Электрофильтр: виды, назначение

Типы устройств

На сегодняшний день существуют различные типы электрических фильтров. Прежде всего, они делятся по рабочей частоте. Низкочастотные устройства состоят из нескольких резисторов и имеют низкую проводимость. Регуляторы чаще всего используются волнового типа и устанавливаются с конденсаторами. Высокочастотные модификации выполняются коллекторными переходниками.

Показатель напряжения у моделей этого типа составляет в среднем 200 В. По конструкции фильтры бывают керамические, пьезоэлектрические и полосовые. Кроме того, есть и вырезные модификации. Когда дело доходит до безопасности, активные и антипомеховые устройства разделены.

Какой фильтр выбрать, цифровой или аналоговый?

Даже в системах с сильно передискретизированными сигналами по-прежнему используются аналоговые фильтры сглаживания на входе АЦП и фильтр восстановления на выходе ЦАП. Активная аналоговая фильтрация невозможна на очень высоких частотах из-за ограниченной полосы пропускания и искажений операционного усилителя. В этом случае для фильтрации используются только пассивные компоненты. Частотный диапазон цифровых фильтров уже аналоговых. В таблице 1 показаны основные характеристики цифровых и аналоговых фильтров.

Таб. 1. Сравнение цифровых и аналоговых фильтров

Цифровые фильтры	Аналоговые фильтры
Высокая точность линейная фаза (FIR-фильтры) Отсутствие операции из-за отказа компонента гибкость. Возможность адаптивной фильтрации Простота моделирования и разработки Расчеты должны быть выполнены до взятия следующей пробы. Это ограничивает производительность в реальном времени требуются быстрые АЦП, ЦАП и сигнальный процессор	меньше точность и больше допусков Нелинейная фаза Эксплуатация из-за отказа компонента Сложно реализовать адаптивные фильтры Сложно моделировать и проектировать Аналоговые фильтры необходимы на высоких частотах и ​​для сглаживания не требуется АЦП, ЦАП или сигнальных процессоров

Конструкция аналогового фильтра требует глубоких знаний математики и понимания процессов, происходящих в фильтре. С помощью современных средств выборки и обработки сигналов вы можете заменить аналоговые фильтры цифровыми в приложениях, требующих гибкости и программируемости. Это звуковое оборудование, телекоммуникационные системы, геофизическое оборудование, системы медицинской диагностики.

Преимущества цифровых фильтров перед аналоговыми: 1. Они настраиваются программно (легко интегрируются и тестируются). 2. Реализуется только с помощью простых арифметических операций (сложение, вычитание, умножение). 3. Свойства не зависят от температуры и влажности. Прецизионные элементы не используются. 4. Лучшее соотношение цены и качества. 5. Без производственных отклонений или проблем со старением. Плавность АЧХ

Как правило, неравномерность аналогового фильтра определяется точностью дискретных резисторов и конденсаторов. Остаточный джиттер в 1% вполне приемлем. Гладкость характеристики цифрового фильтра в основном нарушается округлением, т.е. АЧХ цифрового фильтра в сотни раз более пологая, чем у аналогового фильтра. Цифровой фильтр обычно имеет более крутой спад и обеспечивает большее затухание в полосе задерживания. Перерегулирование С точки зрения искажения сигнала из-за перерегулирования аналоговые и цифровые фильтры сопоставимы. Как правило, аналоговые фильтры по-разному искажают начало и конец импульса, цифровые фильтры делают то же самое, но суммарное пиковое напряжение отличается незначительно.

Преимущества аналоговых фильтров Однако в некоторых случаях необходимо использовать аналоговые фильтры. Одним из наиболее очевидных примеров является антиалиасинговый фильтр на входе АЦП. Дело в том, что аналоговые схемы быстрее — персональный компьютер фильтрует данные со скоростью около 10 000 отсчетов/с при использовании БПФ. Даже простые ОУ работают на частотах 100 кГц — 1 МГц, т.е в 10-100 раз быстрее.

Переключаемые конденсаторные фильтры Это современная архитектура, использующая как цифровые, так и аналоговые функции. Результатом является компактное, настраиваемое решение. В схемах СБИС используются МОП-транзисторы и конденсаторы МОП-транзисторов емкостью в несколько пФ (дополнительным преимуществом технологии КМОП является более низкое потребление ИС). Из-за низкой точности резисторов и конденсаторов их использование в аудио- и инструментальных приложениях ограничено. Вместо этого используются МОП-переключатели и МОП-конденсаторы (см рис. 1).

