Анализ пассивных частотных фильтров

          Задание

Для анализа задан тип, порядок и структура пассивного частотного фильтра с определенными номиналами его элементов и сопротивлений генератора ZQ и нагрузки ZS.

Таблица 1 – Вариант задания.

Порядок выполнения контрольной работы

1. Объяснить принцип работы частотных фильтров, области их применения.

Частотным фильтром называют четырехполюсник, комплексный коэффициент передачи, АЧХ и ФЧХ которого требуемым образом изменяются в заданном диапазоне частот. Он обладает способностью пропускать сигналы желаемого диапазона частот с входа на выход или подавлять (задерживать) их в определенных частотных интервалах.

Принцип работы пассивных фильтров основан на зависимости реактивных сопротивлений ёмкостей конденсаторов и индуктивностей катушек от частоты. Составляя соответствующим образом схему из конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов можно добиться прохождения через схему требуемых рабочих частот и подавления сигналов помех, частоты которых отличаются от рабочей частоты.  

Электрические фильтры используются в технике связи, радиотехнике, электротехнике, силовой электронике, различных отраслях промышленности.

Электронные фильтры низких частот используются для подавления пульсаций напряжения на выходе выпрямителя переменного тока, для разделения частотных полос в акустических системах, системах передачи данных для подавления высокочастотных помех и ограничения спектра сигнала.

Область применение частотных фильтров — избирательные частотные цепи (например, селекторы сигналов в радиоэлектронной аппаратуре), защита от помех, выделение сигналов на фоне шумов.

В обработке изображений широкочастотные фильтры используются для очистки картинки от шумов, создания спецэффектов, а также при сжатии изображения.

2. Нарисовать заданную схему фильтра и обозначить на ней номиналы элементов.

Для анализа и выполнения расчетов удобно представление фильтра в виде четырехполюсника F:

[pic 1]

Рисунок 1 — Представление фильтра в виде четырехполюсника.

При составлении схемы фильтра: в ФНЧ индуктивности включены последовательно с сигналом, а емкости – на землю. В качестве сопротивлений генератора и нагрузки используются чисто активные сопротивления.

Нарисуем принципиальную схему фильтра и обозначим на ней номиналы элементов:

[pic 2][pic 3][pic 4]

[pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

[pic 10][pic 11][pic 12]

[pic 13][pic 14][pic 15]

[pic 16]

Рисунок 2 — Принципиальная схема фильтра.

3. Рассчитать зависимость коэффициента передачи фильтра (в дБ) от частоты.

Так как фильтр представлен в виде четырехполюcника, то его коэффициент пропускания (в дБ) определяется:

[pic 17]

где ZQ – сопротивление источника (генератора) сигнала, ZS – сопротивление нагрузки.

Параметры четырехполюсников, соответствующие структура и порядок используемых в работе фильтров приведены в Таблице 2.