная частота подавления f0
Полоса подавления Δf
Глубина подавления A
Добротность Q

Центральная частота f0 определяется параметрами LC-контура:

f0 = 1 / (2π√LC)

где L — индуктивность, C — емкость контура.

Добротность Q связана с полосой подавления Δf:

Q = f0 / Δf

Глубина подавления A зависит от добротности и схемы фильтра. Для простого LC-контура:

A = 20 log(Q)

При расчете активных фильтров на ОУ учитываются также параметры усилителя.

Преимущества и недостатки режекторных фильтров

Основные достоинства режекторных фильтров:

Эффективное подавление узкополосных помех
Минимальное влияние на полезный сигнал
Простота реализации пассивных схем

Возможность перестройки частоты режекции

К недостаткам можно отнести:

Сложность реализации широкополосного подавления
Необходимость точной настройки
Зависимость параметров от температуры и старения компонентов

Однако преимущества режекторных фильтров делают их незаменимыми во многих областях электроники, где требуется эффективная борьба с узкополосными помехами.

Настройка и регулировка режекторных фильтров

Для получения оптимальных характеристик режекторного фильтра необходима его точная настройка. Основные этапы настройки:

Установка центральной частоты подавления f0
Регулировка добротности Q для получения требуемой полосы подавления
Настройка глубины подавления A
Проверка влияния фильтра на сигналы вне полосы подавления

Для настройки используются генераторы сигналов и измерительные приборы — осциллографы, анализаторы спектра. В некоторых случаях применяется автоматическая подстройка параметров фильтра.

Применение режекторных фильтров в аудиотехнике

В аудиотехнике режекторные фильтры широко используются для:

Подавления сетевых наводок 50/60 Гц
Устранения акустической обратной связи в микрофонных системах
Коррекции АЧХ акустических систем
Формирования требуемой частотной характеристики в эквалайзерах

Применение режекторных фильтров позволяет значительно улучшить качество звучания аудиосистем, устранив нежелательные призвуки и резонансы. В профессиональной звукозаписи режекторные фильтры являются незаменимым инструментом для тонкой настройки звука.

:::Режекторный фильтр с регулируемой величиной добротности для подавления помехи от силовой сети (50 Гц) :::

Регулируемый активный режекторный фильтр

Заявляемое устройство относится к приборостроению, а именно к частотноизбирательным средствам, и предназначено для использования в устройствах фильтрации сигналов от помех на фиксированных частотах, в частности сетевой частоты 50 или 60 Гц, а также в акустических системах для устранения акустической “завязки”

Известно, что режекторные фильтры (РФ) широко применяются в системах связи, в различных измерительных приборах для соответствующей обработки сигналов
В литературе описано множество вариантов таких фильтров, построенных на основе RC-звеньев [Harris, 1968[3]; Steber & Kraeger, 1969[6]; Inigo, 1969[4]; Chakraborty & Choudhary, 1969[2]; Bhattacharyya & Swamy, 1970[1]]
Для режекторных фильтров требуется, чтобы на частоте среза коэффициент передачи фильтра равнялся нулю.

Но на практике это условие бывает трудновыполнимым. Для точной регулировки таких фильтров желательно иметь возможность подстройки величины коэффициента добротности независимо от величины коэффициента передачи

Коэффициент передачи или передаточная функция фильтра являются основными характеристиками, отражающими способность фильтра к частотной селективности
Для исходного фильтра, который является неинвертирующим симметричным режекторным фильтром второго порядка, передаточная функция имеет вид
(1)
где р = j×ω – оператор Лапласа, ω = 2×π×f – круговая частота режекции,
Qисх – коэффициент добротности исходного фильтра,
Nрф(р) – числитель передаточной функции, Dрф(р) – её знаменатель.
При этом не учитывается, с помощью каких конкретно RC или LC звеньев обеспечивается селективность фильтра.
Величина добротности Qисх = ω_{0 / (}ω_{2 –}ω_{1 )} характеризует селективные свойства режекторного фильтра, во многих случаях бывает недостаточна и требуется увеличение добротности режекторного фильтра.

Каскадное включение двух режекторных фильтров с одинаковой добротностью    не позволяет увеличить добротность , поскольку дает режекторный фильтр с более низкой добротностью, чем исходный.
Из уровня техники известен    РФ 2-го порядка с включением на вход исходного РФ дополнительного корректирующего фильтра, являющегося амплитудным корректором и имеющим частоту подьема усиления, совпадающего с частотой режекции.
Каскадное (последовательного) включение   звеньев фильтров [5],   позволяет получить повышение добротности имеющегося исходного режекторного фильтра (РФ) за счет последовательного включения с ним корректирующего звена   [1] , имеющего подьем коэффициента усиления на частоте режекции РФ.
При последовательном включении амплитудного корректора с передаточной функцией (2) и исходного РФ (1) происходит компенсация низкодобротных полюсов знаменателя передаточной функции исходного РФ нулями числителя амплитудного корректора. При этом полиномом знаменателя РФ становится полином знаменателя амплитудного корректора, имеющего большую добротность, что и обеспечивает повышение добротности результирующего режекторного фильтра (3)

(2)
(3)
Однако недостатком такого решения является необходимость использования дополнительных усилительных и реактивных элементов в частотно- избирательных цепях активного корректирующего фильтра, что усложняет и удорожает режекторный фильтр.

Кроме того, усложняется настройка величины добротности из-за необходимости регулировки большого числа элементов.
Практически невозможно оперативно регулировать добротность нового режекторного фильтра.
Известны устройства РФ с повышением величины добротности за счет введение в исходный режекторный фильтр частотнонезависимой положительной обратной связи (ПОС) [ 3-5 ] в селективную цепь на основе Т или 2Т мостов.
РФ с 2Т–мостом и частотно независимым резистивным делителем [4] позволяет регулировать добротность РФ, но компоненты 2Т–моста требуют тщательного подбора и поддержания точного значений номиналов резисторов и конденсаторов 2Т–моста, что также усложняет и удорожает производство РФ
Такое повышение добротности за счет введения ПОС в частотноселективную цепь Т–моста не позволяет регулировать добротность РФ в процессе эксплуатации. Кроме того, использование положительной обратной связи повышает уровень шумов фильтра.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков к предлагаемому режекторному фильтру является режекторный фильтр по патенту США № 4 242 642 (МПК Н03F1/34, 1980)

Схема этого режекторного фильтра содержит дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым резистором, а также с первыми выводами второго и третьего резисторов, который образует резистивный делитель.

Выход дифференциального операционного усилителя соединен со входом исходного режекторного фильтра и с вторым выводом третьего резистора, неинвертирующий вход дифференциального операционного усилителя и один вывод исходного режекторного фильтра подсоединены к общему проводу (заземлению) Выход исходного режекторного фильтра соединен со вторым выводом второго резистора.
Схема прототипа приведена на фиг. 1.
Достоинством этого режекторного фильтра являются:
— исключение дополнительных реактивных элементов, усложняющих настройку фильтра,
— использование только отрицательной обратной связи для подстройки величины добротности,
Недостатком прототипа являются трудности оперативной регулировки величины добротности.

Фиг.1. Схема режекторного фильтра-прототипа

Фиг.2. Граф схемы режекторного фильтра-прототипа

Определим передаточную функцию схемы режекторного фильтра-прототипа по графу фиг. 2:
(4)
Из рассмотрения полученной передаточной функции РФ (4) имеем
(5)
(6)
Из формул (5), (6) следует что регулирование величины добротности Qнов, можно обеспечить путём изменения величины резистора R3 при фиксированном R2. Однако варьирование резистора R3 вызывает изменение величин пеедачи фильтра на постоянном токе Ko, что нежелательно и является недостатком схемы фильтра.На фиг.2 приведены АЧХ фильтра в различных точках схемы

Фиг.2 Амплитудно-частотные характеристики схемы РФ- прототипа в различных точках схемы: кривая 1- АЧХ исходного режекторногофильтра с низкой добротностью. кривая 3 – АЧХ корректирующего фильтра на выходе первого ОУ кривая 2 — АЧХ режекторного фильтра с повышенной добротностью

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении добротности исходного режекторного фильтра (неинвертирующего симметричного второго порядка) с обеспечением его оперативной подстройки путем регулировки одного элемента, а также в исключении влияния изменения величины добротности на коэффициент передачи фильтра на постоянном токе и в уменьшении общего количества используемых в схеме элементов, что удешевляет устройство.
Для достижения этого технического результата предлагаемый активный режекторный фильтр, так же как и известный, содержит дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первыми выводами первого и второго резисторов, а выход соединен со входом исходного режекторного фильтра и со вторым выводом второго резистора, при этом вывод исходного режекторного фильтра соединен со вторым выводом первого резистора и один вывод исходного режекторного фильтра подсоединен к общему проводу заземления, но в отличие от известного неинвертирующий вход дифференциального операционного усилителя является входом активного режекторного фильтра.

На фиг.3 приведена схема предлагаемого активного режекторного фильтра с регулированием добротности

Фиг . 4 Схема предлагаемого регулируемого активного режекторного фильтра

Схема содержит дифференциальный операционный усилитель, неинвертирующий режекторный фильтр второго порядка, резистивный делитель, включённый между выходом и входом неинвертирующего режекторного фильтра второго порядка, причём отвод резистивного делителя подключен к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя блок фильтрации 4, зажим 1 являющийся его входом, который соединён с резистором 2 (R1), другой конец резистора 2 соединён с инвертирующим входом 5 дифференциального операционного усилителя 8, а также с резисторами 3 (R2) и 7 (R3). Выход 9 дифференциального операционного усилителя 8 соединён со входом 10 исходного РФ 11 и с резистором 7. Выход 13 исходного РФ 11 соединяется с резистором 3 и зажимом 14, являющимся выходом блока фильтрации 4. Неинвертирующий вход 6 дифференциального операционного усилителя 8 и РФ 8 подсоединены к общему проводу заземления 12
Получим передаточную функцию предлагаемого режекторного фильтра.

где B = R3 / (R2 + R3)

тогда имеем

Из рассмотрения последнего уравнения   (7) можно сделать следующие выводы
— добротность фильтра зависит только от коэффициента B
— коэффициент передачи на постоянном токе равен единице и не зависит от B, что выгодно отличает предлагемую схему от прототипа
Регулируемый активный режекторный фильтр работает следующим образом.
При положении движка на левом краю потенциометра, т.е. при соединении выхода операционного усилителя с его инвертирующим входом, имеем коэффициент передачи операционного усилителя, равный единице, ( ОУ работает в режиме повторителя напряжения ) следовательно весь фильтр с учетом работы повторителя напряжения становится режекторным фильтром с исходной (начальной) величиной добротности   Q исх. )
При перемещении движка к положению на середине потенциометра, т.е. когда сопротивления левой и правой части потенциометра равны, тогда на частоте режекции, где передача исходного режекторным фильтра равна нулю, передача сигнала с неинвертирующего входа на выход операционного усилителя будет равна двум, т.е. на входе исходного режекторным фильтр будет действовать удвоеное входное напряжение
Увеличение частотнозависимого напряжения на входе исходного режекторного фильтра компенсирует снижение усиления исходного режекторного фильтра за счет его малого значения исходной величины добротности Q исх, что приводит к увеличению добротности всего режекторного фильтра
При указанном положении движка потенциометра и расстройке от частоты режекции Fo режекторного фильтра в сторону снижения частоты на выходе всего фильтра будет появляться напряжение с фазовым сдвигом, причем в сторону отставания или   в сторону опережения при отклонении частоты в сторону повышения.
При большом отклонение частоты от значения Fo в сторону понижения или повышения частоты фаза выходного напряжения относительно входного напряжения становится равной нулю. Можно считать что выходное напряжение всего фильтра будет в тойже фазе, что и входное.
На правом выводе потенциометра будет появляться напряжение в той же фазе , что и на левом выводе, причем равное по амплитуде,Формула изобретения поэтому из-за равенства напряжения на выводах потенциометра ток через потенциометр протекать не будет.
В результате на всех трех выводах потенциометра при больших расстройках частоты входного напряжения будет действовать одинаковое входное напряжение, вследствие “виртуального нуля” напряжения между входами дифференциального операционного усилителя. Из этого следует, что коэффициент передачи со входа на выход будет равен единице
Можно также сделать вывод , что перемещение движка потенциометра на частотах, достаточно удаленных от частоты режекции, не влияет на величину коэффициента передачи режекторного фильтра.
Формула   изобретения
Регулируемый активный режекторный фильтр с плавной регулировкой     добротности, содержащий дифференциальный операционный усилитель, неинвертирующий режекторный фильтр второго порядка, резистивный делитель, включённый между выходом и входом неинвертирующего режекторного фильтра второго порядка, причём отвод резистивного делителя подключен к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя,   отличающийся тем, что   резистивный делитель выполнен в виде   потенциометра, включенного крайними выводами ко входу и выходу неинвертирующего режекторного фильтра второго порядка, движок потенциометра подключён к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, при этом входом фильтра является неинвертирующий вход дифференциального операционного усилителя, а выходом схемы является выход неинвертирующего режекторного фильтра второго порядка

Полосовой фильтр и режекторный фильтр

Одноэлементные фильтры высоких и низких частот

Как правило, одноэлементные фильтры высоких и низких частот применяют непосредственно в акустических системах мощных усилителей звуковой частоты, для улучшения звучания самих звуковых «колонок».

Они подключаются последовательно с динамическими головками. Во первых, они берегут как динамические головки от мощного электрического сигнала, так и усилитель от низкого сопротивления нагрузки не нагружая его лишними динамиками, на той частоте, которую эти динамики не воспроизводят. Во вторых, они делают воспроизведение приятнее на слух.

Чтобы рассчитать одноэлементный фильтр, необходимо знать реактивное сопротивление катушки динамической головки. Расчёт производится по формулам делителя напряжения, что так же справедливо для Г-образного фильтра. Чаще всего, одноэлементные фильтры подбирают «на слух». Для выделения высоких частот на «пищалке» последовательно с ней устанавливается конденсатор, а для выделения низких частот на низкочастотном динамике (или сабвуфере), последовательно с ним подключается дроссель (катушка индуктивности). Например, при мощностях порядка 20…50 Ватт, на пищалки оптимально использовать конденсатор на 5…20 мкФ, а в качестве дросселя низкочастотного динамика использовать катушку, намотанную медным эмалированным проводом, диаметром 0,3…1,0 мм на бобину от видеокассеты VHS, и содержащую 200…1000 витков. Указаны широкие пределы, потому, как подбор – дело индивидуальное.

Фильтры для динамиков своими руками

Сделать фильтр для динамика совсем не сложно. Он состоит всего из двух элементов – конденсатора и катушки индуктивности. Рассчитать параметры радиоэлементов для пассивной схемы низкой частоты второго порядка проще всего на онлайн калькуляторе. Там можно задать желаемый уровень среза и сопротивление акустической головки. Программа выдаст требуемую ёмкость конденсатора и индуктивность катушки. Например, выбран уровень среза 150 Гц, а сопротивление динамика равно 4 Ом. Калькулятор выдаст следующие значения:

Ёмкость конденсатора – 187 мкф
Индуктивность катушки – 6,003 мГн

Требуемую ёмкость можно получить из параллельно соединённых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для работы в акустических системах. Кроме того есть обновлённая линейка конденсаторов аналогичного типа. Это KZKWhiteLine. В качестве недорогих аналогов, радиолюбители часто используют конденсаторы типа МБГО или МБГП.

Катушка индуктивности на 6 мГн наматывается на оправке диаметром 1 см и длиной 6 см. Поскольку катушка не имеет магнитного сердечника в качестве бобины можно использовать цилиндр из любого материала, на который для удобства намотки, нужно сделать щёчки. Для намотки используется медный провод типа ПЭЛ диаметром 1 мм. Длина проволоки 84 метра. Намотку нужно делать виток к витку.