Рис. 1. Базовая схема фильтра на переключаемых конденсаторах

Фильтры с переключаемыми конденсаторами можно настраивать, изменяя тактовую частоту. Схема имеет компактные размеры за счет использования миниатюрных многофункциональных ИМС. Резисторы с высоким сопротивлением можно изготовить на небольшой площади кремния. Таким образом, резистор 1 МОм моделируется путем включения конденсатора 10 пФ с частотой 100 кГц. Bisquare filter Фильтры этого типа обычно состоят из двух инвертирующих интеграторов (один вносит искажения, другой практически не искажает) и инвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления.

Всего три ОС. При использовании коммутируемых конденсаторов количество усилителей можно уменьшить до 2. Схема показана на рис. 2. По сравнению с традиционной схемой биквадратный фильтр с коммутируемыми конденсаторами имеет лучшее отношение емкостей.

Рис. 2. Биквадратный фильтр на коммутируемых конденсаторах

Граница между аналоговой и цифровой фильтрацией Чтобы понять, где проходит граница между аналоговой и цифровой фильтрацией, см рисунок 3. Аналоговые фильтры имеют низкое отношение сигнал/шум, цифровые фильтры — высокое. Рисунок 4 ясно показывает, как это достигается.

Рис. 3. Разделение цифровых и аналоговых методов фильтрации

Рис. 4. Аналоговые и цифровые фильтры: потребление тока и размер схемы

Читайте также: Металлоискатель: Принцип работы, виды и модификации

Назначение моделей

Фильтр низких частот электрический, как правило, применяется в сетях переменного тока. Для силовой техники не подходит. Фильтры высоких частот устанавливаются на конвейерах и станках. Их можно использовать в сетях переменного тока.

Керамические и полосовые блоки крепятся к кулисным переключателям. Их также можно найти в вентиляционных системах. Также важно отметить, что для насосных станций используются активные устройства. В приводных механизмах используется фильтр подавления электрических помех.

Способы расчета электрических фильтров

Основными методами расчета полосовых фильтров, а также фильтров верхних и нижних частот являются:

1. Расчет по эксплуатационным параметрам.
2. Расчет по характеристическим параметрам.

Расчет рабочих параметров основан на выборе типов и форм характеристики демпфирования (коэффициента передачи) в зависимости от частоты. При расчете электрофильтра таким способом наибольшее затухание задается в полосе пропускания, а наименьшее — в полосе непрозрачности. Рабочие параметры характеризуют поведение электрического фильтра в нормальных условиях при его нагрузке заданным сопротивлением. Метод расчета по характеристическим параметрам основан на теории четырехполюсника, согласованного по выходу и входу. Характеристические параметры электрофильтра характеризуют его работу только в особых условиях — сопротивление адаптировано к нагрузке.

Конструкция

Поэтому обмотки каждого индуктора должны быть одинаковыми и симметрично намотанными на магнитопроводы. Кроме того, на сетевой кабель желательно поставить вплотную к самому удлинителю ферритовую шайбу, наиболее практично разделенную на замки — рис.

Как бы он ни выглядел, в какой бы корпус его не запихивал производитель, какую бы другую эргономику не придумывал, главное, чтобы вся эта внешняя элегантность не заслоняла основных задач.

Как можно предотвратить эту ситуацию? Сетевой кабель подключается к сетевому фильтру 7.

При всем при этом ценовой показатель, что якобы чем дороже, тем лучше и качественнее, в данной ситуации роли не играет. Подходящие кабели должны быть как можно короче. Фильтр верхних частот пропускает высокочастотные сигналы без изменений, а на низких частотах ослабляет сигналы.

Интернет магазин

Его обмотки содержат 25 витков и намотаны тем же проводом и так же, как и обмотки дросселя L1. Одним из них являются фильтры, готовые к установке на печатную плату.

Из этого графика видно, что чем выше частота помех, тем эффективнее они подавляются. Как бы он ни выглядел, в какой бы корпус его не запихивал производитель, какую бы другую эргономику не придумывал, главное, чтобы вся эта внешняя элегантность не заслоняла основных задач. Вторая схема более эффективна, отсюда и соответствующее название производителя сетевого фильтра — Pilot Pro, максимальный ток которого также составляет 10 ампер; но по сути тоже примитивно. Существует целый класс токовых фильтров, у которых провод заземления не имеет связи с внутренней цепью, кроме соответствующих контактов самих евровилок и контакта заземления евровилки. Кроме таких вариантов есть еще модели, где шнур питания проходит через ферритовое кольцо, либо делает пару витков вокруг него.

