Фильтры с полосой пропускания до 1 кгц

Пассивные RC-фильтры. Пассивные фильтры низких ча­стот строятся на RС-элементах. Частота среза одиночного фильтра определяется выражением f_ср = 160/RС, где f_ср — в килогерцах, R — в омах, С — в микрофарадах. Для увеличения крутизны спада АЧХ используется последовательное соединение нескольких RС-фильтров. В такой схеме звенья имеют равные постоянные вре­мени, однако номиналы R и С могут отличаться. Применяется в основном принцип увеличения номинала сопротивления. Схемы пас­сивных ФНЧ на RС-элементах и их АЧХ приведены на рис 5 1

Динамический фильтр. Полоса пропускания динамического фильтра (рис. 5.2) меняется в зависимости от амплитуды входного сигнала. Это достигается изменением сопротивления полевого тран­зистора при управлении по затвору входным сигналом, преобразо­ванным цепочкой VD1, CL На фильтр сигнал подается с потенциометра RI. Для получения малых нелинейных искажений амплитуда входного сигнала фильтра должна быть не более 100 мВ.

Рис. 5.1

Рис. 5.2

Фильтр низких частот второго порядка. Частота среза АЧХ фильтра (рис. 5.3) определяется выражением

где коэффициент усиления K_у.u = R₂/R₁. При пропорциональном из­менении номиналов элементов схемы может быть получена другая частота среза.

Активный фильтр на полевых транзисторах. Применение поле­вых транзисторов в качестве переменных резисторов позволило соз­дать ФНЧ (рис. 5.4) с частотой среза от 300 Гц до 3,6 кГц при изменении управляющего напряжения от 2 В до 0. Крутизна спада АЧХ выше частоты среза примерно на 35 дБ/на октава. Коэффици­ент гармоник меняется от 0,5 до 1,5% при увеличении входного сигнала от 200 до 600 мВ. Для уменьшения нелинейных искажений в схеме применены цепочки R1, С1 и R3, СЗ.

Активный RC-фильтр нижних частот. Схема активного фильтра (рис. 5.5) позволяет перестраивать частоту среза от 5 Гц до 10 кГц при сохранении неравномерности АЧХ в полосе пропуска­ния в пределах 1 дБ. Затухание вне полосы пропускания не менее 26 дБ. Входное сопротивление 20 кОм, а выходное сопротивление 100 Ом.

Для снижения требований к точности элементов фильтра в ка­честве резисторов R4, R6, R8, R9 рекомендуется применять пере­менные резисторы. Желательные пределы изменения сопротивлений R4= 1 — 3,6 кОм, R6 = 6,2 — 20 кОм, R8 = 5,1— 7,5 кОм, R9 = 0,68- 1,8 кОм. Емкости кон­денсаторов в зависимости от требуемой частоты среза не­обходимо изменять в широ­ких пределах. В табл. 5.1 при­ведены емкости конденсаторов с 10%-ным классом точности для различных частот среза.

Рис. 5.3

Для настройки фильтра от генератора на вход фильт­ра подается сигнал с частотой 0,1 f_Ср. Вольтметром измеря­ется напряжение на конденса­торе С1. Далее устанавливают частоту входного сигнала 0,753 f_ср и регулировкой рези­стора R4 добиваются напря­жения на конденсаторе С1 на 3 дБ меньше предыдущего зна­чения. Далее вольтметр под­ключают к эмиттеру транзистора VT2 и определяют частоту f_mах, на которой передача сигнала максимальна. Необходи­мо иметь f_mах = 0,91 f_ср. В противном случае подстраивается рези­стор R6. Коэффициент передачи фильтра на частоте 0,91 f_ср должен быть равен 1,564 по отношению к сигналу на частоте 0,1 f_ср. Коэф­фициент передачи устанавливается резистором R8. Если после установки коэффициента передачи изменилась частота f_max, то oперации по настройке активного звена следует повторить. Далее при подключении вольтметра на выход с помощью резистора R9 на ча­стоте 0,887 f_ср устанавливают коэффициент передачи, равный еди­нице, по отношению к уровню сигнала на частоте 0,1 f_ср.

На графике рис. 5.5 показана зависимость коэффициента по­давления фильтра от частоты при частоте среза 1 кГц.

Рис. 5.4 Рис. 5.5

Рис. 5.6

Таблица 5.1

Пределы изменения часто­ты среза. Гц	С1, мкФ	С2. мкФ	СЗ. С4. мкФ	С5. мкФ
8000 — 10000	0,01	0,0038	0,0015	0,0022
5000 — 8000	0,015	0,0043	0,0022	0.003
3150 — 5000	0,022	-0,0068	0,0033	0,0051
2000 — 3150	0,047	0,01	0,0057	0,0068
1250 — 2000	0,068	0,015	0,0094	0.015
800 — 1250	0,1	0,022	0,015	0.022
500 — 800	0,15	0,047	0,022	0,033
315 — 500	0,25	0,068	0,033	0,047
200 — 315	0,47	0,1	0,05	0,068
125 — 200	0,5	0,165	0,083	O.i5
80 — 125	1,0	0,25	0,15	0,22
50 — 80	1,5	0,43	0,22	0,33
31,5 — 50	2,5	0,65	0,33	0,5
20 — 31,5	4,0	1,0	0,5	0,68
12,5 — 20	6,0	1,33	0,8	1,0
8-12,5	10,0	2,33	1,33	2,0
5 — 8	15,0	4,0	2,0	4,0

Фильтр нижних частот с частотой среза 1 кГц. Полоса пропу­скания ФНЧ (рис. 5.6) от 40 Гц до 1 кГц. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания не более 3 дБ. Настраивается фильтр с по­мощью резистора R9. Точность номиналов элементов 5%.