Фото фильтров низких частот

Также рекомендуем просмотреть:

Полировка фар своими руками
Строительные леса своими руками
Точилка для ножей своими руками
Антенный усилитель
Восстановление аккумулятора
Мини паяльник
Как сделать электрогитару
Оплетка на руль
Фонарик своими руками
Как заточить нож для мясорубки
Электрогенератор своими руками
Солнечная батарея своими руками
Течет смеситель
Как выкрутить сломанный болт
Зарядное устройство своими руками
Схема металлоискателя
Станок для сверления
Нарезка пластиковых бутылок
Аквариум в стене
Врезка в трубу
Стеллаж в гараж своими руками
Симисторный регулятор мощности
Вечный фонарик
Нож из напильника
Усилитель звука своими руками
Трос в оплетке
Пескоструйный аппарат своими руками
Генератор дыма
Ветрогенератор своими руками
Акустический выключатель
Воскотопка своими руками
Туристический топор
Стельки с подогревом
Паяльная паста
Полка для инструмента
Пресс из домкрата
Золото из радиодеталей
Штанга своими руками
Как установить розетку
Ночник своими руками
Аудио передатчик
Датчик влажности почвы
Счетчик Гейгера
Древесный уголь
Wi-Fi антенна
Электровелосипед своими руками
Ремонт смесителя
Индукционное отопление
Стол из эпоксидной смолы
Трещина на лобовом стекле
Эпоксидная смола
Как поменять кран под давлением
Кристаллы в домашних условиях

Помогите проекту, поделитесь в соцсетях 😉

Самодельные сетевые фильтры

Нередко имеющиеся в продаже дешевые фильтры на самом деле фильтрами не являются. Например, фильтр-удлинитель (рис.9). Там внутри находится лишь варистор, ограничивающий кратковременные высоковольтные импульсы, которые иногда возникают в сети, и токовый размыкатель, срабатывающий при протекании большого тока (рис 10).

Рис. 9. Фильтр-удлинитель.

Рис. 10. Что внутри фильтра-удлиннителя.

На корпусе есть кнопка, которую нужно нажать, чтобы снова замкнуть размыкатель, если он сработал. Для превращения этого удлинителя в полноценный фильтр внутрь нужно встроить фильтрующие цепи.

На исходной схеме (рис.11а) S1 -токовый размыкатель, VR1 — варистор типа 471 (числом кодируется максимальное напряжение, а от диаметра зависит максимальная энергия подавляемого импульса).

Рис. 11. Схема фильтрующих цепей для встраивания в удлиннитель-розетку.

В доработанном варианте (рис. 11 б) добавляется RLC-фильтр. Катушки L1 и 12 вместе с конденсаторами С1 и С2 образуют LC-фильтр.

Индуктивное сопротивление катушек растет на высоких частотах. Чтобы ослабить и низкочастотные помехи, последовательно с катушками включены резисторы R1 и R2. Резистор R3 разряжает конденсаторы при отключении фильтра от сети. При сборке фильтра (рис. 12) варистор оставляется штатный (типа 471, диаметром 6…10 мм).

Чем больше сопротивление резисторов R1 и R2, тем лучше фильтрация, но больше их нагрев и потери напряжения в фильтре. Поэтому сопротивление резисторов выбирается в зависимости от суммарной мощности, потребляемой всеми теми устройствами, которые будут подключаться к фильтру (при указанных номиналах РНагр.макс=250 Вт).

Дроссели L1 и L2 — промышленные высокочастотные, типа ДМ-1 индуктивностью 50…100 мкГн. Конденсаторы — пленочные, типа К73-17 или аналогичные (импортные меньше по габаритам) емкостью не менее 0,22 мкФ (больше 1 мкФ тоже не нужно). Сопротивление резистора РЗ — не критично (от 510 кОм до 1,5 МОм).

Дополнительно на сетевой провод возле самого удлинителя желательно одеть ферритовую шайбу (удобнее всего разрезную на защелках — рис. 13).

Рис. 12Сборка фильтра.

Рис. 13. Ферритовая шайба.

Другой вариант схемы помехоподавляющего сетевого фильтра приведен на рис. 14. Для большей эффективности он состоит из двух соединенных последовательно звеньев.

Первое (конденсаторы С1, С4, С5, С8, С9 и двухобмоточный дроссель 12) отвечает за подавление помех частотой выше 200 кГц.

Второе звено (двухобмоточный дроссель И с остальными конденсаторами) подавляет помехи, спектр которых простирается ниже указанной частоты (вплоть до единиц килогерц).

Рис. 14. Схема помехоподавляющего сетевого фильтра.

Благодаря магнитной связи между обмотками дросселей происходит подавление синфазных помех (тех, что наводятся одновременно на оба сетевых провода или излучаются ими).

Поэтому обмотки каждого дросселя должны быть одинаковыми и симметрично намотанными на магнитопроводы

Важно обеспечить правильную фазировку обмоток

Их начала обозначены на схеме точками. Дроссель L1 намотан на ферритовом магнитопроводе Ш12×14 с самодельным каркасом из злектрокартона сложенным вдвое проводом ПЭЛШО 00,63 мм. Обмотка содержит 87 витков. Марка феррита, к сожалению, неизвестна. Измеренная прибором 1.Р235 индуктивность каждой обмотки — около 20 мГн.

Для дросселя 1.2 использован броневой магнито-провод Б22 из феррита 2000НМ1. Его обмотки содержат по 25 витков и намотаны тем же проводом и таким же образом, что и обмотки дросселя L1. Индуктивность каждой обмотки дросселя L2 — 120 мкГн.

Конденсаторы первого звена фильтра — слюдяные. Поскольку малогабаритных конденсаторов такого типа требующейся для фильтра емкости на нужное напряжение не существует, пришлось соединить попарно-параллельно конденсаторы КСО-5 меньшей емкости.

Аналогичное решение, но с попарно-последовательным соединением конденсаторов С2, С3 и С6, С7 (пленочных зарубежного производства), принято и во втором звене фильтра для обеспечения нужного рабочего напряжения.

Подключенные параллельно конденсаторам резисторы R1…R4 выравнивают приложенные к ним напряжения и обеспечивают быструю разрядку всех конденсаторов после отключения фильтра от сети. Конденсатор С9 — типа К78-2. Плата фильтра помещена в заземленную металлическую коробку.

Материал подготовил В. Новиков. РМ-07-12, 08-12.

Источники информации:

electroclub.info
corumtrage.ru
potrebitel.ru

Как фильтры LC улучшают работу FPV

Регуляторы оборотов и моторы генерируют много шумов, которые вы можете наблюдать на экране очков или шлема. Вы, наверное, замечали, что если даете большой газ, становится больше помех, так как двигатели начинают потреблять больше тока, а бОльший ток — это больше создаваемых помех (шумов).

Шум представляет из себя рябь и белые полосы на видео, вы это точно видели.

LC-фильтры подавляют такие шумы, за счет внедрения их в цепь питания квадрокоптера, например, на питание камеры или видеопередатчика.

Некоторые регуляторы оборотов уже продаются с встроенными фильтрами, но они бывают недостаточными, поэтому пилоты ставят еще и LC.

Сведение фильтров

Теперь начинается финальный этап — сведение фильтров. Пора намотать катушки… или не намотать? Мотать всегда лень, нет провода, каркасов, конкретных значений индуктивности. В виду этих причин поискав в хламе нашлись пары катушек на 0,8 мкг и 3 мкг — на них и пришлось строить. В крайнем случаи всегда же можно домотать или отмотать лишнее.

По графику видно, что раздел попал в район 1,8 кгц, что вполне вписывается в задуманные границы. Подбором конденсаторов удалось добиться следующего импеданса. На частоте раздела имеется два бугорка, но их высота меньше полу ома — это не критично. Это не конечный его вид, в последствии был несколько увеличен резистор в цепочке Цобеля пищалки.

На приведенных выше картинках АЧХ как самого фильтра, так и АЧХ динамиков с его включением.

Импедансная характеристика динамиков

Когда с примерными параметрами все более или менее ясно, самое время переходить к практике. Снимаем импедансную характеристику динамиков. С целью оценки сопротивления на графике имеется лесенка с шагом в один Ом. Скачек на 110 герцах это переключение с 10 Ом на 20.

Разумеется с такими горбами ни один фильтр нормально, и уж тем более расчетно работать не будет, особенно фильтр НЧ. Фильтру ВЧ этот подъем работать в общем то не мешает, однако как упоминалось ранее такой подъем на конце диапазона приведет к подъему высоких частот, в случае если усилитель имеет высокое сопротивление. Это можно использовать и во благо, оставив подъем небольшим.

Для примерного представления что от чего зависит привожу набор графиков для различных емкостей и сопротивлений. Ступенька начинается с 10 Ом.

Зная минимальное сопротивление НЧ звена, нужно привести к такому же и ВЧ звено. Тут много вариантов как соединить два резистора и цепочку Цобеля, и каждый кто решился на такой отважный шаг как сведение сам способен определить вид подключения и номиналы резисторов, поэтому описывать данную процедуру здесь излишне. Конкретно в данных колонках по результатам предварительного прослушивания решено было оставить родные резисторы на 2,2 ома и цепочку Цобеля параллельно ВЧ динамику.

Расчет полосового фильтра

Расчет полосового фильтра может стать очень сложным занятием даже при использовании операционных усилителей. Тем не менее можно немного упростить методику расчета, и в то же время сохранить производительность полосового фильтра на ОУ на приемлемом уровне.

Цифровой мультиметр AN8009Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Мультиметр — RICHMETERS RM101Richmeters RM101 — удобный цифровой мультиметр с автоматическим изменен…

Мультиметр — MASTECH MY68Измерение: напряжения, тока, сопротивления, емкости, частоты…

Данная схема и методика расчета представляют собой хороший баланс между производительностью и простотой конструкцией фильтра.

Из рисунка видно, что помимо операционного усилителя схема еще содержит два конденсатора и три резистора.

Пример упрощенного расчета элементов полосового фильтра на ОУ

Входные данные:

Резонансная частота f = 20Гц.
Добротность Q = 10.
Коэффициент передачи Hо = 5

Так как fmax – fmin = f / Q = 2Гц,

то полоса пропускания составит fmax = 21 Гц, fmin=19 Гц.

Будем исходить из того, что C1=C2=C=1мкФ

Тогда сопротивления резисторов можно рассчитать по следующим формулам:

В нашем случае получим следующие результаты:

R1 = 10 / (5*2*3,14*20*0,000001) = 15,9 кОм

R2 = 10 / ((2*10*10-5)*2*3,14*20*0,000001) = 408 Ом

R3 = 2*10 / (2*3,14*20*0,000001) = 159,2 кОм

В схеме с одним операционным усилителем, желательно, чтобы коэффициент передачи не превышал 5 и добротность была не более 10. Для получения качественного фильтра параметры резисторов и конденсаторов должны как можно ближе соответствовать расчетным значениям.

Что такое фильтр?

Фильтр – это схема, которая удаляет или «отфильтровывает» определенный диапазон частотных компонентов. Другими словами, он разделяет спектр сигнала на частотные составляющие, которые будут передаваться дальше, и частотные составляющие, которые будут блокироваться.

Если у вас нет большого опыта анализа частотной области, вы можете быть не уверены в том, что представляют собой эти частотные компоненты и как они сосуществуют в сигнале, который не может иметь несколько значений напряжения одновременно. Давайте рассмотрим краткий пример, который поможет прояснить эту концепцию.

Давайте представим, что у нас есть аудиосигнал, который состоит из идеальной синусоидальной волны 5 кГц. Мы знаем, как выглядит синусоида во временной области, а в частотной области мы не увидим ничего, кроме частотного «всплеска» на 5 кГц. Теперь предположим, что мы включили генератор на 500 кГц, который вносит в аудиосигнал высокочастотный шум.

Сигнал, видимый на осциллографе, будет по-прежнему представлять собой только одну последовательность напряжений с одним значением на момент времени, но он будет выглядеть по-другому, поскольку его изменения во временной области теперь должны отражать как синусоидальную волну 5 кГц, так и высокочастотные колебания шума.

Однако в частотной области синусоида и шум являются отдельными частотными компонентами, которые присутствуют одновременно в этом одном сигнале. Синусоидальная волна и шум занимают разные участки представления сигнала в частотной области (как показано на диаграмме ниже), и это означает, что мы можем отфильтровать шум, направив сигнал через схему, которая пропускает низкие частоты и блокирует высокие частоты.

Рисунок 3 – Представление аудиосигнала и высокочастотного шума в частотной области

Типы фильтров

Фильтры, находящие применение в обработке сигналов, бывают

аналоговыми и цифровыми
пассивными или активными
линейными и нелинейными
рекурсивными и нерекурсивными

Среди множества рекурсивных фильтров отдельно выделяют следующие фильтры (по виду передаточной функции):

фильтры Чебышёва
фильтры Бесселя
фильтры Баттерворта
эллиптические фильтры

По порядку (степени уравнения) передаточной функции (см. также ) различают фильтры первого, второго и более высоких порядков. Крутизна ЛАЧХ фильтра 1-го порядка в полосе подавления равна 20 дБ на декаду, фильтра 2-го порядка — 40 дБ на декаду, и т. д.

По тому, какие частоты фильтром пропускаются (задерживаются), фильтры подразделяются на

фильтры нижних частот (ФНЧ)
фильтры верхних частот (ФВЧ)
полосно-пропускающие фильтры (ППФ)
полосно-задерживающие (режекторные) фильтры (ПЗФ)
фазовые фильтры

Сборка

Давайте рассмотрим инструкцию как правильно сделать простой фильтр

Для начала следует отшлифовать стеклотекстолит наждачной бумагой и обезжирить. На него способом ЛУТ перенести рисунок платы.

Возможно потребуется дорисовать лаком дорожки.

Из лимонной кислоты и перекиси водорода (1:3) готовят раствор для травления. В качестве катализатора используется щепотка соли.

Заготовленную плату помещают в готовый раствор. После растворения лишней меди промыть плату под проточной водой. Тонер удаляют ацетоном.

Согласно схеме припаивают детали. Сзади закрепляют перемычку.

Такая схема работает без настройки. При отсутствии звука проверяют все соединения и крутят резистор.

Инструкция как правильно сделать простой фильтр довольно проста.

В нем используют не менее трех конденсаторов. Тетроды помогут уменьшить чувствительность. Их стоимость довольно высока, но они позволяют заметно улучшить качество сигнала.

Оцените статью:

24. Полосовой фильтр и режекторный фильтр

Цели

После проведения данного эксперимента Вы сможете продемонстрировать работу индуктивно-емкостного полосового фильтра и резистивно-емкостного режекторного фильтра.

Необходимые принадлежности

* Осциллограф

* Цифровой мультиметр

* Макетная панель

* Генератор функции

* Элементы:

четыре конденсатора 0,1 мкФ, один конденсатор 0,47 мкФ, одна катушка индуктивности 10 мГн, один резистор 100 Ом, четыре резистора 15 кОм.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Полосовой фильтр — это частотночувствительная схема, которая пропускает узкий диапазон. частот в окрестности центральной резонансной частоты (fr)

Все другие частоты ниже или выше узкой полосы пропускания значительно подавляются. Типичная характеристика полосового фильтра показана на рисунке 24-1А.

Рис. 24-1.

Режекторный фильтр представляет собой противоположность полосовому фильтру. Он подавляет или устраняет сигналы, частоты которых попадают в узкий диапазон с центральной частотой fc. Все частоты выше и ниже центральной частоты фильтр пропускает с минимальным ослаблением (см. рис. 24-1 В). Режекторный фильтр иногда называют вырезающим фильтром, поскольку этот фильтр используется для вырезания или режекции мешающего сигнала одной частоты.