Самодельные сетевые фильтры Часто дешевые фильтры, имеющиеся в продаже, на самом деле не являются фильтрами. Tweets by qrzru Схема простого сетевого фильтра для бытовой техники Сетевые фильтры стали незаменимой обязательной принадлежностью оргтехники и некоторых бытовых приборов и устройств. Резистор R включен параллельно конденсаторам. Петлю на конце нужно разрезать, в идеале сразу обмотать двумя параллельными проволоками. А если учесть, что у многих людей есть несколько ненужных, бесполезных устройств, то получается, что запчасти находятся буквально у нас под ногами.

Шнур питания подключается к сетевому фильтру 7. Сетевой фильтр Uniel S GSP4 Принцип работы сетевого фильтра Переменное напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, выступает источником питания в сети. Эта часть представляет собой ферритовый сердечник и обернутый вокруг него лакированный медный провод. Как правильно подключить УЗО? Порядок подключения.

Фото фильтров низких и высоких частот

Модели низких частот

В последнее время фильтры низких частот все чаще размещают на конвейерных установках. Непосредственное подключение модификаций осуществляется через переходник. Транзисторы моделей настроены на 120 и 200 В. Прямая рабочая частота фильтров колеблется в районе 20 Гц. Модели не подходят для приводных механизмов.

Также важно отметить, что в устройствах используются разные типы конденсаторов. В среднем их максимальная емкость составляет 5 пФ. Если верить отзывам специалистов, модель не подходит для кулисных выключателей. Показатель проводимости у низкочастотных модификаций не очень высокий. Выпускаются в стальном корпусе. Модификации с двухконтактными выходами встречаются очень редко.

Размытые маски против производных масок

Мы проведем сравнение между масками размытия и производными масками.

Размытые маски

Размытая маска обладает следующими свойствами.

• Все значения в масках размытия положительны
• Сумма всех значений равна 1
• Содержимое края уменьшено с помощью маски размытия
• По мере увеличения размера маски будет происходить более гладкий эффект

Производные маски

Производная маска имеет следующие свойства.

• Производная маска имеет как положительные, так и отрицательные значения
• Сумма всех значений в полученной маске равна нулю
• Содержимое края усиливается производной маской
• По мере увеличения размера сетки количество ребер увеличивается

Связь между маской размытия и производной маской с фильтрами верхних частот и фильтрами нижних частот.

Связь между маской размытия и производной маской с фильтром верхних частот и фильтром нижних частот можно легко определить как.

• Нерезкие маски также называют фильтрами нижних частот
• Производные маски также называют фильтрами верхних частот

Высокочастотные частотные компоненты и Низкочастотные частотные компоненты

Высокочастотные компоненты указывают на края, а низкочастотные компоненты указывают на гладкие области.

Идеальные фильтры низких частот и Идеальные фильтры высоких частот

Это типичный пример фильтра нижних частот.

Когда единица помещается внутрь, а ноль снаружи, мы получаем размытое изображение. Теперь, когда мы увеличим размер на 1, размытие увеличится, а содержимое границы уменьшится.

Это типичный пример фильтра верхних частот.

Когда внутри помещается 0, мы получаем ребра, которые дают нам миниатюру. Идеальный фильтр нижних частот в частотной области показан ниже.

Идеальный фильтр нижних частот можно представить графически как

Читайте также: Коллектор или бесколлекторный двигатель радиоуправляемой модели, выбираем электродвигатель автомобиля на пульте или квадрокоптера.

Теперь давайте применим этот фильтр к реальному изображению и посмотрим, что у нас получится.

Применение устройств высоких частот

Высокочастотный электрический фильтр отлично подходит для кулисных переключателей. Регуляторы в агрегатах волнового типа. Непосредственно частота фильтров этого типа достигает максимум 55 Гц. Модели плохо подходят для вентиляционных систем. Запрещается устанавливать фильтры в цепи переменного тока. Устройства с конденсаторами на 3 пФ встречаются очень редко. Выходные разъемы являются наиболее часто используемым трехконтактным типом.

Триггеры бывают только дистрибутивного типа. Подключение моделей к станциям осуществляется через компараторы. Выходное напряжение фильтров составляет в среднем 230 В. Показатель чувствительности в этом случае зависит от резисторов. Соединение с приводными конвейерами осуществляется через варистор. Указанный элемент чаще всего используется с несколькими переходниками. Для повышения напряжения ФВЧ имеет стабилизатор.

Электронный фильтр

В конструкции пассивных аналоговых фильтров

используйте сосредоточенные или распределенные реактивные элементы, такие как катушки индуктивности и конденсаторы. Сопротивление реактивных элементов зависит от частоты сигнала, поэтому, комбинируя их, можно добиться усиления или ослабления гармоник с нужными частотами. Другой принцип построения пассивных аналоговых фильтров — использование механических (акустических) колебаний в механическом резонаторе той или иной конструкции.

