Электроника:Переменный ток/Фильтры/Полосовые фильтры

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Полосовые фильтры[1]

Как создать полосовой фильтр

В двух прошлых лекциях мы рассмотрели фильтры, которые оставляли только частоты с верхнего или нижнего края всего диапазона. Сейчас разберём, как из широкого диапазона смешанных сигналов отфильтровать конкретную неграничную полосу или даже целый диапазон неграничных частот. Для выполнения подобных задач проектируются цепи фильтров, в которых объединены свойства низких или высоких частот в отдельных фильтрах, составляющих эту цепь. В результате мы получаем полосовой фильтр.

Принципиальное устройство полосового фильтра, состоящего из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот, можно проиллюстрировать с помощью блок-схемы:

Рис. 1. Блок-схема полосового фильтра на системном уровне.

Разработка полосового фильтра с использованием конденсаторов

В результате последовательной комбинации этих двух схем фильтров получается схема, которая позволяет пропускать только те частоты, которые не являются ни слишком высокими, ни слишком низкими. Вот как может выглядеть типичная схема с использованием реальных компонентов. Отклик полосового фильтра показан на графике чуть ниже.

Рис. 2. Ёмкостной полосовой фильтр.
capacitive bandpass filter
v1 1 0 ac 1 sin
r1 1 2 200
c1 2 0 2.5u
c2 2 3 1u
rload 3 0 1k
.ac lin 20 100 500
.plot ac v(3)
.end
Рис. 3. Пиковая характеристика ёмкостного полосового фильтра входит в узкий частотный диапазон.

Создание полосового фильтра с использованием катушки индуктивности

Полосовые фильтры также могут быть построены с использованием индукторов, но, как упоминалось ранее, реактивная «чистота» конденсаторов обеспечивает им конструктивное преимущество. Если бы мы разработали полосовой фильтр с использованием катушек индуктивности, он мог бы выглядеть примерно так:

Рис. 4. Индуктивный полосовой фильтр.

Тот факт, что в этой конструкции сначала идёт высокочастотная секция, а не низкочастотная, в целом не влияет на работоспособность схемы. По-прежнему будут фильтроваться слишком высокие или слишком низкие частоты.

Хотя общая идея объединения фильтров нижних и верхних частот вместе для создания полосового фильтра верна, она не лишена определённых ограничений. Подобный тип полосового фильтра, где отдельные секции блокирует нежелательные частоты, является вполне работающим. Тем не менее, есть значительные сложности в разработке таких фильтрах, где требуется обеспечить беспрепятственное прохождение сигналов в желаемом частотном диапазоне.

И низкочастотный, и высокочастотный участки всегда в определённой степени блокируют сигналы. И их синергия в лучшем случае выдаёт на выходе ослабленный (с уменьшенной амплитудой) сигнал, даже на пике частотного диапазона «полосы пропускания».

Обратите внимание на пик кривой из предыдущего SPICE-анализа: напряжение нагрузки этого фильтра никогда не поднимается выше 0,59 вольт, хотя напряжение источника составляет целый вольт. И чем более избирательный фильтр, тем более выраженным будет ослабление сигнала (на графике у кривой будет бо́льшая крутизна, а полоса пропускаемых частот будет более узкой).

Однако есть и другие способы, чтобы ограничить полосу пропускания без ущерба для мощности сигнала. В следующей лекции об этих методах мы и поговорим.

Итог

  • Полосовой фильтр экранирует (блокирует) частоты, являющиеся слишком низкими или слишком высокими, что даёт легкий проход только тем частотам, которые входят в требуемый диапазон.
  • Полосовые фильтры могут быть созданы путём наложения фильтра нижних частот на конец фильтра верхних частот или наоборот.
  • В простых полосовых фильтрах наблюдается такой эффект как аттенуация (уменьшение амплитуды сигнала). Когда вы уменьшаете громкость стереосистемы, вы «ослабляете» сигнал, отправляемый на динамики.


См.также

Внешние ссылки