Краткое содержание

Имеется несколько различных способов схемной реализации полосового фильтра и режекторного фильтра. Индуктивно-емкостные резонансные схемы могут комбинироваться различными методами для создания обоих типов фильтров. В данном эксперименте Вы познакомитесь с полосовым фильтром.

Режекторный фильтр может быть реализован и на базе индуктивно-емкостных схем. Однако в данном эксперименте Вы познакомитесь с популярным и широко используемым двойным Т-образным мостовым фильтром. Это резистивно-емкостной режекторный фильтр, способный подавлять определенную частоту и частоты в ее окрестности. Центральная частота рассчитывается при помощи следующей формулы:

fp = 1/2*3.14RC

Поскольку у Вас нет удобных средств для точного измерения частоты, Вы будете просто варьировать частоту, генерируемую генератором функций, и отмечать при помощи мультиметра выходную характеристику фильтра. Таким образом, можно увидеть, как выходное напряжение изменяется в зависимости от частоты как в случае полосового фильтра, так и в случае режекторного фильтра.

ПРОЦЕДУРА

1. Обратитесь к рисунку 24-2. Соберите эту схему полосового фильтра на Вашей макетной панели. Выходное напряжение генератора функций прикладывается к конденсаторам, тогда как выходное напряжение фильтра снимается с резистора 1000м. Заметьте, что общая емкость схемы составлена из двух конденсаторов с емкостью 0,47 мкФ и 0,1 мкФ.

2. Используя значения, показанные на рисунке 24-2, рассчитайте общую емкость схемы и резонансную частоту данной схемы.

Рис. 24-2.

Сt = _______ мкФ

fr=_____Гц

3. Установите регулятором амплитуды генератора функций выходное напряжение размаха 4 В:

Затем установите частоту приблизительно 500 Гц.

4. Подключите осциллограф параллельно выходному резистору 1000м. Медленно увеличивайте частоту на выходе генератора функций и наблюдайте за изменением выходного напряжения схемы. Замечайте вариацию этого напряжения. Изменения частоты выполняйте медленно, чтобы Вы могли получать хорошую индикацию того, как изменяется напряжение, когда частота увеличивается или понижается. Увеличивайте частоту приблизительно до 5 кГц.

5. Регулируйте частоту, наблюдая за выходом фильтра. Настройте генератор функций на пиковое выходное напряжение. Заметьте по генератору функций или измерьте период и частоту при помощи осциллокрафа. f=____Гц

6. Объясните изменения, которые Вы наблюдали в шагах 4 и 5.

7.Демонтируйте .полосовой фильтр. Вместо него соберите схему двойного Т-образного мостового фильтра, который показан на рисунке 24-3. Будьте внимательны при монтаже схеме, поскольку она несколько сложна, и легко можно сделать ошибку во время монтажа.

Рис. 24-3.

Имеется несколько-важных моментов, которые Вы должны принять во внимание при монтаже данной схемы. Во-первых, значение одного (общего) конденсатора получается комбинированием емкостей двух параллельных конденсаторов 0,1 мкФ. Вспомните, что емкости параллельных конденсаторов складываются, образуя, следовательно. один конденсатор емкостью 0,2 мкФ. Другое значение в данной схеме получается соединением двух параллельных резисторов. Два параллельных резистора с одинаковым сопротивлением имеют общее сопротивление, равное половине сопротивления одного из резисторов. В данном случае два резистора 15 кОм соединены параллельно, чтобы получить сопротивление 7,5 кОм.

8. Используя значения, показанные на рисунке 24-3, рассчитайте частоту режекции или центральную частоту данного фильтра. fc=_____Гц

9. Настройте генератор функций на частоту 10 Гц и размах напряжения 4В. Подключите осциллограф на выход фильтра. Увеличивайте теперь выходную частоту приблизительно до 1000 Гц и наблюдайте за вариацией выходного напряжения фильтра. Повторяйте это несколько раз, чтобы Вы могли наверняка увидеть эффект.

10.Настройте генератор функций на нулевую частоту (минимальное напряжение). Измерьте частоту и запишите. f=_____Гц

11.Объясните полученные Вами результаты в шагах 9 и 10.

ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Режекторный фильтр может быть реализован на базе индуктивно-емкостных схем:

а) высказывание истинно,

б) высказывание ложно.

2. В индуктивно-емкостном полосовом фильтре центральная частота определяется значениями:

а) приложенного напряжения,

б) L и R,

в) R и С,

г) L и С.

3. Полосовой фильтр пропускает:

а) одну частоту,

б) только высокие частоты,

в) узкую полосу частот,

г) все частоты.

4. Двойной Т-образный мостовой фильтр представляет собой:

а) полосовой фильтр,

б) фильтр нижних частот,

в) фильтр верхних частот,

г) режекторный фильтр.

5. Какова центральная частота двойного Т-образного мостового фильтра при значениях R = 10 кОм и С = 0,47 мкФ?

а) 34 Гц,

б) 47 Гц,

в) 68 Гц,

г) 120 Гц.

Режекторный фильтр • HamRadio

Режекторный фильтр в супергетеродинных приемниках для формирования требуемой амплитудно-частотной характеристики в тракте промежуточной частоты обычно используют многоконтурные LC-фильтры или электромеханические фильтры. При практической работе в эфире в полосу пропускания фильтра основной селекции наряду с основным принимаемым сигналом попадают помехи в виде сигналов несущей частоты AM станции либо сигналов телеграфных станций. Такие узкополосные помехи вполне можно подавить режекторным фильтром с умножителем добротности контура Q. Принципиальная схема подобного фильтра приведена на рис.

Основу режекторного фильтра составляет регенеративный каскад на полевом транзисторе V2, выполняющий роль умножителя Q контура L2C4C5C6. Глубину обратной связи, а следовательно, и эквивалентную добротность контура устанавливают подстроечным резистором R5. Без такого умножителя Q контур подавлял бы сигналы в широкой полосе частот (из-за конечной собственной добротности).

Режекторный фильтр перестраивается в пределах полосы пропускания ПЧ приемника конденсатором, перемен ной емкости C5. Для уменьшения влияния фильтра на работу предшествующего ему каскада, а также влияния на фильтр последующих каскадов приемника, на входе и выходе фильтра имеются истоковые повторители на транзисторах V1 и V3. Фильтр включают между преобразователем и первым каскадом УПЧ или между каскадами УПЧ. выключатель S1 закорачивает режекторный контур, отключая тем самым фильтр.

Данный фильтр был испытан в ламповом трансивере UW3DI. АЧХ тракта ПЧ трансивера с режекторным фильтром приведена на рис.

Подавление помехи составляет 30 дБ, полоса ослабляемых частот по уровню — 6 дБ — 250 Гц, пределы перестройки фильтра — 498…504 кГц. Питают фильтр от источника смещения ламп трансивера через параметрический стабилизатор на стабилитроне V4.

Режекторный фильтр собран на печатной плате (рис. ) размерами 80X50 мм из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Она рассчитана на установку постоянных резисторов МЛТ, подстроечного резистора R5 — СПЗ-16, конденсаторов КМ-4 (С1—С4, С6—С9) и К50-6 (С10). Конденсатор С5 — подстроечный конденсатор КПВ-140, у которого оставлены одна роторная пластина и две статорные. Перед установкой конденсатора на плату опорную контактную пружину ротора поворачивают на 120°, отгибают и впаивают в печатную плату. Острый выступ пластины ротора слегка изгибают пинцетом (он будет замыкать конденсатор в крайних положениях, выполняя тем самым роль выключателя S1). Ротор конденсатора С5 удлиняют с помощью стержня диаметром 6 мм из диэлектрика (капрон, текстолит), который надевают на ось ротора со стороны пластин. На стержень надевают ручку с лимбом.

Контурная катушка L2 (одноконтурный фильтр ПЧ от карманного приемника «Нейва») содержит 96 витков провода ПЭВТЛ 0,09. Она намотана на трехсекционном каркасе, который помещен в чашки из феррита 1000НМЗ диаметром 6,1 мм. Индуктивность катушки изменяют подстроечником из феррита диаметром 2,3 мм. Катушка помещена в латунный экран. При указанных на схеме номиналах конденсаторов С4—С6 и промежуточной частоте 500 кГц индуктивность контурной катушки должна быть около 250 мкГ.

Если фильтр будет использован в приемнике с другой промежуточной частотой, то требуемую индуктивность катушки можно рассчитать по формуле: L = 66,6/f2, где L — индуктивность, мкГ; f —промежуточная частота, МГц. Дроссель L1 намотан проводом ПЭВ-2 0,12 на двух склеенных вместе кольцах типоразмера К7ХХ4Х2 из феррита М600НМ и содержит 120 витков. После намотки дроссель пропитывают эпоксидным клеем. Полевые транзисторы КПЗОЗЕ можно заменить на КПЗОЗГ, КП303Д, КП302Б, КП302В, КП307Б. Если фильтр будет установлен в приемнике с напряжением питания —9…—15 В, стабилитрон V4 и резистор R11 можно исключить.

В случае, когда с общим проводом приемника соединен минус источника питания, транзисторы КПЗОЗЕ следует заменить на КП103К, КП10ЗЛ. но при этом несколько понизится эффективность фильтра из-за более низкой крутизны характеристики этих транзисторов. Фильтр подключают коротким отрезком коаксиального кабеля.

Налаживают фильтр до установки его в приемник.

Подав на фильтр питание, устанавливают ротор конденсатора С5 в среднее положение. Замкнув перемычкой резистор R6, вращением движка подстроечного резистора R5 добиваются самовозбуждения фильтра. Частоту колебаний контролируют калиброванным приемником или частотомером. Вращая подстроечник катушки L2, устанавливают частоту, соответствующую середине полосы пропускания усилителя ПЧ приемника. Изменяя положение ротора конденсатора С5, проверяют границы перестройки фильтра.

Сняв перемычку с резистора R6 и подключив фильтр к приемнику, вращением движка резистора R5 добиваются срыва колебаний. К входу усилителя ПЧ приемника подключают генератор ВЧ, настроенный на среднюю частоту полосы пропускания. Контролируя низкочастотный сигнал на выходе приемника измерителем выхода или осциллографом, вращением ротора конденсатора С5 добиваются подавления сигнала генератора ВЧ. Подстройкой резистора R5 устанавливают максимальное подавление. Выключив фильтр выключателем S1, подстраивают (если это необходимо) контуры ПЧ приемника.

Источник журнал радио

Режекторный фильтр — это… Что такое Режекторный фильтр?

Режекторный фильтр

Режекторный фильтр

Электрическая принципиальная схема полосно-заграждающего фильтра

Полосно-заграждающий фильтр (проф. жаргон — режекторный фильтр) — электронный или любой другой фильтр, не пропускающий колебания некоторой определённой полосы частот, и пропускающий колебания с частотами, выходящими за пределы этой полосы.

Заграждающий фильтр, предназначенный для подавления одной определённой частоты, называется узкополосным заграждающим фильтром или фильтром-пробкой (англ. notch filter).

Ссылки

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

Полосовой фильтр
Полёвковые

Смотреть что такое «Режекторный фильтр» в других словарях:

Фильтр — получить на Академике рабочий купон на скидку ЗооПассаж или выгодно фильтр купить с бесплатной доставкой на распродаже в ЗооПассаж
режекторный фильтр — Ндп. полосно заграждающий фильтр Электрический частотный фильтр, имеющий полосу задерживания, расположенную между двумя заданными полосами пропускания. [ГОСТ 24375 80] Недопустимые, нерекомендуемые полосно заграждающий фильтр Тематики радиосвязь… … Справочник технического переводчика
Режекторный фильтр — 260. Режекторный фильтр Ндп. Полосно заграждающий фильтр Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа Смотри также родственные термины: 58. Режекторный фильтр аппаратуры системы передачи с ЧРК Режекторный фильт … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР — то же, что заграждающий фильтр … Большой энциклопедический политехнический словарь
Режекторный фильтр — 1. Электрический частотный фильтр, имеющий полосу задерживания, расположенную между двумя заданными полосами пропускания Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 … Телекоммуникационный словарь
режекторный фильтр аппаратуры системы передачи с ЧРК — режекторный фильтр Ндп. заградительный фильтр Фильтр аппаратуры системы передачи с ЧРК, полоса задерживания которого расположена по диапазону частот между двумя полосами пропускания. [ГОСТ 22832 77] Недопустимые, нерекомендуемые заградительный… … Справочник технического переводчика
режекторный фильтр подавления несущей — фильтр подавления помех в цепях питания — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы фильтр подавления помех в цепях питания EN interference… … Справочник технического переводчика
Режекторный фильтр аппаратуры системы передачи с ЧРК — 58. Режекторный фильтр аппаратуры системы передачи с ЧРК Режекторный фильтр Ндп. Заградительный фильтр D. Bandsperre Е. Bandstop filter F. Fiitre coup bande Фильтр аппаратуры системы передачи с ЧРК, полоса задерживания которого расположена по… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
режекторный фильтр для звукового сигнала соседнего канала — užtvarinis gretimojo kanalo garso signalo filtras statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. adjacent channel sound rejector vok. Nachbarkanaltonfalle, f rus. режекторный фильтр для звукового сигнала соседнего канала, m pranc. piège de … Radioelektronikos terminų žodynas
Режекторный фильтр аппаратуры системы передачи с ЧРК — 1. Фильтр аппаратуры системы передачи с ЧРК, полоса задерживания которого расположена по диапазону частот между двумя полосами пропускания Употребляется в документе: ГОСТ 22832 77 Аппаратура систем передачи с частотным разделением каналов.… … Телекоммуникационный словарь
узкополосный режекторный фильтр — фильтр пробка — [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия Синонимы фильтр пробка EN notch filter … Справочник технического переводчика

мир электроники — Активные фильтры

Электронные устройства

материалы в категории

Фильтром в электронике называют устройства для передачи электрических сигналов, но пропускающих токи только лишь в определенных диапазонах.

По характеру работы фильтры можно разделить на несколько категорий:
а. Полосовые пропускающие фильтры— фильтр пропускающий сигнал в определенном диапазоне частот
б. Полосовые заградительные фильтры (режекторные)- фильтр препятствующие прохождению сигнала в определенном диапазоне частот.
в. Фильтр нижних частот— фильтр пропускающий сигнал на частоте ниже граничной
г. Фильтр верхних частот— фильтр пропускающий сигнал на частоте выше граничной.

Фильтры могут выполняться как на пассивных так и на активных элементах.
Принято еще одно деление всех фильтров на две категории: фильтры, схема которых содержит катушки индуктивности, и фильтры без индуктивностей, RC-фильтры или резисторно-конденсаторные фильтры

В этой статье мы уделим внимание активным фильтрам

Активные резисторно-конденсаторные фильтры имеют огромное преимущество перед их пассивными аналогами, особенно на частотах ниже 10 кГц. Пассивные фильтры для низких частот должны содержать катушки большой индуктивности и конденсаторы большой емкости. Поэтому они получаются громоздкими, дорогостоящими, а их характеристики оказываются далеко не идеальными.

Большая индуктивность достигается за счет большого числа витков катушки и применения ферромагнитного сердечника. Это лишает ее свойств чистой индуктивности, так как длинный провод многовитковой катушки обладает заметным сопротивлением, а ферромагнитный сердечник подвержен влиянию температуры на его магнитные свойства. Необходимость же использования большой емкости вынуждает применять конденсаторы, обладающие плохой стабильностью, например электролитические. Активные фильтры в значительной мере лишены указанных недостатков.

Схемы дифференциатора и интегратора, построенные с применением операционных усилителей, представляют собой простейшие активные фильтры. При выборе элементов схемы в определенной зависимости от частоты дифференциатор становится фильтром верхних частот, а интегратор — фильтром нижних частот. Далее будут рассмотрены примеры других более сложных и наиболее универсальных фильтров. Большое количество других возможных схем активных фильтров вместе с их детальным математическим анализом можно найти в разных учебниках и пособиях.