Фильтры на сосредоточенных элементах

В качестве простейших фильтров нижних и верхних частот можно использовать RC-цепь или LR-схему. Однако они имеют малую крутизну АЧХ в полосе подавления, во многих случаях недостаточную: всего 6 дБ на октаву (или 20 дБ на декаду) — для RC-фильтра, являющегося фильтром 1-го порядка, и 40 дБ/декаду для фильтра 1-го порядка. LC-фильтр, который представляет собой фильтр 2-го порядка. В пассивных фильтрах добавление любого реактивного компонента в схему фильтра увеличивает порядок фильтра на 1.

RС-фильтр нижних частот 1-го порядка

пассивный RC-фильтр нижних частот 1 порядка
Простейший ФНЧ 1-го порядка показан на рисунке и состоит из последовательно соединенных резистора R {displaystyle R} и конденсатора C {displaystyle C} , которые образуют делитель напряжения входного сигнала. Комплексный коэффициент усиления такого делителя составляет: KRC { displaystyle K_ {RC:

KRC знак равно U а U е знак равно ZCR + ZC знак равно 1 / j ω CR + 1 / j ω C знак равно 1 Т 2 ω 2 + 1 — j ⋅ Т ω Т 2 ω 2 + 1 , { displaystyle K_ {RC} = { frac {U_ {a}} {U_ {e}}} = { frac {Z_ {C}} {R + Z_ {C}}} = { frac {1/j omega C} {R + 1 / j omega C}} = { frac {1} {T ^ {2} omega ^ {2} + 1}} -j cdot { frac {T omega} {T ^ {2} omega ^{2}+1}),} где Т знак равно RC { displaystyle T = RC} — постоянная времени RC-цепи.

Модуль усиления этой схемы:

| КРЦ | знак равно 1 ω 2 / ω 0 2 + 1 , { displaystyle | K_ {RC} | = { sqrt { frac {1} { omega ^ {2}/ omega _ {0} ^ {2} +1}}},}

где ω 0 знак равно 1 / Т . { Displaystyle омега _ {0} = 1 / Т.}

На входной частоте модуль усиления близок к 1, при ω ≫ ω 0 { displaystyle omega gg omega _ {0}} ω знак равно ω 0 { displaystyle omega = omega _ {0}} — модуль усиления | КРЦ | = 1 / 2 { displaystyle | K_ {RC} | = 1 / { sqrt {2}}} примерно на 3,01 дБ ниже единичного усиления, эта частота называется частотой среза фильтра. В полосе подавления на частоте, значительно превышающей частоту среза, модуль усиления уменьшается на 20 дБ за декаду изменения частоты.

LС-фильтр нижних частот 2-го порядка

Простейший пассивный LC
— фильтр нижних частот 2 порядка

На рисунке показан пример простейшего ЛК

-ФНЧ 2-го порядка: при подаче на вход фильтра гармонического сигнала определенной частоты (на рисунке справа) напряжение на выходе фильтра (справа)
в устойчивом состоянии
определяется отношением реактивных сопротивлений катушки индуктивности (XL знак равно ω L { displaystyle X_ {L} = omega L}) и конденсатора (XC = 1 / ω C { displaystyle X_ {C} = 1/ омега С}).

Коэффициент усиления ФНЧ можно рассчитать, рассматривая этот фильтр как делитель напряжения, образованный реактивными сопротивлениями.

Комплексное сопротивление катушки индуктивности (с учетом фазового сдвига между напряжением и током) равно ZL знак равно j ω L знак равно j XL { displaystyle Z_ {L} = j omega L = jX_ {L}}, а комплексное сопротивление конденсатор ZC знак равно 1 / (j ω C) знак равно — j XC { displaystyle Z_ {C} = 1 / (j omega C) = — jX_ {C}} , где j 2 знак равно — 1 { displaystyle {j } ^ { 2} = — 1} — мнимая единица, — угловая частота гармонического входного сигнала, поэтому для ненагруженного
ЖК
-коэффициент усиления фильтра будет выражаться формулой делителя напряжения: K {displaystyle K:
K знак равно ZCZL + ZC { displaystyle K = { frac {Z_ {C}} {Z_ {L} + Z_ {C}}}} .
Подставив в формулу выражения для комплексных сопротивлений, получим для частотно-зависимого коэффициента передачи:

K (ω) знак равно 1 1 — ω 2 LC знак равно 1 1 — (ω / ω 0) 2 { displaystyle K ( omega) = { frac {1} {1- omega ^ {2} , LC} }={frac {1}{1-(omega /omega _{0})^{2}}}} .

