Фильтрация опасных сигналов

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) токов других частот.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропускания или полосой прозрачности; диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой зат ухания или полосой задерживания. Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание в полосе задерживания.

В качестве пассивных фильтров обычно применяются четырехполюсники на основе катушек индуктивности и конденсаторов. Возможно также применение пассивных RC-фильтров, используемых при больших сопротивлениях нагрузки.

Фильтры применяются как в радиотехнике и технике связи, где имеют место токи достаточно высоких частот, так и в силовой электронике и электротехнике.

Для упрощения анализа будем считать, что фильтры составлены из идеальных катушек индуктивности и конденсаторов, т.е. элементов соответственно с нулевыми активными сопротивлением и проводимостью. Это допущение достаточно корректно при высоких частотах, когда индуктивные сопротивления катушек много больше их активных сопротивлений (), а емкостные проводимости конденсаторов много больше их активных проводимостей ().

Классификация фильтров в зависимости от диапазона пропускаемых частот приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.7.1. Классификация фильтров

Название фильтра Диапазон пропускаемых частот

Низкочастотный фильтр

(фильтр нижних частот)

Высокочастотный фильтр

(фильтр верхних частот)

Полосовой фильтр

(полосно-пропускающий фильтр)

Режекторный фильтр

(полосно-задерживающий фильтр) и

где

Рассмотрим схему простейшего низкочастотного фильтра, представленную на рис. 3.1а.

Рисунок 3.1.

Другим вариантом простейшего низкочастотного фильтра может служить четырехполюсник по схеме на рис. 3.1б.

Схема простейшего высокочастотного фильтра приведена на рис. 3.2а. Следует отметить, что другим примером простейшего высокочастотного фильтра может служить П-образный четырехполюсник на рис. 3.2б.

Рисунок 3.2

Полосовой фильтр формально получается путем последовательного соединения низкочастотного фильтра с полосой пропускания и высокочастотного с полосой пропускания . Схема простейшего полосового фильтра

Рисунок 3.9

приведена на рис. 3.3а, а на рис. 3.3б представлены качественные зависимости для него.

У режекторного фильтра полоса прозрачности разделена на две части полосой затухания. Схема простейшего режекторного фильтра и качественные зависимости для него приведены на рис.3.4.

Рисунок 3.10

Необходимо отметить, что для улучшения характеристик фильтров всех типов их целесообразно выполнять в виде цепной схемы, представляющей собой каскадно включенные четырехполюсники. При обеспечении согласованного режима работы всех n звеньев схемы коэффициент затухания такого фильтра возрастает, что приближает фильтр к идеальному.