Фильтры нижних частот

Если объединить схему инвертирующего усилителя со схемой интегратора, образуется схема фильтра нижних частот первого порядка, которая показана на рис. 1.

Такой фильтр представляет собой инвертирующий усилитель, обладающий постоянным коэффициентом усиления в полосе прозрачности от постоянного тока до граничной частоты f0. Частотную характеристику такого фильтра можно охарактеризовать формулой (0 ≤ f ≤ f0).
Видно, что в пределах полосы прозрачности, пока емкостное сопротивление конденсатора достаточно велико, коэффициент усиления схемы совпадает с коэффициентом усиления инвертирующего усилителя:

Граничная частота этого фильтра определяется элементами цепи обратной связи в соответствии с выражением:

Амплитудно-частотная характеристика — зависимость амплитуды сигнала на выходе устройства от частоты при постоянной амплитуде на входе этого устройства — представлена на рис.2

В полосе затухания выше граничной частоты f0 усиление уменьшается с интенсивностью 20 дБ/декада (или 6 дБ/октава), что означает уменьшение коэффициента усиления по напряжению в 10 раз при увеличении частоты также в 10 раз или уменьшение коэффициента усиления в два раза при каждом удвоении частоты.

Если такой крутизны наклона амплитудно-частотной характеристики в полосе затухания недостаточно, можно использовать фильтр нижних частот второго порядка, схема которого показана на рис.З.

Коэффициент усиления фильтра нижних частот второго порядка такой же, как у фильтра первого порядка, в связи с тем что суммарное сопротивление резисторов в цепи инверсного входа, как и ранее, выражается значением R1:

Граничная частота при выполнении условия R1C1 = 4R2C2 также выражается прежней формулой:

Что касается амплитудно-частотной характеристики этого фильтра, представленной на рис. 4, то она отличается повышенной крутизной наклона, которая составляет 12 дБ/октава.

Таким образом, в полосе затухания при увеличении частоты вдвое напряжение сигнала на выходе фильтра уменьшается в четыре раза.

Фильтры верхних частот

Аналогично построена схема фильтра верхних частот, которая представлена на рис.5. Такой фильтр является инвертирующим усилителем с постоянным коэффициентом усиления в полосе прозрачности от частоты f0 и более. В полосе прозрачности коэффициент усиления схемы такой же, как у инвертирующего усилителя:

Граничная частота f0 на уровне -3 дБ задается входной цепью в соответствии с выражением:

Крутизна наклона амплитудно-частотной характеристики, которая представлена на рис.6, в области граничной частоты составляет 6 дБ/октава.

Как и в случае фильтров нижних частот, можно собрать активный фильтр верхних частот второго порядка в целях повышенного подавления сигнала в полосе затухания. Принципиальная схема такого фильтра показана на рис.7.

Крутизна наклона амплитудно-частотной характеристики фильтра верхних частот второго порядка в области граничной частоты составляет 12 дБ/октава, а сама характеристика показана на рис.8.

Полосовые фильтры

Если объединить активный фильтр нижних частот с активным фильтром верхних частот, то в результате образуется полосовой фильтр, принципиальная схема которого приведена на рис.9.

Эту схему иногда называют избирательным усилителем с ин-тегродифференцирующей обратной связью. Подобно усилителям, содержащим колебательные контуры, полосовой фильтр также имеет амплитудно-частотную характеристику с выраженным максимумом на определенной частоте. Называть такую частоту резонансной нельзя, так как резонанс возможен только в контурах, образованных индуктивностью и емкостью. В других случаях частоту такого максимума обычно называют частотой квазирезонанса. Для рассматриваемого полосового фильтра частота квазирезонанса f0 определяется элементами цепи обратной связи:

Амплитудно-частотная характеристика этого полосового фильтра показана на рис. 10.

Максимальный коэффициент усиления на частоте квазирезонанса оказывается равным:

Относительная полоса пропускания на уровне -3 дБ:

Принципиальная схема еще одного полосового фильтра приведена на рис. 11.

Здесь в цепь отрицательной обратной связи включен двойной Т-фильтр, образованный резисторами R2, R3, R5 и конденсаторами Cl, С2, СЗ.
Как известно, при выполнении следующих условий:

амплитудно-частотная характеристика двойного Т-фильтра содержит квазирезонанс, частота которого равна

причем на частоте квазирезонанса коэффициент передачи двойного Т-фильтра равен нулю. Поэтому активный фильтр с двойным Т-фильтром, включенным в цепь отрицательной обратной связи, является полосовым фильтром с максимумом амплитудно-частотной характеристики на частоте квазирезонанса. Три такие характеристики представлены на рис. 12. Характеристики различаются разными сопротивлениями резистора R4: нижняя соответствует R4 = 100 кОм, средняя — R4 = 1 МОм, верхняя — R4 = ∞.

Режекторный фильтр

Тот же самый двойной Т-фильтр может быть включен не в цепь отрицательной обратной связи, как это сделано при создании полосового фильтра, а в цепь входного сигнала. При этом образуется активный режекторный фильтр, схема которого приведена на рис, 13.

При выполнении прежних условий

амплитудно-частотная характеристика активного фильтра, имеющего во входной цепи двойной Т-фильтр, содержит квазирезонанс, частота которого по-прежнему определяется фор мулой (8). Но на частоте квазирезонанса коэффициент усиления этого активного фильтра равен нулю. Амплитудно-частотная характеристика активного фильтра с двойным Т-фильтром во входной цепи показана на рис.14.

Ступенчатый фильтр

Несколько активных фильтров можно соединять последовательно для получения амплитудно-частотной характеристики с повышенной крутизной наклона. Кроме того, соединенные последовательно секции простых фильтров имеют пониженную чувствительность. Это означает, что небольшое отклонение величины одного из компонентов схемы (отклонение сопротивления резистора или емкости конденсатора от нормы) будет приводить к меньшему влиянию на окончательную характеристику фильтра, чем в случае аналогичного сложного фильтра, построенного на одном операционном усилителе.

На рис. 15 показан ступенчатый фильтр, собранный из трех операционных усилителей. Популярность таких фильтров резко возросла после появления в продаже интегральных микросхем, содержащих несколько операционных усилителей в одном корпусе. Достоинствами этого фильтра являются низкая чувствительность к отклонениям величин компонентов и возможность получения трех выходов: верхних частот Uвых1, полосового Uвых2 и нижних частот UвыхЗ.

Фильтр составлен из суммирующего усилителя DA1 и двух интеграторов DA2, DA3, которые соединены в виде замкнутой петли. Если элементы схемы выбраны согласно условию

то граничная частота оказывается равной

Выходы верхних и нижних частот имеют крутизну наклона амплитудно-частотной характеристики, равную 12 дБ/октава, а полосовой выход имеет треугольную характеристику с максимумом на частоте f0 с добротностью Q, которая определяется резисторами установки усиления микросхемы DA1.

Примечание: основная часть материала взята с сайта Приднестровский Радиолюбительский портал

Наш ФОРУМ

Самодельные антенные фильтры для цифрового TV приёмника.

За городом на даче мобильник, поймав сигнал сотовой связи, с максимальной мощностью выстреливал СВЧ посылки в поисках ближайшего ретранслятора для обеспечения устойчивого соединения. Звонка ещё не было, но цифровая картинка на экране телевизора, работающего в стандарте DVB-T2, хрюкнув, зависла на время. Причина в дешёвом цифровом ресивере, который не обеспечивает защиту от помех мобильных устройств LTE (790 — 862), МГц и GSM (890 — 960) МГц и Tele2 (450 — 470) МГц. Частоты сотовых ретрансляторов вплотную расположены с диапазоном (490 – 725) МГц, в котором идёт вещание телевизионных эфирных цифровых мультиплексов. Короче, обложили по полной и в качестве компенсации предлагают теперь телевизионные фильтры защиты от помех по цене бюджетной цифровой телевизионной приставки.
Я давно уже отказался от самодельных антенных селективных усилителей, так как телевизионные передатчики эфирного цифрового телевидения развернулись через каждые 30 — 50 км. Ещё плотнее и ближе ко мне поднялись мачты-ретрансляторы сотовых операторов, обвешенные антеннами разных коммерческих компаний. Правда и задача у меня упростилась и вместо усилителей теперь можно использовать их пассивные селективные избирательные системы, те самые фильтры (ФНЧ, ФВЧ и полосовые). Так какой фильтр выбрать? Я решил импровизировать и сделал самый простой пассивный фильтр нижних частот (ФНЧ) для подавления сигнала GSM, LTE и частот выше 960 МГц.

Рис. 1. Схема фильтра нижних частот.

Пассивный фильтр нижних частот (ФНЧ).

При изготовлении фильтра я предпринял попытку унификации для его удобного изготовления. Все катушки состоят из одного витка, а конденсаторы одного номинала. Во избежание потерь, вносимым фильтром, катушки отличаются большей добротностью по сравнению с теми, которые я использовал в селективных усилителях.

Рис 2. АЧХ фильтра нижних частот.

На графике видно как меняется частота среза при разных номиналах конденсаторов и неизменных катушках.

Первая АЧХ соответствует установке конденсаторов с номиналом 3,3 пФ, а вторая с номиналами конденсаторов 2,7 пФ. Такой фильтр сильнее подавляет близкие к диапазону эфирного цифрового телевидения сигналы мобильных устройств GSM и LTE. Характеристики фильтра. Ослабление в полосе пропускания 0,5 дБ. Остальные характеристики соответствуют графику на рисунке 2. Конструкция фильтра.

Фото 1.

Рис. 3. Эскиз монтажа фильтра.

Катушки выполнены проводом ПЭЛ диаметром 0,5 мм и содержат один виток, намотанный на оправке 4 мм. Конденсаторы керамические тип SMD для планарного монтажа. Монтаж сделан на двухстороннем стеклотекстолите толщиной 1 – 1,5 мм. Одна сторона платы служит проводящим экраном, который лужёной медной фольгой по всей боковой её длине соединён со стороной монтажа. Конструкцию вместе с разъёмами необходимо экранировать.

Фото 2. Фильтр в экране.

Испытание фильтра. Когда я подсоединил фильтр к приставке, то уровень сигнала вырос на 1 – 3 %, а подёргивание полоски качества с (70 — 95) %, ограничилось максимальным значением (95 – 100) %. Фильтр верхних частот (ФВЧ).

Такой фильтр пропускает всё, что выше частоты 490 МГц, оставляя за кормой индустриальные помехи и помехи современных преобразователей напряжений бытовых источников питания, передатчиков коротких волн, диапазона УКВ и FM, коммерческой связи включая TELE-2. Для подавления частот 450 – 470 МГц относительно 490 потребуется более сложная схема фильтрации, и проще было бы использовать режекторный фильтр на ПАВ в составе с ФВЧ. Я пока остановился на простом варианте фильтра, и получить ослабление в 20 дБ на частоте 470 относительно 490 МГц было бы неплохим результатом.

Рис. 4. Схема фильтра верхних частот.

Такой фильтр нуждается в регулировке в том случае, когда частота мультиплексного пакета (как в случае частоты 490 МГц) почти вплотную расположена с частотой среза фильтра.

Конструкция фильтра (рис. 4).

ФВЧ имеет следующие номиналы: С1, С2 – (12- 15)пФ, L2, L3, L4 – один виток провода диаметром 0,5 мм на оправке 4мм. L1, L5 – два витка провода диаметром 0,5 мм на оправке 4 мм. Сами витки раздвинуты и расстояние между витками 3мм.

Фильтр верхних частот с улучшенной частотной характеристикой.

Поспешая медленно, я всё же добился более крутой частоты среза, чтобы задавить частоты 470 МГц и ниже. Такой вариант схемы, безусловно, отличается от предложенного первоначального простого фильтра. Здесь я постарался оптимизировать конструкцию, используя по возможности одинаковые катушки индуктивности и номиналы конденсаторов. Таким образом, я добился подавления АЧХ до 25 дБ на частоте 470 МГц относительно частоты 498 МГц. Ослабления в полосе пропускания составили от 0,5 до 1,5 дБ.

Рис 5. Фильтр верхних частот (ФВЧ). С1 — С3 — 6,2 пФ, С4, С5 — 8,2 пФ.

Недостатком такой схемы – это нежелательные резонансы на частотах в два раза ниже частоты среза фильтра. Для подавления паразитных резонансов я использовал дополнительные шунтирующие 3-х витковые катушки L6, L7 .

Рис 6. АЧХ фильтра верхних частот.

Конструкция фильтра ФВЧ.

Фото 3. ФВЧ.

Катушки (кроме L6, L7) выполнены проводом ПЭЛ диаметром 0,5 мм и содержат два витка, намотанные на оправке 5,7 мм. Катушки L6, L7 трёх витковые и выполнены тем же проводом и на той же оправке. Все катушки намотаны с шагом с расстоянием между витками 2 мм. Конденсаторы керамические тип SMD для планарного монтажа. С1, С2, С3 — 6,2 пФ, С4, С5 — 8,2 пФ.

Монтаж сделан на двухстороннем стеклотекстолите толщиной 1 – 1,5 мм. Одна сторона платы служит проводящим экраном, который лужёной медной фольгой по всей её длине соединён со стороной монтажа. Конструкцию вместе с разъёмами необходимо экранировать. Размер печатной платы 30 х 52 мм.

Фото 4. ФВЧ.

Настройка фильтра ФВЧ. Точную настройку фильтра можно осуществить по приборам используя генератор и анализатор спектра. Необходимо добиться максимального (более 20 дБ) подавления частоты 470 МГц относительно минимального ослабления на частоте 498 МГц. Это можно сделать, меняя расстояние между витками катушек L4, L9, L12. Остальные катушки не влияют на частоту среза и формируют минимальную неравномерность в полосе пропускания. Испытание ФВЧ. Большая часть испытаний отложатся до весны. Надо будет ещё добраться до того места, где по осени один из цифровых пакетов захрюкал, эпизодически зависая. Пока работу фильтра проверил в городе. Без фильтра уровень сигнала на частоте 498 МГц дёргался от максимального значения (45%) в пределах 10% в такт изменения уровня качества. С фильтром уровень сигнала остался постоянным (45%) и уже не зависел от подёргивания уровня качества. Полосовой фильтр.
Если последовательно соединить два фильтра, то получится полосовой фильтр.

Полосовые фильтры на ПАВ (SAW).

Рис. 7. Пример конструкции полосового фильтра.

Рис. 8. Пример характеристики фильтра ПАВ (HDF6624).

В настоящее время среди радиолюбителей всё доступнее становятся фильтры на ПАВ (рис.7, 8). Такие фильтры обладают маленькими потерями (1,08 дБ) в полосе пропускания и высокой селективностью, большим (50 — 60 дБ) подавлением вне полосы.
Схема активного фильтра

»Примечания к электронике

Схема операционного усилителя

для активного режекторного фильтра может использоваться для удаления отдельных частот или небольших полос частот, а конструкция электронной схемы проста.

Учебное пособие по операционному усилителю Включает:
Введение Сводка схем Инвертирующий усилитель Суммирующий усилитель Неинвертирующий усилитель Усилитель с регулируемым усилением Активный фильтр высоких частот Активный фильтр нижних частот Полосовой фильтр Режекторный фильтр Компаратор Триггер Шмитта Мультивибратор Бистабильный Интегратор Дифференциатор Генератор моста Вина Генератор фазового сдвига

Операционные усилители предоставляют отличный способ создания и проектирования режекторных фильтров.Схемы операционных усилителей для активных режекторных фильтров очень эффективны, при этом их легко спроектировать и построить с использованием минимального количества электронных компонентов.

Режекторные фильтры

можно использовать в различных приложениях, где необходимо удалить определенную частоту или полосу частот. Часто режекторные фильтры имеют фиксированную частоту, хотя можно разработать такие, которые имеют переменную частоту.