Как видно, коэффициент передачи ненагруженного идеального фильтра нижних частот, где источником сигнала является идеальный генератор напряжения с нулевым внутренним сопротивлением, увеличивается до бесконечности по мере приближения к резонансной частоте ω 0 знак равно 1 / LC { displaystyle omega _ {0}=1/{ sqrt {LC}}}, так как знаменатель выражения стремится к нулю. Когда частота поднимается выше резонансной частоты, она уменьшается. На очень низких частотах коэффициент усиления ФНЧ близок к единице, на очень высоких частотах близок к нулю.

Зависимость модуля комплексного усиления фильтра от частоты амплитудно-частотной характеристики принято называть

(АЧХ), а зависимость фазы от частоты —
фазовая характеристика
(ПФК).

В реальных схемах к выходу фильтра подключается активная нагрузка2, что снижает добротность фильтра и устраняет резкий всплеск усиления вблизи резонансной частоты ω 0 {displaystyle omega _{0}} .

Значение называется характеристическим сопротивлением фильтра ρ знак равно L / C { displaystyle rho = { sqrt {L / C

или же
импеданс фильтра
. Если ФНЧ нагрузить на активное сопротивление, равное характеристике, передаточная функция станет нерезонансной, коэффициент передачи будет примерно постоянным для частот ω < ω 0 { displaystyle omega < omega _ { 0 } и уменьшается как 1 / ω 2 { displaystyle 1 / omega ^ {2}} на частотах выше ω 0 { displaystyle omega _ {0}}. На частоте коэффициент усиления такого фильтра нижних частот уменьшается на 3 дБ по сравнению с коэффициентом усиления на низкой частоте, эта частота называется
частота среза
фильтр. На частотах значительно выше частоты среза усиление уменьшается на 40 дБ за декаду изменения частоты.

ЖК устроен аналогично

— фильтр верхних частот. В схеме HPF катушка индуктивности и конденсатор поменяны местами. Для ненагруженного ФВТ получается выражение для коэффициента передачи:

K (ω) знак равно (ω / ω 0) 2 1 — (ω / ω 0) 2 { displaystyle K ( omega) = { frac {( omega / omega _ {0}) ^ {2}} {1-(omega /omega _{0})^{2}}}} .

На очень низких частотах модуль усиления ФВЧ близок к нулю. На очень высоком — к одному.

См. Также: Стресс-резонанс

Фильтры с распределёнными параметрами (фильтры СВЧ)

На сверхвысоких частотах сосредоточенные элементы (конденсаторы и катушки индуктивности) практически не применяются, так как с повышением частоты характерные для этого диапазона характеристики, а значит, и габариты уменьшаются настолько, что изготовление становится невозможным. Поэтому применяют так называемые линии с распределенными параметрами, где индуктивность, емкость и активная нагрузка распределены по всей линии равномерно или неравномерно. Так элементарный ФНЧ, рассмотренный в предыдущем разделе, состоит из двух кусковых элементов, являющихся резонатором; в случае распределенных параметров фильтр будет состоять из одного резонаторного элемента (например, отрезка микрополосковой линии или металлического стержня).

Конструкции СВЧ-фильтров самые разные, и выбор конкретной реализации зависит от требований к устройству (значение рабочих частот, добротность, максимальное затухание в полосе задерживания, расположение паразитных полос пропускания).

проектирование фильтров на распределенных параметрах — достаточно сложный процесс, состоящий из двух этапов: получение электрических параметров исходя из требований устройства; получение общих параметров из полученных электрических. Теория связанных резонаторов лежит в основе современных методов проектирования микроволновых фильтров.

Электромеханические фильтры

Основная статья: Электромеханический фильтр

ЭДС с дисковыми изгибными резонаторами и магнитострикционными преобразователями

Электромеханический фильтр (ЭМП) содержит механическую резонансную систему (резонатор) определенной конструкции. На входе и выходе фильтра установлены электромеханические преобразователи, преобразующие электрические колебания сигнала в механические колебания рабочего тела фильтра и наоборот.

ЭМП получили широкое распространение в трактах промежуточных частот высококачественных радиосистем (в том числе военных, морских, радиолюбительских и др.). Их преимущество значительно больше, чем у эквивалентных LC

— фильтры, добротность, позволяющие добиться высокой избирательности, необходимой для разделения близких по частоте радиосигналов в приемниках.

Фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ)

Типичное ПАВ-устройство на основе гребенчатого преобразователя внутренней связи, используемого в качестве полосового фильтра3.

Этот раздел не является полным. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Общие сведения

Фильтры аппаратуры связи

Частотная фильтрация становится основой для создания передающих и принимающих устройств для распространения информации по воздуху. Спектр сигнала обрезается больше по обеим сторонам канала, чтобы уменьшить шум. В результате полезная информация передается на большие расстояния. Электрические фильтры рассматриваются только как метод обнаружения сигнала. Дополнительно используются:

1. Выбор длины волны. Лучшая частота — это частота, удовлетворяющая заданным критериям. Например, длинные волны хорошо огибают поверхность Земли, а отдельные частоты отражаются от облаков или других образований неба, позволяя передавать информацию в любую точку планеты. Короткие волны хороши для связи на коротких расстояниях. Космическая связь использует частоты, не поглощаемые водяным паром. Обнаружение частоты осуществляется на приемной стороне входными фильтрами высоких частот.
2. Кодирование информации псевдошумовыми последовательностями. С внедрением в практику двоичных сигналов передача сигналов на большие расстояния стала реальной задачей. Использование псевдошумового кода снижает энергопотребление, скрывает сигнал от «противника» на фоне естественных эфирных токов. Зная структуру кодированного сигнала, можно получить информацию, когда отношение сигнал/шум меньше единицы. На самом деле обнаружить такую ​​передачу невозможно.
3. Избыточное кодирование длины информации позволяет исправлять ошибки на принимающей стороне. Этот метод сочетается с псевдошумом. Потеря информации исключена. Особенно при наличии двустороннего (дуплексного) канала. Псевдошумовая последовательность состоит из нулей и единиц. Чувствительность приемника напрямую зависит от длины — чем больше, тем лучше. Каждая длинная последовательность представляет один символ, обычно двоичный алфавит: ноль или единицу.

Коммуникационный фильтр

В этих случаях сигнал можно рассчитать с помощью электрического фильтра. Разного рода устройства, имеющие отношение к предмету, напичканы средствами связи. На приемной стороне антенна захватывает широкую область, характеризующуюся селективными свойствами. Пластину, волновой канал, шип на крыше автомобиля можно назвать электрофильтрами с определенным диапазоном. По этой причине бытовой приемник, кроме телескопического, имеет встроенные ферромагнитные антенны.

Волна улавливается входной цепью, которая представляет собой регулируемый электрический фильтр. Современные технологии не позволяют создать устройство, которое будет охватывать все частоты. Поэтому входных фильтров в вещательных приемниках несколько, они переключаются ручкой управления. Каждый включает в себя блок регулируемых конденсаторов, т.к значение индуктивности сложно изменить. Получается громоздкое и непрактичное устройство. Мобильные гаджеты миниатюрны, работают на сверхвысоких частотах, но содержат в себе и электрические фильтры аналогичного типа.

После первоначального выбора канала и обрезки помех по сторонам сигнал поступает на усилитель высокой частоты. Его избирательность сильно влияет на чувствительность приемника. В выбранных проектах используются фильтры, аналогичные входным фильтрам для этого шага. Затем сигнал поступает в микшер, где преобразуется в промежуточную частоту. Благодаря фиксированному значению последовательные каскады усилителей можно точно настраивать, добиваясь великолепного усиления. Фильтры здесь используются особенно с высокой избирательностью. Это стало возможным благодаря фиксированной частоте.

Полезный сигнал в виде человеческой речи выделяется на детекторе и подается на усилитель низкой частоты. Вещательное оборудование использует аналогичные приемы очистки сигнала, но требования гораздо более лояльные — эфир не вносит шумового эффекта.

Пьезоэлектрические модификации

Электрический фильтр пьезоэлектрического типа можно использовать только в сети переменного тока. Резисторы в блоках используются широкопольного типа. Варикапы часто комплектуются конденсаторами емкостью 3 пФ. Демпферы необходимы для подключения фильтров к клавишным переключателям. Эти устройства часто устанавливаются с адаптерами низкого сопротивления.

Показатель рабочего сопротивления фильтров этой серии составляет 20 Ом. Частота моделей в данном случае зависит от конденсаторов. Модели плохо подходят для вентиляционных систем. Компараторы в блоках относятся к расширительному типу. Сетчатые переходники для моделей встречаются достаточно редко. Также важно отметить, что фильтры представленного типа подходят для контактных выключателей.

Построение цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой

Полосовые устройства

Модификации полосы применяются к триггерам. Устройства этого типа обладают хорошей проводимостью. Модели со стабилизаторами встречаются довольно редко. Прямые резисторы используются на 5 пФ. Варикапы на модели устанавливаются магнитного типа. Устройства не лучшим образом подходят для контактных кулисных выключателей. Также важно отметить, что модели обладают высокой чувствительностью к импульсным колебаниям.