Режекторные фильтры с фиксированной частотой находят применение, например, для устранения помех с фиксированной частотой, таких как гул от сети, из аудиосхем.Их также можно использовать в проектировании электронных схем во многих областях, удобно удаляя одну частоту или узкую полосу частот.

Отклик режекторного фильтра

Как следует из названия, режекторный фильтр обеспечивает режекторный или узкий диапазон, в котором фильтр удаляет сигналы на этой частоте.

Идеальным откликом для любого режекторного фильтра был бы полностью плоский отклик во всем используемом диапазоне, за исключением режекторной частоты. Здесь он будет падать очень быстро, обеспечивая высокий уровень ослабления, способный удалить нежелательный сигнал.

Типичный отклик режекторного фильтра

На самом деле совершенство недостижимо, но при использовании схемы операционного усилителя высокие уровни усиления самого операционного усилителя означают, что высокие уровни затухания и узкие режекции могут быть очень легко достигнуты с минимальным количеством электронные компоненты в дополнение к операционному усилителю.

Схема активного режекторного фильтра ОУ

На схеме ниже показана схема операционного усилителя для активного режекторного фильтра с одним операционным усилителем и несколькими дополнительными электронными компонентами.

Схема режекторного фильтра довольно проста, и расчет конструкции электронной схемы для значений компонентов также легко определить.

Базовая схема режекторного фильтра на операционном усилителе с фиксированной режекторной полосой

Схема активного режекторного фильтра довольно проста в разработке. Он использует как отрицательную, так и положительную обратную связь вокруг микросхемы операционного усилителя, и, таким образом, обеспечивает высокую производительность.

Расчет стоимости схемы очень прост.Формула для расчета номиналов резистора и конденсатора для цепи режекторного фильтра:

fnotch = 12 π R C

R = R3 = R4

C = C1 = C2

Где:
f _метка = центральная частота метки в герцах
Π = 3,142
R и C — значения резисторов и конденсаторов в Ом и фарадах

Меры предосторожности при проектировании режекторного фильтра

При создании схемы активного режекторного фильтра необходимо использовать компоненты с высокими допусками для достижения наилучших характеристик.Обычно они должны составлять 1% или лучше. Глубина канавки 45 дБ может быть получена при использовании 1% компонентов, хотя теоретически возможно, чтобы вырезка составляла порядка 60 дБ при использовании идеальных компонентов. R1 и R2 должны быть согласованы с точностью до 0,5%, или они могут быть подрезаны с помощью параллельных резисторов.

Еще одним элементом обеспечения оптимальной работы схемы является обеспечение того, чтобы полное сопротивление источника было меньше примерно 100 Ом. Кроме того, полное сопротивление нагрузки должно быть более 2 МОм.

Цепь часто используется для удаления нежелательного шума в цепях. Значения для режекции 50 Гц будут следующими: конденсаторы: C1, C2 = 47 нФ, резисторы: R1, R2 = 10 кОм, R3, R4 = 68 кОм.

Схема двойного Т-образного режекторного фильтра ОУ с регулируемой Q

Хотя схему фиксированного режекторного фильтра можно использовать во многих конструкциях электронных схем, иногда может потребоваться переменная ширина режекторного фильтра Q. Это также можно сделать с помощью простой схемы операционного усилителя.

Двойной Т-образный режекторный фильтр с переменной Q прост в реализации и может обеспечить хороший уровень подавления на режекторной частоте.В этой схеме операционного усилителя используются два операционных усилителя, и между двумя операционными усилителями можно увидеть сдвоенную Т-образную секцию.

Функция переменной добротности для двойного Т-активного режекторного фильтра обеспечивается потенциометром, размещенным на неинвертирующем входе нижнего операционного усилителя на схеме.

Схема режекторного фильтра операционного усилителя с переменной Q

Расчет значения для схемы очень прост. Формула такая же, как и для пассивной версии двойного Т-образного режекторного фильтра.

Где:
f _метка = частота среза в герцах
π = 3,142
R и C — номиналы резисторов и конденсаторов, как в схеме

Значение потенциометра совсем не критично. Оно не должно быть настолько высоким, чтобы сопротивление было нагружено входным сопротивлением второго операционного усилителя. Поскольку первый операционный усилитель также рассматривает его как резисторную нагрузку, он не должен быть настолько низким, чтобы представлять значительную нагрузку.Этот резистор действует только как делитель потенциала, чтобы представить требуемую пропорцию выхода на входе второго операционного усилителя.

Потенциометр может находиться в диапазоне от 4,7 кОм до 47 кОм. Поскольку стандартные операционные усилители имеют входное сопротивление около 250 кОм, запаса для потенциометра 47 кОм вполне достаточно.

Схема операционного усилителя для режекторного фильтра может быть очень полезной, и средство регулировки Q также может быть очень удобным. В нем используется сравнительно немного электронных компонентов: всего два операционных усилителя, которые могут быть объединены в один корпус интегральной схемы, а также три резистора, три конденсатора и потенциометр для регулировки значения Q.

Основным недостатком схемы режекторного фильтра является то, что по мере увеличения уровня Q глубина нуля уменьшается. Несмотря на это, схема операционного усилителя может успешно использоваться во многих конструкциях электронных схем для различных приложений.

Электронные компоненты для конструкций режекторных фильтров

Выбор электронных компонентов, используемых в активном фильтре, является ключом к успешной работе схемы. Для активного режекторного фильтра решающее значение имеют допуск и производительность электронных компонентов.

Изменения в значениях электронных компонентов в результате их допуска могут значительно изменить размер выемки и ее глубину. Все компоненты в зоне, определяющей выемку цепи, должны иметь жесткий допуск, 1% или лучше.

На сегодняшний день металлопленочные резисторы доступны в виде выводов и устройств для поверхностного монтажа. Эти резисторы не только малошумные, но их также можно купить с жесткими допусками. Обычно они доступны в версиях 1%, 2% или иногда 5%.Поскольку разница в стоимости зачастую невелика, хорошим выбором будет использование резисторов 1%.

Что касается конденсаторов, то следует избегать электролитических конденсаторов любой ценой. Они не только поляризованы, но и очень плохо переносят их. Обычно электролитические конденсаторы имеют допуск от -20% до + 80%, поэтому они совсем не точны. Также следует избегать использования танталовых электролитических конденсаторов. Они лучше, чем электролитические конденсаторы, но они также поляризованы и не обеспечивают достаточного уровня точности.

Керамические конденсаторы

обладают хорошими характеристиками и обычно доступны в требуемых диапазонах. Они также доступны как для выводов, так и для поверхностного монтажа. В зависимости от фактического диэлектрика доступны конденсаторы с очень высокими допусками, и правильные типы обеспечивают хорошие характеристики.

Пластиковые пленочные конденсаторы — еще один хороший выбор, так как многие типы имеют хорошие допуски. Однако пленочные конденсаторы обычно доступны только как устройства с выводами, а не как устройства для поверхностного монтажа.

Две схемы активных режекторных фильтров на операционных усилителях очень просты в разработке и использовании. Их производительность достаточно хороша для большинства приложений, но если они должны быть подключены каскадом, необходимо позаботиться о том, чтобы они работали на одной и той же частоте, используя компоненты с очень жесткими допусками для элементов, определяющих частоту.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Цепи режекторного фильтра

с деталями конструкции

В этой статье мы подробно обсуждаем, как разработать режекторный фильтр с точной центральной частотой и для максимального воздействия.

Где используется режекторный фильтр

Цепи режекторного фильтра обычно используются для подавления, обнуления или отмены определенного диапазона частот, чтобы избежать раздражающих или нежелательных помех в конфигурации схемы.

В частности, он становится полезным в чувствительном звуковом оборудовании, таком как усилители, радиоприемники, где требуется устранить одну или определенное количество нежелательных мешающих частот с помощью простых средств.

Активные режекторные фильтры активно использовались в предыдущие десятилетия в усилителях и звуковых приложениях для устранения фоновых помех 50 и 60 Гц. Эти сети были, хотя и несколько неудобными с точки зрения настройки, баланса и согласованности центральной частоты (f0).

С появлением современных высокоскоростных усилителей возникла необходимость в создании совместимых высокоскоростных режекторных фильтров, которые можно было бы применять для обработки высокоскоростной режекторной частотной фильтрации с эффективной скоростью.

Здесь мы попытаемся исследовать возможности и связанные с ними сложности, связанные с созданием высокочастотных фильтров.

Важные характеристики

Прежде чем углубляться в предмет, давайте сначала резюмируем важные характеристики, которые могут потребоваться при разработке предлагаемых высокоскоростных режекторных фильтров.

1) Крутизна нулевой глубины, указанная в моделировании на рисунке 1, может быть практически невозможна, наиболее эффективные достижимые результаты могут быть не выше 40 или 50 дБ.

2) Таким образом, следует понимать, что более существенным фактором, который необходимо улучшить, является центральная частота и добротность, и разработчику следует сосредоточиться на этом, а не на глубине выемки. Основной целью при создании конструкции режекторного фильтра должен быть уровень подавления нежелательной частоты помех, он должен быть оптимальным.

3) Вышеупомянутую проблему можно оптимально решить, отдав предпочтение лучшим значениям для компонентов R и C, которые могут быть реализованы путем правильного использования RC-калькулятора, показанного в ссылке 1, который можно использовать для надлежащей идентификации R0, и C0 для конкретного приложения проектирования режекторного фильтра.

Следующие данные будут исследовать и помочь понять проектирование некоторых интересных топологий режекторного фильтра:

Режекторный фильтр Twin-T

Конфигурация фильтра Twin-T, показанная на рисунке 3, выглядит довольно интересно из-за его хорошей производительности и вовлеченности. всего один операционный усилитель в конструкции.

Схема

Хотя вышеупомянутая схема режекторного фильтра достаточно эффективна, она может иметь определенные недостатки из-за крайней простоты, которую она несет, как показано ниже:

Конструкция использует 6 прецизионных компонентов для настройки, причем пара из них для достижения соотношений других. Если этого усложнения необходимо избежать, в схему может потребоваться включение 8 дополнительных прецизионных компонентов, таких как R0 / 2 = 2 шт. Из R0 параллельно и 2 в C0 = 2 шт. Из C0 параллельно.

Топология Twin-T плохо работает с одиночными источниками питания и не совместима с полноценными дифференциальными усилителями.

Диапазон значений резистора продолжает увеличиваться из-за необходимости RQ <

Однако, даже с указанными выше проблемами, если пользователю удастся оптимизировать конструкцию с помощью высококачественных и точных компонентов, можно ожидать и реализовать достаточно эффективную фильтрацию для данного приложения.

Notch-фильтр Fliege

На рисунке 4 показана конструкция Notch-фильтра Fliege, которая определяет несколько явных преимуществ по сравнению с аналогом Twin-T, как описано ниже:

1) Он включает всего пару прецизионных компонентов в виде Rs и Cs, чтобы выполнить точную настройку центральной частоты.

2) Одним из важных аспектов этой конструкции является то, что она допускает небольшие неточности в компонентах и настройках, не влияя на глубину точки надреза, хотя центральная частота может немного измениться соответствующим образом.

3) Вы найдете пару резисторов, отвечающих за дискретное определение центральной частоты, значения которых могут быть не очень критическими

4) Конфигурация позволяет устанавливать центральную частоту с достаточно узким диапазоном без влияния на глубину режекции. на значительный уровень.

Однако отрицательной стороной этой топологии является то, что в ней используются два операционных усилителя, и, тем не менее, она не может использоваться с дифференциальными усилителями.

Результаты моделирования

Изначально моделирования проводились с наиболее подходящими версиями операционных усилителей.Реалистичные версии операционных усилителей были вскоре применены, что дало результаты, сопоставимые с результатами, обнаруженными в лаборатории.

Таблица 1 демонстрирует значения компонентов, которые были использованы для схемы на рисунке 4. Казалось, что нет смысла проводить моделирование на частоте 10 МГц или выше, в основном потому, что лабораторные испытания проводились в основном в качестве запуска, и 1 МГц была ведущей частотой, где требовалось применить режекторный фильтр.

Несколько слов о конденсаторах : Несмотря на то, что емкость — это просто «число» для моделирования, реальные конденсаторы сконструированы из уникальных диэлектрических элементов.

Для 10 кГц значение резистора растягивается, и конденсатор становится равным 10 нФ. Хотя в демонстрации этот трюк сработал правильно, в лаборатории потребовалось перейти от диэлектрика NPO к диэлектрику X7R, что привело к тому, что режекторный фильтр полностью потерял свою функцию.

Технические характеристики применяемых конденсаторов емкостью 10 нФ были близки по стоимости, в результате чего уменьшение глубины надреза в основном объяснялось плохой диэлектрической проницаемостью. Схема была вынуждена вернуться к условиям для Q = 10, и было использовано 3 МОм для R0.

Для реальных схем рекомендуется использовать конденсаторы NPO. Значения требований в таблице 1 были сочтены хорошим выбором как при моделировании, так и при лабораторных разработках.

Вначале моделирование проводилось без потенциометра 1 кОм (два фиксированных резистора 1 кОм были связаны специально синхронно и с неинвертирующим входом нижнего операционного усилителя).

Демонстрационные выходы представлены на рисунке 5. Вы найдете 9 результатов на рисунке 5, однако вы можете обнаружить, что формы сигналов для каждого значения Q перекрываются с сигналами на других частотах.

Расчет центральной частоты

Центральная частота в любых обстоятельствах умеренно превышает расчетное значение структуры 10 кГц, 100 кГц или 1 МГц. Это может быть настолько близко, насколько разработчик может приобрести с приемлемым резистором E96 и конденсатором E12.

Подумайте о ситуации, используя вырез в 100 кГц:

f = 1 / 2πR0C0 = 1 / 2π x 1,58kx 1nF = 100,731 кГц

Как видно, результат выглядит немного не так, это может быть далее упрощается и приближается к требуемому значению, если конденсатор 1 нФ модифицирован конденсатором стандартного номинала E24, как показано ниже:

f = 1 / 2π
x 4.42k x 360 пФ = 100,022 кГц, выглядит намного лучше

Использование конденсаторов версии E24 может обеспечить значительно более точные центральные частоты большую часть времени, но каким-то образом получение количества серии E24 может быть дорогостоящим (и чрезмерным) накладные расходы в многочисленных лабораториях.

Хотя было бы удобно оценивать номиналы конденсаторов E24 в гипотезе, в реальном мире большинство из них практически не реализованы, а также имеют увеличенное время работы. Вы обнаружите менее сложные предпочтения при покупке конденсаторов E24.

Тщательная оценка рисунка 5 показывает, что метка пропускает центральную частоту на небольшую величину. При меньших значениях Q вы все еще можете обнаружить значительную отмену указанной частоты режекции.

Если подавление неудовлетворительное, вы можете настроить режекторный фильтр.

Снова, рассматривая сценарий 100 кГц, мы видим, что реакция около 100 кГц расширена на рисунке 6.

Набор сигналов слева и справа от центральной частоты (100.731 кГц) соответствует реакциям фильтра после того, как потенциометр 1 кОм установлен и настроен с шагом 1%.

Каждый раз, когда потенциометр настраивается наполовину, режекторный фильтр отклоняет частоты на точной частоте ядра.

Степень смоделированной выемки фактически составляет порядка 95 дБ, однако это просто не предполагается материализоваться в физическом объекте.

Регулировка потенциометра на 1% приводит к появлению метки, которая обычно превышает 40 дБ, прямо на предпочтительной частоте.

Опять же, это действительно может быть лучший сценарий, когда он выполняется с идеальными компонентами, тем не менее лабораторные данные показывают более точные данные на более низких частотах (10 и 100 кГц).

Рисунок 6 показывает, что вам нужно достичь гораздо более точной частоты с R0 и C0 в самом начале. Поскольку потенциометр может исправлять частоты в широком спектре, глубина выемки может ухудшиться.