Для решения задач с фазовой активностью используются переменные тетроды. Они соединяются с фильтрами через вкладыш. Изоляторы используются для защиты резисторов. Многие модели имеют контроллер трехконтактного типа. Агрегаты не подходят для насосных станций. В данном случае проблема кроется в быстром перегреве конденсаторов.

Режекторные устройства

Режекторный фильтр (выпрямитель) подходит только для приводных механизмов. Триоды для моделей устанавливаются со стабилизатором. Транзисторы часто используются без вкладыша. Поэтому их параметр проводимости чрезвычайно низок. Конденсаторы прямого действия используются на 4 пФ.

Также важно отметить, что модификации этого типа не подходят для контактных кулисных выключателей. Динисторы чаще всего устанавливаются аналогового типа, а их чувствительность составляет 12 мВ. Но в этом случае следует учитывать особенности конкретных модификаций.

Активные модели

Активный фильтр (выпрямитель тока) необходим для стабилизации напряжения на выходных контакторах. Элементы определенного типа в вентиляционных системах указываются. Фильтры также можно встретить в приводных механизмах разной мощности. Транзисторы в устройствах обычно применяют линейного типа, а их емкость составляет в среднем 4 пФ.

Крышки фильтров используются редко. Подключение к системе вентиляции осуществляется через триоды. Модификации с бинарными преобразователями встречаются крайне редко. Также важно отметить, что на рынке есть активные фильтры с высоким порогом проводимости. Для насосных станций они отлично подходят.

Помехоподавляющие модификации

Помехоподавляющий фильтр довольно часто используется в контактных выключателях. Он также подходит для конвейерных установок различной производительности. В среднем частота фильтра указанного типа составляет 35 Гц. Достаточно распространены модификации с волновыми инверторами. Также важно отметить, что устройства подключаются через тетроды. Конденсаторы для модификаций указаны только на 4 пФ.

Электропроводность этих элементов составляет в среднем 2 мкм. Канальные тетроды встречаются довольно редко. Шумоподавляющий фильтр подключается к клавишным переключателям через переходники. Стабилизаторы устанавливаются для понижения напряжения. Многие фильтры этой серии имеют регулируемый контактор. Модели не подходят для насосных станций из-за малой чувствительности к импульсным помехам.

Активные и пассивные электрические фильтры

Фильтр — это устройство, которое передает сигналы в определенном диапазоне частот и предотвращает прохождение сигналов за пределами этого диапазона. Идеальный фильтр имеет постоянную и ненулевую передаточную характеристику в требуемом диапазоне частот (полоса пропускания или прозрачности) и нулевую в остальной части диапазона (полоса режекции или ослабления).

Использование фильтров очень востребовано для радио- и телеаппаратуры, где каналы настраиваются на определенную частоту путем фильтрации принимаемых сигналов. Помимо радиотехники, фильтры применяются в аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании сигналов, а также в различных электронных системах для фильтрации помех.

Одной из классификаций электрических фильтров является классификация по типам элементов, используемых для реализации схемы: активные, пассивные фильтры, LC-, RC-фильтры, фильтры с переключаемыми конденсаторами и т д. К пассивным фильтрам (рис. 1) относятся только пассивные элементы, такие как резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы. Этот тип фильтра не требует источника питания для работы и не усиливает мощность выходного сигнала (в отличие от активного фильтра). В активном фильтре (рис. 2) используется один или несколько активных компонентов: транзистор или операционный усилитель.

Рис. 1. Схема пассивного фильтра нижних частот

Рис. 2. Схемы активного ФНЧ на операционном усилителе: а) первого б) второго порядка

Порядок фильтра определяет максимальное количество нулей и полюсов для передаточной функции фильтра. Для увеличения наклона амплитудно-частотной характеристики необходимо повышать порядок фильтра, но стоит отметить, что с повышением порядка увеличивается и количество реактивных элементов (конденсаторов, резисторов), что в очередь усложняет сам фильтр и повышает его чувствительность к разбросу параметров компонентов.

В идеале разработчик хочет получить частотную характеристику (АЧХ) с резким переходом между полосой пропускания и подавлением (рис. 3). При использовании пассивных фильтрующих элементов увеличение крутизны переходной характеристики АЧХ достигается применением фильтров более высокого порядка, такой подход требует большего количества расчетов и более точных настроек. Однако использование активных фильтров, основным элементом которых является операционный усилитель с обратной связью, позволяет получить резкое падение АЧХ, затрачивая гораздо меньше сил и средств при разработке и производстве.

Рис. 3. АЧХ ФНЧ а) первый порядок, затухание 20 дБ за декаду; б) второй порядок, падение на 40 дБ за декаду

Помимо классификации фильтров по типам элементов, на которых они построены, фильтры классифицируют также по типу амплитудно-частотной характеристики:

– Фильтр высоких частот (HPF) – подавляет амплитуды гармонических сигналов ниже частоты среза (рис. 4).

– Фильтр нижних частот (ФНЧ) – подавляет амплитуды гармонических сигналов выше частоты среза (рис. 2).

– Полосовой фильтр – подавляет амплитуды гармонических сигналов выше и ниже определенной полосы (рисунок 6).

– Заграждающий фильтр – подавляет амплитуды гармонического сигнала в определенном диапазоне частот, то есть фильтр, подавляющий колебания в определенной полосе и пропускающий колебания, выходящие за пределы этой полосы.

Рис. 4. Установка для активного фильтра верхних частот первого порядка

Рис. 5. АЧХ ФВЧ а) первый порядок, затухание 20 дБ за декаду; б) второй порядок, падение на 40 дБ за декаду

Рис. 6. Настройка активного полосового фильтра

Рис. 7. Частотная характеристика активного полосового фильтра

Рис. 8. Пропорционально-интегрирующий фильтр нижних частот

Пропорционально-интегрирующий фильтр операционного усилителя (ПИ-фильтр) также является активным фильтром. Фильтр PI сравнивает средние значения двух входных сигналов за период частоты, резисторы R1 и R2 определяют масштабный коэффициент сравнения. Произведение C1*R1 (постоянная времени интегратора Ti) определяет мощность интегрирования фильтра, резистор R3 обеспечивает стабильность схемы ФАПЧ, а отношение между R3 и R1 определяет пропорциональный коэффициент усиления фильтра Kp.

Вывод

Фильтрация сигналов — важная функция аналоговых и аналого-цифровых устройств; в зависимости от задач используется тот или иной тип схемной реализации фильтра. В данной работе были рассмотрены несколько типов электрических фильтров и их АЧХ. Фильтры широко используются в электротехнике, радиотехнике и электронике.

Активные фильтры часто используются в геофизических, медицинских и различных устройствах связи. Как правило, этот тип фильтра представляет собой комбинацию схем второго-первого порядка. Это упрощает расчет и настройку этого фильтра.

Литература:

1. Изюмов ​​Н.М. — Радиорелейная связь, Рипол Классик, 2013
2. Киоун Д. — OrCAD Pspice. Анализ электрических цепей, литр, 2014 г
3. Мелешин В. — Транзисторная технология преобразования, л, 2016
4. Тимошенков В.П., Миндеева А.А. — Элементная база систем связи, учебник, 2015
5. Миндеева А.А. — Элементная база аналоговых схем, учебник, 2012 г
6. В. Титце, К. Шенк — Полупроводниковые схемы, 2010 г
7. М. Уильямсен, «Дизайн режекторного фильтра», Audio Electronics, январь. 2000 г
8. В. Юнг, «Подложка ИС с самозагрузкой снижает искажения в операционных усилителях с JFET», Analog Devices AN232
9. Х. Зумбахлен, «Пассивная и активная фильтрация», Analog Devices AN281
10. П. Туми и В. Хант, «AD7528 Dual 8-bit CMOS DAC», Analog Devices AN318
11. https://www.dsplib.ru/content/filters/ch2/ch2.html
12. https://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=1162

Устройства серии Pilot

Пилотный фильтр используется для конвейерных установок. Модификация состоит из полевых транзисторов, а также линейного регулятора. Подключается к блоку через канальный переходник. Если верить отзывам специалистов, фильтры этой серии не подходят для контактных выключателей. Триггеры устанавливаются непосредственно в активный тип. Их чувствительность не более 5 мВ. Также важно отметить, что варисторы используются без питания. В этом случае аналоговые преобразователи для подключения не подходят.

Особенности модификаций LC

LC-фильтр устанавливается только на кулисные переключатели контактного типа. Детали не подходят для модификаций привода. Контроллер в данном случае является активным типом. Параметр проводимости контактора соответствует 12 мкм. Если верить отзывам специалистов, радиационный конденсатор в устройстве имеет хорошую проводимость. Напряжение для этого типа фильтра составляет 230 В.

Фильтр LC не подходит для подключения к системам вентиляции. Теплопотери этого элемента достаточно высоки. Также важно отметить, что модель плохо справляется с импульсным шумом. Изолятор в этом случае находится только за стабилизатором. Перегрузочный индекс фильтра представленной серии 30 А. Запрещено подключение модификации через варикап. Фильтр не подходит для систем вентиляции.