В скромном диапазоне (± 1%) можно добиться подавления плохой частоты 100: 1; тем не менее, в увеличенном диапазоне (± 10%) возможно подавление только 10: 1.

Результаты лабораторных исследований

Оценочная плата THS4032 была реализована для сборки схемы, показанной на Рисунке 4.

На самом деле это структура общего назначения, использующая всего 3 перемычки вместе с трассировкой для завершения схемы.

Были применены количества компонентов, указанные в таблице 1, начиная с тех, которые, вероятно, давали бы частоту 1 МГц.

Мотивом был поиск правил полосы пропускания / скорости нарастания на 1 МГц и проверка на более доступных или более высоких частотах по мере необходимости.

Результаты на 1 МГц

На рисунке 7 показано, что вы можете получить ряд реакций с определенной полосой пропускания и / или скоростью нарастания на 1 МГц. Форма волны реакции при Q, равном 100, демонстрирует только рябь, на которой может присутствовать выемка.

При Q, равном 10, существует только отметка на 10 дБ и отметка на 30 дБ при Q, равном 1.

Кажется, что узкополосные фильтры не могут достичь такой высокой частоты, как мы, вероятно, ожидали, тем не менее THS4032 — это просто устройство на 100 МГц.

Естественно ожидать превосходной функциональности от компонентов с улучшенной полосой пропускания с единичным усилением. Стабильность единичного усиления критична по той причине, что топология Fliege имеет фиксированное единичное усиление.

Когда создатель надеется приблизительно приблизительно определить, какая полоса пропускания важна для режекции на определенной частоте, правильным местом для работы является комбинация усиления / пропускной способности, представленная в таблице данных, которая должна быть в сто раз больше центральной частоты выемка.

Дополнительную полосу пропускания можно ожидать при увеличенных значениях Q. Вы можете определить степень отклонения частоты центра надреза при изменении Q.

Это точно так же, как частотный переход, замеченный для полосовых фильтров.

Переход частоты ниже для режекторных фильтров, применяемых для работы на частотах 100 кГц и 10 кГц, как показано на Рисунке 8 и, в конечном итоге, на Рисунке 10.

Данные на 100 кГц

Количества деталей из Таблицы 1 были впоследствии использованы установить режекторные фильтры 100 кГц с различными добротностями.

Данные представлены на рисунке 8. Совершенно очевидно, что работоспособные режекторные фильтры обычно разрабатываются с центральной частотой 100 кГц, несмотря на то, что глубина режекции оказывается значительно меньше при больших значениях Q.

Однако имейте в виду, что перечисленная здесь цель конфигурации — это 100 кГц, а не 97 кГц.

Предпочтительные значения деталей были такими же, как и для моделирования, следовательно, центральная частота надреза должна быть технически равной 100.731 кГц; тем не менее, влияние определяется компонентами, включенными в дизайн лаборатории.

Среднее значение для набора конденсаторов на 1000 пФ составило 1030 пФ, а для набора резисторов на 1,58 кОм — 1,583 кОм.

Каждый раз, когда центральная частота вычисляется с использованием этих значений, она достигает 97,14 кГц. Конкретные части, несмотря на это, трудно было определить (плата была чрезвычайно чувствительной).

При условии, что конденсаторы эквивалентны, вполне может быть легко увеличить их с помощью некоторых обычных значений резистора E96, чтобы получить результаты, близкие к 100 кГц.

Излишне говорить, что это, скорее всего, не может быть альтернативой при крупносерийном производстве, где 10% конденсаторов могут быть произведены практически из любой упаковки и, вероятно, от разных производителей.

Выбор центральных частот будет производиться в соответствии с допусками R0 и C0, что является плохой новостью в случае, если потребуется высокий Q-режектор.

Есть 3 способа справиться с этим:

Купить резисторы и конденсаторы повышенной точности;

минимизирует спецификацию Q и соглашается на меньшее отклонение нежелательной частоты; или

для точной настройки схемы (что было предусмотрено впоследствии).

Прямо сейчас схема кажется персонализированной для получения добротности 10 и встроенного потенциометра 1 кОм для настройки центральной частоты (как показано на рисунке 4).

В реальной схеме предпочтительное значение потенциометра должно быть немного больше требуемого диапазона, чтобы максимально охватить весь диапазон центральных частот даже с наихудшим случаем допусков R0 и C0.

На данном этапе этого не произошло, потому что это был пример анализа потенциальных возможностей, а 1 кОм был наиболее конкурентоспособным потенциометром качества, доступным в лаборатории.

Когда схема была отрегулирована и настроена на центральную частоту 100 кГц, как показано на рисунке 9, уровень режекции снизился с 32 дБ до 14 дБ.

Имейте в виду, что эту глубину выемки можно значительно увеличить, если установить предварительное значение f0 до наиболее подходящего значения.

Потенциометр предназначен для настройки исключительно в небольшой области центральных частот.

Однако подавление нежелательной частоты 5: 1 заслуживает доверия и вполне может быть адекватным для многих случаев использования.Для гораздо более важных программ, несомненно, требуются детали более высокой точности.

Ограничения полосы пропускания операционного усилителя, которые могут дополнительно ухудшать величину настроенной режекции, также могут быть ответственны за предотвращение того, чтобы степень режекции становилась настолько маленькой, насколько это возможно. Принимая это во внимание, схема была снова настроена на центральную частоту 10 кГц.

Результаты на 10 кГц

На рисунке 10 показано, что провал провала для Q, равного 10, увеличился до 32 дБ, что может быть тем, что вы можете ожидать от центральной частоты на 4% от моделирования (рисунок 6) .

Операционный усилитель, без сомнения, уменьшал глубину провала на центральной частоте 100 кГц! Уровень 32 дБ — это подавление 40: 1, что могло бы быть достаточно приличным.

Таким образом, несмотря на то, что в некоторых частях была спроектирована предварительная ошибка в 4%, было легко получить отметку 32 дБ на наиболее востребованной центральной частоте.

Неприятная новость заключается в том, что во избежание ограничений полосы пропускания операционного усилителя максимально возможная частота режекции, которую можно представить для операционного усилителя 100 МГц, составляет примерно 10 и 100 кГц.

Когда дело доходит до режекторных фильтров, «высокоскоростной» считается подлинным на уровне около сотен килогерц.

Превосходным практическим применением режекторных фильтров 10 кГц являются приемники AM (средневолновые), в которых несущая от соседних станций генерирует громкий визг 10 кГц в звуке, особенно в ночное время. Это, безусловно, может действовать на нервы, пока вы настраиваетесь непрерывно.

На рис. 11 показан снятый звуковой спектр станции без использования и с использованием режекции 10 кГц.Обратите внимание, что шум 10 кГц является наиболее громким участком воспринимаемого звука (рис. 11a), хотя человеческое ухо к нему значительно менее восприимчиво.

Этот диапазон звука был записан ночью на соседней станции, которая приняла несколько мощных станций с обеих сторон. Положения Федеральной комиссии по связи допускают определенные различия между операторами связи.

По этой причине небольшие ошибки в несущей частоте двух соседних станций, вероятно, сделают шумы 10 кГц гетеродинными, увеличивая раздражающее впечатление от прослушивания.

Всякий раз, когда применяется режекторный фильтр (рисунок 11b), тон 10 кГц минимизируется до уровня согласования, как у соседней модуляции. Кроме того, в звуковом спектре можно наблюдать несущие 20 кГц от станций на расстоянии 2 каналов и тональный сигнал 16 кГц от трансатлантической станции.

Обычно это не вызывает большого беспокойства, поскольку они значительно ослабляются ПЧ приемника. В любом случае частота около 20 кГц может быть не слышна подавляющему большинству людей.

Ссылки:

http://www.ti.com/lit/an/snoa680/snoa680.pdf
http://www.ti.com/lit/an/sbfa012/sbfa012.pdf
http: // www .ti.com / lit / an / slyt235 / slyt235.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Band-stop_filter

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, схематик / Разработчик, производитель печатных плат. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

Конструкция и применение схемы полосового стоп-фильтра

В предыдущем руководстве мы видели примерно полосовой фильтр , схему, которая позволяет пропускать определенную полосу частот сигнала. В этом руководстве мы узнаем о полосовом ограничивающем фильтре, фильтре с функциями, прямо противоположными полосовому фильтру.

Полосовой фильтр или фильтр отклонения полосы останавливает или ослабляет полосу частот, пока пропускаются частоты за пределами этого диапазона.Диапазон ослабленных частот известен как полоса остановки.

Если вы ищете информацию о фильтрах нижних или верхних частот, прочтите руководства по пассивным RC-фильтрам верхних частот , пассивным RC-фильтрам нижних частот , активным фильтрам верхних частот и активным фильтрам нижних частот .

Введение

Полосовой заградительный фильтр состоит из комбинации фильтров низких и высоких частот с параллельным подключением вместо каскадного подключения.Само название указывает на то, что он остановит конкретную полосу частот. Поскольку он устраняет частоты, его также называют полосовым фильтром, или полосовым фильтром, или режекторным фильтром.

На следующем изображении показана блок-схема полосового стоп-фильтра.

Мы знаем, что, в отличие от фильтров верхних и нижних частот, полосовые и полосовые стоп-фильтры имеют две частоты среза. Он будет проходить выше и ниже определенного диапазона частот, чьи частоты среза заранее определены в зависимости от значения компонентов, используемых в схеме.

Любые частоты между этими двумя частотами среза ослабляются. Он имеет две полосы пропускания и одну полосу заграждения. Идеальные характеристики полосового фильтра показаны ниже.

Где f _L указывает частоту среза фильтра нижних частот.

f _H — частота среза фильтра высоких частот.

Центральные частоты fc = √ (f _L x f _H)

Характеристики полосового заградительного фильтра прямо противоположны характеристикам полосового фильтра.

При подаче входного сигнала низкие частоты проходят через фильтр нижних частот в схеме ограничения полосы, а высокие частоты проходят через фильтр верхних частот в схеме.

На практике из-за механизма переключения конденсаторов в фильтре верхних и нижних частот выходные характеристики не такие, как у идеального фильтра. Коэффициент усиления полосы пропускания должен быть равен фильтру низких частот и фильтру высоких частот. Частотная характеристика полосового ограничивающего фильтра показана ниже, а зеленая линия показывает практический отклик на рисунке ниже.

Схема полосового ограничивающего фильтра с использованием R, L и C

Ниже показана простая схема полосового ограничивающего фильтра с пассивными компонентами.

Выходной сигнал снимается через последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор. Мы знаем, что для разных частот на входе цепь ведет себя либо как обрыв, либо как короткое замыкание.

На низких частотах конденсатор действует как разомкнутая цепь, а катушка индуктивности действует как короткое замыкание. На высоких частотах индуктор действует как разомкнутая цепь, а конденсатор действует как короткое замыкание.

Таким образом, мы можем сказать, что на низких и высоких частотах цепь действует как разомкнутая цепь, потому что индуктор и конденсатор соединены последовательно. Из этого также ясно, что на средних частотах схема действует как короткое замыкание. Таким образом, средние частоты не могут проходить через цепь.

Диапазон средних частот, в котором фильтр действует как короткое замыкание, зависит от значений нижней и верхней частот среза. Эти нижние и верхние значения частоты среза зависят от значений компонентов.

Эти значения компонентов определяются передаточными функциями схемы в соответствии с конструкцией. Передаточная функция — это не что иное, как отношение выхода к входу.

Где угловая частота ω = 2πf

Режекторный фильтр (Узкополосный стоп-фильтр)

На приведенной выше схеме показана двойная Т-образная сеть. Эта схема дает нам режекторный фильтр. Режекторный фильтр — это не что иное, как узкополосный стоп-фильтр. Характерная форма полосовой заглушки делает фильтр режекторным.

Этот режекторный фильтр применяется для устранения одиночной частоты. Поскольку она состоит из двух Т-образных сетей, она называется Твин-Т-сетью. Максимальное исключение происходит на центральной частоте f _C = 1 / (2πRC).

Чтобы исключить конкретное значение частоты в случае режекторного фильтра, конденсатор, выбранный в схеме, должен быть меньше или равен 1 мкФ. Используя уравнение центральной частоты, мы можем рассчитать номинал резистора.

Используя эту режекторную схему, мы можем исключить одиночную частоту на 50 или 60 Гц.

Режекторный фильтр второго порядка с операционным усилителем с активным компонентом в неинвертирующей конфигурации имеет следующий вид.

Коэффициент усиления можно рассчитать как

Где коэффициент качества Q = 1/2 x (2 — A _макс)

Если значение коэффициента качества высокое, то ширина режекторного фильтра узкий.

Частотная характеристика полосового стоп-фильтра

Путем взятия частоты и усиления получается частотная характеристика стоп-полосы, как показано ниже.

Полоса пропускания берется по нижней и верхней частотам среза. Согласно идеальному фильтру полоса пропускания должна иметь усиление как Amax, а полоса заграждения должна иметь нулевое усиление. На практике будет некий переходный регион. Мы можем измерить пульсации полосы пропускания и пульсации полосы задерживания следующим образом:

Пульсация полосы пропускания = — 20 log ₁₀ (1-δp) дБ

Пульсация полосы пропускания = — 20 log ₁₀ (δs) дБ

Где

δp = амплитудная характеристика полосового фильтра.

δs = амплитуда отклика фильтра полосы заграждения.

Типичная полоса пропускания полосового заградительного фильтра составляет от 1 до 2 декад. Исключаемая самая высокая частота в 10-100 раз меньше самых низких частот.

Идеальный отклик режекторного фильтра

Пример полосового заградительного фильтра

Рассмотрим схему узкополосного режекторного фильтра. Мы знаем, что режекторный фильтр используется для устранения одиночной частоты. Таким образом, допустим, что частота, которую нужно исключить, составляет 120 Гц.Емкость конденсатора C = 0,33 мкФ.

Используя центральную частоту f _C = 1 / (2πRC)

R = 1 / (2πf _C C) = 1 / (2πx120 x 0,33 x 10 ^-6) = 4 кОм

Таким образом , чтобы спроектировать режекторный фильтр для устранения частоты 120 Гц, мы должны взять два параллельных резистора по 4 кОм каждый и два конденсатора, включенных параллельно, по 0,33 мкФ каждый.

Сводка по фильтру Band Stop

Фильтр Band Stop имеет две полосы пропускания и одну полосу задерживания. Характеристики этого фильтра прямо противоположны полосовому фильтру.Его также называют фильтром подавления полосы или фильтром исключения полосы. Он использует фильтр высоких частот и фильтр низких частот, подключенные параллельно. Низкие частоты отданы фильтру низких частот, а высокие — фильтру высоких частот.

Простая цепь RLC, соединяющая последовательно конденсатор и индуктивность, образует полосовой стоп-фильтр. На очень высоких и очень низких частотах схема полосового заградительного фильтра действует как разомкнутая цепь, тогда как на средних частотах цепь действует как короткое замыкание.

Следовательно, схема ослабляет только средние частоты и разрешает все остальные частоты. Нижняя и верхняя частоты среза фильтра зависят от конструкции фильтра.

Полосовой ограничивающий фильтр с узкими полосовыми ограничителями называется режекторным фильтром. Он используется для исключения одночастотного значения. Он образован двумя резисторами и двумя конденсаторами, соединенными в две Т-образные сети.

Итак, он именуется двойным Т-образным фильтром. Полоса пропускания фильтра — это не что иное, как полоса заграждения фильтра.Если добротность Q высока, ширина режекторного отклика будет меньше. Они широко используются в схемах связи.

Применение полосового фильтра

В разных технологиях эти фильтры используются в разных вариантах.

В телефонной технике эти фильтры используются в качестве шумоподавителей телефонных линий и служб Интернета DSL. Это поможет устранить помехи на линии, которые снизят производительность DSL.
Они широко используются в усилителях электрогитар.Фактически, эта электрогитара издает «гул» с частотой 60 Гц. Этот фильтр используется, чтобы уменьшить этот гул, чтобы усилить сигнал, производимый гитарным усилителем, и делает лучшее оборудование. Они также используются в некоторых акустических приложениях, таких как мандолина, усилители базовых инструментов.
В коммуникационной электронике сигнал искажается из-за некоторого шума (гармоник), который заставляет исходный сигнал мешать другим сигналам, что приводит к ошибкам на выходе. Таким образом, эти фильтры используются для устранения этих нежелательных гармоник.
Они используются для уменьшения статического электричества на радио, которые обычно используются в нашей повседневной жизни.
Они также используются в технологиях оптической связи, на конце оптического волокна могут быть некоторые мешающие (паразитные) частоты света, которые вызывают искажения светового луча. Эти искажения устраняются полосовыми стоп-фильтрами. Лучший пример — рамановская спектроскопия.
Эти фильтры очень предпочтительны при обработке изображений и сигналов для подавления шума.
Они используются в высококачественных аудиоприложениях, таких как системы громкой связи (системы громкой связи).
Они также используются в медицинских областях, например, в биомедицинских инструментах, таких как EGC, для устранения линейного шума.

Notch Filters — обзор

Notch Filters — последний рубеж

Notch-фильтры, особенно с высокой добротностью и / или высоким затуханием, труднее всего реализовать с универсальными фильтрующими устройствами на переключаемых конденсаторах. Вы можете спроектировать режекторный фильтр с помощью FilterCAD со спецификациями, которые призваны обеспечить затухание в полосе задерживания более 60 дБ, и обнаружить, что на практике результатом является затухание 40 дБ или меньше.Это в первую очередь связано с характером дискретных данных универсальных блоков фильтров; сигналы одинаковой амплитуды и противоположной фазы в идеале не отменяются при суммировании, как это было бы в чисто аналоговой системе. Могут быть получены выемки до 60 дБ , но для этого требуются методы, не охватываемые данной версией FilterCAD. Некоторые из этих методов будут рассмотрены здесь. Мы начнем с использования FilterCAD для ввода параметров отклика эллиптической метки. Мы укажем максимальную пульсацию полосы пропускания равной 0.1 дБ, затухание 60 дБ, центральная частота 40 кГц, полоса пропускания 2 кГц и полоса пропускания 12 кГц. Учитывая эти параметры, FilterCAD синтезирует ответ, показанный в Таблице 23.12. Этот фильтр 8-го порядка требует фактического затухания в полосе задерживания более 80 дБ, уровня производительности, которого было бы чрезвычайно трудно достичь в реальном мире. Рабочий фильтр с ослаблением 60 дБ может быть получен, но только при значительном отклонении от рекомендаций FilterCAD.

Таблица 23.12. f ₀, Q и f _n Значения для 40 кГц, 60 дБ Notch

.8415

СТАДИЯ	f ₀	Q	f _n
1 357	3.3144	39616.8585
2	44773.1799	3.3144	40386.8469
3	35242.9616
4	45399.1358	17.2105	40935.5393

Фильтры с переключаемыми конденсаторами обеспечивают наилучшую производительность, когда определенные рабочие параметры находятся в определенных диапазонах. Условия, которые дают наилучшие результаты для определенного параметра, называются его «добротностью». Например, в случае LTC1064 лучшие характеристики точности отношения тактовой частоты к центральной частоте (f _CLK / f ₀) опубликованы для тактовой частоты 1 МГц и Q = 10.По мере того, как мы отклоняемся от этого «показателя качества» (как мы должны сделать, чтобы получить отметку 40 кГц в нашем примере), производительность будет постепенно ухудшаться. Одна из проблем, с которой мы столкнемся, — это «Q-улучшение». То есть добротность каскадов будет немного больше, чем у резисторов. (Обратите внимание, что повышение добротности в основном является проблемой в режимах 3 и 3A, и не ограничивается узлами, но также встречается в фильтрах LP, BP и HP.) Это приводит к появлению пиков выше и ниже отметки. Повышение добротности можно скомпенсировать, разместив небольшие конденсаторы (от 3 до 30 пФ) параллельно с R4 (режим 2 или 3).С помощью этой модификации можно компенсировать увеличение добротности в режекторных фильтрах с центральными частотами до 90 кГц. Предлагаемые здесь значения являются компромиссными для широкодиапазонной режекции с перестраиваемой тактовой частотой. Если вы хотите создать режектор с фиксированной частотой, вы можете использовать более крупные конденсаторы на более высоких частотах. По крайней мере, в случае LTC1064, повышение добротности вряд ли станет проблемой ниже 20 кГц. Добавление конденсаторов на более низких частотах приведет к расширению выемки.

Как упоминалось ранее, другой проблемой при реализации режекторных фильтров является недостаточное затухание.Для низкочастотных меток затухание в полосе задерживания может быть увеличено путем повышения тактовой частоты до частоты режекции до 250: 1. Затухание также можно улучшить, добавив внешние конденсаторы, на этот раз параллельно с R2 (режимы 1, 2 и 3A). Конденсаторы от 10 до 30 пФ в этом положении могут увеличить затухание в полосе задерживания на 5–10 дБ. Конечно, эта комбинация конденсатор / резистор составляет пассивный каскад нижних частот 1-го порядка с угловой частотой 1 / (2πRC). В случае значений, указанных выше, частота среза будет настолько далеко в полосе пропускания, что маловероятна.Однако, если режектор необходим на частоте ниже 20 кГц, емкость конденсатора необходимо будет увеличить, а частота среза каскада 1-го порядка будет пропорционально уменьшена. Для конденсатора 100 пФ и R2 10 кОм частота среза будет 159 кГц, значение, которое вряд ли вызовет проблемы в большинстве приложений. Для конденсатора 500 пФ (значение, которое может оказаться необходимым для глубокого провала на низкой центральной частоте) и R2, равного 20 кОм, частота среза падает до 15,9 кГц.Если максимальное затухание в полосе задерживания более важно, чем широкая полоса пропускания, такое решение может оказаться приемлемым. Добавление резисторов параллельно резистору R2 создает одну дополнительную проблему: оно увеличивает добротность, которую мы только что контролировали с помощью конденсаторов на резисторе R4. Значения резистора необходимо отрегулировать, чтобы снова снизить добротность.

Таблица 23.13 содержит параметры для реального режекторного фильтра , который фактически соответствует нашим требованиям к ослаблению 60 дБ с использованием ранее описанных методов. По сути, это режекторный фильтр 8-го порядка с перестраиваемой тактовой частотой, описанный в спецификации LTC1064.Обратите внимание на сочетание используемых режимов. Это решение, которое FilterCAD не может предложить.

Таблица 23.13. f ₀, Q и f _n Значения для 40 кГц, 60 дБ Notch

STAGE	f ₀ (кГц)	Q	f _n (кГц)	MODE
1	40,000	10,00	40,000	1
2	43,920	11.00	40,000	2
3	40,000	10,00	40,000	1
4	35.920	8,41		что методы для режекторных фильтров, описанные здесь, являются в первую очередь эмпирическими на данный момент, и что приведенный здесь отчет далек от исчерпывающего. Мы даже не коснулись оптимизации этих фильтров, например, для шумов или искажений.Для этого процесса нельзя дать простых правил. Такая оптимизация возможна, но требует индивидуального подхода. Если вам нужно реализовать высокопроизводительный режекторный фильтр, а приведенные выше советы оказались неадекватными, обратитесь за дополнительной помощью в отдел приложений LTC. Режекторный фильтр Twin-T (полосовой) Режекторный фильтр Twin-T (полосовой) следующий: Венский мост Up: Глава 6: Активный фильтр Предыдущая: Фильтры Саллена-Ки Фильтр twin-T Сеть Twin-T состоит из двух T-сетей: Сеть RCR образована двумя резисторами и одним конденсатор. Сеть CRC состоит из двух конденсаторов и одного резистор. Когда выход разомкнут, т. Е. Частота функция отклика сети twin-T может быть найдена как (глянь сюда): где фактор качества, и — ширина полосы фильтра. Эта двойная Т-сеть представляет собой полосовой фильтр. (режекторный фильтр), который ослабляет частоту к нулю: Когда этот режекторный фильтр используется в контуре отрицательной обратной связи усилитель, он становится осциллятором. Активный фильтр Twin-T Пропускная способность не может быть узким Достаточно для большинства приложений из-за небольшой добротности. Чтобы решить эту проблему, активный фильтр, содержащий два операционных усилителя. последователей (с единичным усилением) можно использовать для введения положительного петля обратной связи, как показано ниже: Теперь общий вывод двойного Т-фильтра больше не заземлен, вместо него подключен потенциометр, делитель напряжения, состоящий из и, чтобы сформировать петлю обратной связи, с помощью которой часть вывод возвращается: где , я.е., . Вход и выход сети Twin-T соответственно и , и теперь они связаны функцией частотной характеристики сети Twin-T: Перестановка и замена , мы получили Теперь частотная характеристика этого активного фильтра с обратной связью можно найти Подставляя мы получили где — соответственно добротность и пропускная способность активного фильтр с обратной связью. Это можно показать (см. Здесь) что частотная характеристика этого активного двойного Т-фильтра равна где — соответственно добротность и пропускная способность активного фильтр с обратной связью. Изменяя и, пропускная способность можно отрегулировать. В частности, Мостиковый Т-фильтр Если в RCR T-сети вертикальная конденсаторная ветвь отсутствует, то есть, двойная Т-сеть становится мостовой Т-сетью. Сейчас у нас есть, в то время как Т-сеть CRC все та же с , мы получили: Амплитудно-частотная характеристика этой мостовой Т-сети (напряжение делитель) это: Мы позволяем и выражаем как числитель, так и знаменатель в канонической форме как где — пропускная способность систем 2-го порядка числителя и знаменатель соответственно.Мы видим, что это полосовой фильтр. следующий: Венский мост Up: Глава 6: Активный фильтр Предыдущая: Фильтры Саллена-Ки Руй Ван 2019-05-07 резонансных фильтров \| Фильтры \| Учебник по электронике До сих пор в конструкциях фильтров, на которых мы сосредоточились, использовалось или конденсаторов, или катушек индуктивности, но никогда оба одновременно. К настоящему времени мы должны знать, что комбинации L и C будут иметь тенденцию к резонансу, и это свойство может быть использовано при разработке схем полосовых и полосовых фильтров. Контуры LC серии дают минимальное сопротивление при резонансе, в то время как параллельные контуры LC («резервуар») дают максимальное сопротивление на своей резонансной частоте. Зная это, у нас есть две основные стратегии для разработки полосовых или полосовых фильтров. Для полосовых фильтров существуют две основные резонансные стратегии: последовательный LC для пропускания сигнала или параллельный LC для замыкания сигнала. Здесь будут сопоставлены и смоделированы две схемы: Резонансный полосовой фильтр серии Резонансный полосовой LC-фильтр серии. Компоненты LC серии пропускают сигнал в резонансе и блокируют попадание сигналов любых других частот в нагрузку. последовательный резонансный полосовой фильтр v1 1 0 ac 1 грех l1 1 2 1 c1 2 3 1u rload 3 0 1k .ac lin 20 50 250 .plot ac v (3) .конец Резонансный полосовой фильтр серии: пики напряжения на резонансной частоте 159,15 Гц. Пара замечаний: посмотрите, как практически отсутствует затухание сигнала в «полосе пропускания» (диапазон частот около пика напряжения нагрузки), в отличие от полосовых фильтров, сделанных только из конденсаторов или катушек индуктивности. Кроме того, поскольку этот фильтр работает по принципу последовательного LC-резонанса, на резонансную частоту которого не влияет сопротивление цепи, величина нагрузочного резистора не будет искажать пиковую частоту. Однако разные значения резистора нагрузки будут изменять «крутизну» графика Боде («селективность» фильтра). Другой базовый тип резонансных полосовых фильтров использует контур резервуара (параллельная комбинация LC) для короткого замыкания сигналов слишком высокой или слишком низкой частоты от попадания в нагрузку: Параллельно-резонансный полосовой фильтр Параллельный резонансный полосовой фильтр. Цепь резервуара будет иметь большое сопротивление при резонансе, позволяя сигналу доходить до нагрузки с минимальным затуханием. Однако ниже или выше резонансной частоты контур резервуара будет иметь низкий импеданс, закорачивая сигнал и пропуская большую его часть на последовательном резисторе R ₁. параллельный резонансный полосовой фильтр v1 1 0 ac 1 грех г1 1 2 500 l1 2 0 100м c1 2 0 10u rload 2 0 1k .ac lin 20 50 250 .plot ac v (2) .конец Параллельный резонансный фильтр: пиковое напряжение резонансной частоты 159,15 Гц. Так же, как конструкции фильтров нижних и верхних частот, основанные на последовательном сопротивлении и параллельном «закорачивающем» компоненте для ослабления нежелательных частот, этот резонансный контур никогда не может обеспечить полное входное (исходное) напряжение на нагрузку. Это последовательное сопротивление всегда будет снижать некоторую величину напряжения, пока к выходу фильтра подключено сопротивление нагрузки.Следует отметить, что эта форма схемы полосового фильтра очень популярна в схемах аналоговой радионастройки для выбора конкретной радиочастоты из множества частот, доступных от антенны. В большинстве схем аналоговых радиотюнеров поворотный переключатель для выбора станции перемещает переменный конденсатор в цепи резервуара. Переменный конденсатор настраивает цепь резервуара радиоприемника для выбора одной из многих радиостанций. Конденсатор переменной емкости и катушка индуктивности с воздушным сердечником, показанные на фотографии выше простого радиоприемника, содержат основные элементы в фильтре цепи резервуара, используемом для отличия сигнала одной радиостанции от сигнала другой. Так же, как мы можем использовать последовательные и параллельные LC-резонансные контуры для передачи только тех частот в определенном диапазоне, мы также можем использовать их для блокировки частот в определенном диапазоне, создавая полосовой фильтр. Опять же, у нас есть две основные стратегии, которым нужно следовать при этом: использовать последовательный или параллельный резонанс.Сначала рассмотрим разновидность серии: . Резонансный полосовой фильтр серии Резонансный полосовой фильтр серии. Когда комбинация последовательного LC достигает резонанса, ее очень низкий импеданс закорачивает сигнал, пропуская его через резистор R ₁ и предотвращая его прохождение на нагрузку. последовательный резонансный заградительный фильтр v1 1 0 ac 1 грех г1 1 2 500 l1 2 3 100м c1 3 0 10u rload 2 0 1k .переменный ток 20 70 230 .plot ac v (2) .конец Резонансный полосовой полосовой фильтр серии: частота режекции = резонансная частота LC (159,15 Гц). Далее мы рассмотрим параллельный резонансный полосовой фильтр: Параллельно-резонансный полосовой фильтр Параллельный резонансный полосовой фильтр. Параллельные LC-компоненты имеют высокий импеданс на резонансной частоте, тем самым блокируя сигнал от нагрузки на этой частоте.И наоборот, он передает сигналы на нагрузку на любых других частотах. параллельный резонансный полосовой фильтр v1 1 0 ac 1 грех l1 1 2 100м c1 1 2 10u rload 2 0 1k .ac lin 20 100 200 .plot ac v (2) .конец Параллельный резонансный полосовой фильтр: частота режекции = резонансная частота LC (159,15 Гц). Еще раз обратите внимание, как отсутствие последовательного резистора обеспечивает минимальное затухание для всех желаемых (прошедших) сигналов.С другой стороны, амплитуда на частоте режекции очень мала. Другими словами, это очень «избирательный» фильтр. Во всех этих конструкциях резонансных фильтров селективность в значительной степени зависит от «чистоты» используемых индуктивности и емкости. Если есть какое-либо паразитное сопротивление (особенно вероятно, в катушке индуктивности), это уменьшит способность фильтра точно различать частоты, а также внесет антирезонансные эффекты, которые будут искажать пиковую / режекторную частоту. Здесь следует сделать предостережение тем, кто разрабатывает фильтры нижних и верхних частот.После оценки стандартных конструкций фильтров нижних и верхних частот RC и LR студенту может прийти в голову, что лучшая и более эффективная конструкция фильтра нижних или верхних частот может быть реализована путем объединения емкостных и индуктивных элементов вместе, например рисунок ниже. Емкостный индуктивный фильтр нижних частот Емкостный индуктивный фильтр нижних частот. Катушки индуктивности должны блокировать любые высокие частоты, в то время как конденсатор должен также закорачивать любые высокие частоты, оба работают вместе, чтобы позволить только низкочастотным сигналам достигать нагрузки. Поначалу это кажется хорошей стратегией, которая устраняет необходимость в последовательном сопротивлении. Однако более проницательный студент поймет, что любая комбинация конденсаторов и катушек индуктивности вместе в цепи может вызвать резонансные эффекты на определенной частоте. Резонанс, как мы видели раньше, может вызывать странные вещи. Давайте построим анализ SPICE и посмотрим, что происходит в широком диапазоне частот: жк фильтр нижних частот v1 1 0 ac 1 грех l1 1 2 100м c1 2 0 1u l2 2 3 100м rload 3 0 1k .ac lin 20100 1k .plot ac v (3) .конец Неожиданный отклик L-C фильтра нижних частот. То, что должно было быть фильтром нижних частот, оказалось полосовым фильтром с пиком где-то около 526 Гц! Емкость и индуктивность в этой схеме фильтра достигают в этой точке резонанса, создавая большое падение напряжения около C ₁, которое наблюдается на нагрузке, независимо от ослабляющего влияния L ₂. Выходное напряжение нагрузки в этот момент фактически превышает входное (исходное) напряжение! Немного больше размышлений показывает, что если L ₁ и C ₂ находятся в резонансе, они создадут очень тяжелую (очень низкое сопротивление) нагрузку на источник переменного тока, что тоже может быть нехорошо. Мы снова проведем тот же анализ, только на этот раз построим график напряжения C ₁, vm (2) на рисунке ниже, и тока источника, I (v1), вместе с напряжением нагрузки, vm (3). : Ток увеличивается при нежелательном резонансе L-C фильтра нижних частот. Разумеется, мы видим напряжение на C ₁ и скачок тока источника до высокой точки на той же частоте, где напряжение нагрузки является максимальным. Если бы мы ожидали, что этот фильтр обеспечит простую функцию нижних частот, мы могли бы быть разочарованы результатами. Проблема в том, что у L-C фильтра есть входное сопротивление и выходное сопротивление, которые должны быть согласованы. Импеданс источника напряжения должен соответствовать входному сопротивлению фильтра, а выходное сопротивление фильтра должно согласовываться с «r _load» для ровного отклика. Входное и выходное сопротивление определяется квадратным корнем из (L / C). Z = (аккредитив) ^1/2 Взяв значения компонентов из, мы можем найти импеданс фильтра и требуемую R _g и R _{нагрузку} для согласования. Для L = 100 мГн, C = 1 мкФ Z = (L / C) ^1/2 = ((100 мГн) / (1 мкФ)) ^1/2 = 316 Ом На рисунке ниже мы добавили к генератору R _g = 316 Ом и изменили нагрузку R _{на нагрузку} с 1000 Ом на 316 Ом.Обратите внимание, что если бы нам нужно было управлять нагрузкой 1000 Ом, соотношение L / C можно было бы отрегулировать в соответствии с этим сопротивлением. Фильтр с согласованным сопротивлением Цепь источника и нагрузки согласованного L-C фильтра нижних частот. ЖК-согласованный фильтр нижних частот V1 1 0 ac 1 SIN Rg 1 4 316 L1 4 2 100м C1 2 0 1.0u L2 2 3 100 кв.м. Rload 3 0 316 .ac lin 20100 1к .plot ac v (3) .конец На рисунке ниже показан «плоский» отклик L-C фильтра нижних частот, когда полное сопротивление источника и нагрузки соответствует входному и выходному сопротивлениям фильтра. Отклик L-C фильтра нижних частот с согласованным сопротивлением почти ровный вплоть до частоты среза. При сравнении отклика несовпадающего фильтра и согласованного фильтра необходимо отметить, что переменная нагрузка на фильтр приводит к значительному изменению напряжения. Это свойство напрямую применимо к источникам питания с L-C фильтром — положение не соответствует норме . Напряжение источника питания меняется при изменении нагрузки.Это нежелательно. Это плохое регулирование нагрузки может быть уменьшено с помощью качающегося дросселя . Это дроссель , индуктор, предназначенный для насыщения , когда через него проходит большой постоянный ток. Под насыщением мы подразумеваем, что постоянный ток создает «слишком» высокий уровень магнитного потока в магнитопроводе, так что переменная составляющая тока не может изменять магнитный поток. Поскольку индукция пропорциональна dΦ / dt, индуктивность уменьшается за счет сильного постоянного тока. Уменьшение индуктивности снижает реактивное сопротивление X _L.Уменьшение реактивного сопротивления снижает падение напряжения на катушке индуктивности; тем самым увеличивая напряжение на выходе фильтра. Это улучшает регулирование напряжения по отношению к переменным нагрузкам. Несмотря на непреднамеренный резонанс, фильтры нижних частот, состоящие из конденсаторов и катушек индуктивности, часто используются в качестве оконечных каскадов в источниках питания переменного / постоянного тока для фильтрации нежелательного переменного напряжения «пульсаций» из постоянного тока, преобразованного из переменного тока. Почему это так, если эта конкретная конструкция фильтра имеет потенциально проблемную резонансную точку? Ответ заключается в выборе размеров компонентов фильтра и частот преобразователя переменного тока в постоянный (выпрямителя).В фильтре источника питания переменного / постоянного тока мы пытаемся отделить постоянное напряжение от небольшого количества относительно высокочастотного переменного напряжения. Катушки индуктивности и конденсаторы фильтра обычно довольно большие (обычно несколько Генри для катушек индуктивности и тысячи мкФ для конденсаторов), что делает резонансную частоту фильтра очень и очень низкой. Разумеется, постоянный ток имеет нулевую «частоту», поэтому он не может заставить LC-контур резонировать. Напряжение пульсаций, с другой стороны, представляет собой несинусоидальное напряжение переменного тока, состоящее из основной частоты, по крайней мере, в два раза превышающей частоту преобразованного напряжения переменного тока, с гармониками, во много раз превышающими их. Для подключаемых к стене источников питания, работающих от сети переменного тока 60 Гц (60 Гц в США; 50 Гц в Европе), самая низкая частота, которую когда-либо будет видеть фильтр, составляет 120 Гц (100 Гц в Европе), что хорошо выше его резонансной точки. Таким образом, полностью исключается потенциально неприятная резонансная точка в таком фильтре. Следующий анализ SPICE вычисляет выходное напряжение (переменного и постоянного тока) для такого фильтра с последовательными источниками постоянного и переменного тока (120 Гц), обеспечивающими грубую аппроксимацию выходного сигнала смешанной частоты преобразователя переменного / постоянного тока. Фильтр источника питания переменного / постоянного тока обеспечивает питание постоянного тока «без пульсаций». Фильтр источника питания переменного / постоянного тока обеспечивает питание постоянного тока «без пульсаций». фильтр питания переменного / постоянного тока v1 1 0 ac 1 грех v2 2 1 постоянного тока l1 2 3 3 c1 3 0 9500u l2 3 4 2 rload 4 0 1k .dc v2 12 12 1 .ac lin 1 120 120 .print dc v (4) .print ac v (4) .конец v2 v (4) 1.200E + 01 1.200E + 01 Напряжение постоянного тока при нагрузке = 12 вольт частота v (4) 1.200E + 02 3.412E-05 Напряжение переменного тока при нагрузке = 34,12 мкВ При полном напряжении 12 В постоянного тока на нагрузке и только 34,12 мкВ переменного тока, остающемся от источника переменного тока напряжением 1 В, приложенного к нагрузке, эта конструкция схемы оказывается очень эффективным фильтром источника питания. Урок, извлеченный здесь о резонансных эффектах, также применим к конструкции фильтров верхних частот, использующих как конденсаторы, так и катушки индуктивности. Пока желаемые и нежелательные частоты находятся по обе стороны от резонансной точки, фильтр будет работать нормально. Но если на вход фильтра подать какой-либо сигнал значительной величины, близкой к резонансной частоте, произойдут странные вещи! ОБЗОР: Резонансные комбинации емкости и индуктивности могут использоваться для создания очень эффективных полосовых и полосовых фильтров без необходимости добавления сопротивления в цепи, которое уменьшало бы прохождение требуемых частот. СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ: Принципиальная схема полосового фильтра Теория и эксперимент Кошмаром каждого разработчика аналоговых устройств было бы столкнуться с шумом в своей схеме.Когда дело доходит до переключающих цепей, аудиоусилителей или цепей частотных сигналов, существует очень высокая вероятность того, что на схему будут воздействовать шумовые сигналы. Из множества способов удаления шума из схемы наиболее часто применяемым является схема фильтра . Как следует из названия, эта схема будет отфильтровывать нежелательные сигналы (шум) из реального сигнала. Существует много типов схем фильтра, но наиболее часто используемым и эффективным является полосовой фильтр , который можно легко построить с использованием пары резистора и конденсаторов.Итак, в этом руководстве мы узнаем об этом полосовом фильтре, теории, лежащей в основе его, и о том, как его можно использовать в практических схемах. Что такое полосовой фильтр? Схема / устройство полосового фильтра используется для того, чтобы пропускал через него только заранее определенный набор частот. Он будет фильтровать всю частоту, которая ниже установленного значения и выше установленного значения. Это комбинация фильтра высоких частот и фильтра низких частот. Фильтр, который допускает только частоты, которые выше, чем он, называется фильтром верхних частот , а фильтр, который разрешает только частоты ниже его, называется фильтром нижних частот .Полосовой фильтр может быть получен путем каскадного соединения фильтров верхних и нижних частот. Он имеет огромное применение в схемах аудиоусилителей и беспроводных трансиверах, где динамик должен воспроизводить только желаемый набор частот и игнорировать остальные. Есть два типа полосовых фильтров. Если в схеме используется какой-либо внешний источник питания (активные устройства), например, транзисторы и т. Д., Тогда схема называется Активным полосовым фильтром , и если в схеме нет никаких активных компонентов и она состоит только из пассивных компонентов, таких как резистор, конденсатор и т. Д. дроссель, тогда схема называется Пассивный полосовой фильтр .В этой статье мы поговорим подробнее о пассивном полосовом фильтре. Помимо этой классификации, в этой статье будут кратко описаны другие аспекты, по которым можно классифицировать фильтр. Цепь полосового фильтра Как было сказано ранее, мы обсудим пассивный полосовой фильтр , который построен с использованием резистора и конденсатора. Это комбинация фильтра высоких частот и фильтра низких частот. Примерная принципиальная схема простого пассивного полосового фильтра показана ниже. Первая половина схемы представляет собой фильтр верхних частот , который фильтрует низкие частоты и допускает только частоту, которая выше установленной высокой частоты среза (fc _HIGH). Значение этой высокой частоты среза можно рассчитать по формуле fc _{ВЫСОКИЙ} = 1/2 *π R1 * C1 Вторая половина схемы представляет собой схему фильтра нижних частот , которая фильтрует более высокие частоты и допускает только частоту, которая ниже установленной нижней частоты среза (fc _LOW) .Значение нижней частоты среза можно рассчитать по формуле fc _LOW = 1/2 π * R2 * C2 Этот тип схемы фильтра называется фильтром порядка 2 ^и, потому что он имеет два резистора и два конденсатора. Полосовой фильтр может быть фильтром порядка 2 ^и или более высокого порядка, поскольку для правильного функционирования схемы необходимо минимум два резистора и конденсатор. Теперь, когда частота входного сигнала подается на этот фильтр, он выводит частоту, которая выше, чем fc _LOW, и ниже, чем fc _HIGH. Другими словами, выходная частота может быть задана как fc _HIGH- fc _LOW , частота, которая находится между этой областью, называется шириной полосы . Следовательно, пропускную способность фильтра можно рассчитать по . Пропускная способность = fc _HIGH- fc _LOW Частотная характеристика полосового фильтра Амплитудно-частотная характеристика, также известная как график Боде, для пассивного полосового фильтра порядка 2 ^и показана ниже. График построен в зависимости от входной частоты по оси X и выходной частоты в децибелах по оси Y. Когда входная частота меньше, чем нижняя частота среза (f-low), выходная мощность остается ниже -3 дБ, а когда она превышает эту частоту, выходная частота достигает максимума и остается там до тех пор, пока частота не превысит более высокую частоту среза. (ф-высокий). Пик, при котором выходное усиление остается максимальным, называется резонансной частотой .Это просто среднее геометрическое значение верхней верхней частоты среза и нижней частоты среза. Формулы для расчета приведены ниже . Резонансная частота (Fr) = √ (f - низкий * f - высокий) Расстояние между нижней и верхней частотой среза называется полосой пропускания. Таким образом, входная частота будет проходить только в том случае, если она находится в пределах полосы пропускания. Практический пример полосовых фильтров Давайте создадим простой полосовой фильтр, чтобы отфильтровать определенный набор частот и проверить, как он на самом деле работает.-12) = 7280 Гц Из приведенных выше расчетов мы можем сделать вывод, что схема допускает частоты только в диапазоне от 1577 Гц до 7280 Гц** , и все, что меньше или больше, будет отфильтровано нашим полосовым фильтром. Давайте проверим, работает ли то же самое, построив схему на макете. Моя тестовая установка выглядела примерно так: ниже Для проверки схемы нам нужен функциональный генератор для генерации сигнала частоты, частотой которого можно управлять.Поскольку у меня его не было, я решил использовать свой телефон, в котором есть приложение для Android, которое будет генерировать необходимые частоты через разъем для наушников 3,5 мм. Этот сигнал затем передается в качестве входной частоты в схему с помощью разъема, как показано выше. Чтобы проверить зависимость приложения, я использовал осциллограф для измерения частоты входного сигнала и обнаружил, что частота генерации является допустимой. На рисунке ниже показано приложение на моем телефоне, которое генерирует входную частоту около 4819 Гц, а подключенный к нему осциллограф отображает сигнал и измеряет частоту 4.816 кГц, что идеально. Теперь мы можем подключить осциллограф к выходному сигналу схемы и изменить входную частоту. Схема позволит отображать на осциллографе всю частоту в диапазоне от 1500 до 7000, а остальные будут отфильтрованы или зашумлены. Также имейте в виду, что эта схема предназначена только для понимания цели и, следовательно, подвергается усовершенствованиям, прежде чем применять ее в реальных условиях. Кроме того, поскольку схема построена на макетной плате, выходной сигнал может иметь некоторый шум, поместите конденсатор как можно ближе и уменьшите длину его выводов, чтобы уменьшить проблему.Надеюсь, вы поняли насчет фильтров Band Pass. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в комментариях ниже или воспользуйтесь форумом. . Навигация по записям Схема подключения дхо через 5 контактное реле. Схема подключения дневных ходовых огней (ДХО) через 5-контактное реле: 7 эффективных вариантов Размер автоматического выключателя. Автоматические выключатели Easy9 и ВА88: характеристики, особенности и правила выбора Похожие записи 31.08.2023 0 Микросхема 358: подробный обзор, применение и характеристики операционного усилителя 30.08.2023 0 Радиозвонок схема. Радиозвонок своими руками: схемы, устройство и монтаж беспроводного дверного звонка 29.08.2023 0 Электросхема ваз 2105 инжектор. Электросхема ВАЗ 2105: особенности, устройство и основные неисправности Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Автолюбителям Датчик Лайфхаки Преобразователь Своими руками Схемы Усилитель Разное Карта сайта © M-Gen