Заграждающие фильтры

Как и полосовые, заграждающие фильтры относятся к категории избирательных (содержат колебательные контуры), но колебательные контуры поменялись местами (рис. 42).

Рис. 42. Схема пассивного режекторного LC-фильтра

 

На характеристике ослабления в диапазоне ω_H... ω_B наблюдается большое ослабление (рис. 43).

 

Рис. 43 Характеристика ослабления заграждающего фильтра

 

Зависимость характеристического сопротивления Z_C от частоты представлена на рис. 44:

 

Рис. 44 Зависимость характеристического сопротивления от частоты

 

Фильтры типа «к» и типа «m»

Все рассмотренные выше фильтры имеют общее свойство: элементы последовательного и параллельного плеч являются чисто реактивными и имеют противоположный характер. Поэтому произведение сопротивления продольного плеча на поперечное есть вещественная величина, не зависящая от частоты. Такие фильтры называют фильтрами типа "к".

у ФНЧ

Параметр - характеристическое сопротивление фильтра.

Фильтры типа "к" имеют общие недостатки: значительная зависимость характеристического сопротивления от частоты, мала крутизна характеристики ослабления.

Эти недостатки можно значительно снизить, используя последовательно или параллельно производные звенья - к звену "к" нужно добавить или одну емкость или одну индуктивность (рис. 45).

Рис. 45. Построение "Г"- образных звеньев ФНЧ типа «m»

 

Частота среза остается той же, а в плече, где добавлен второй реактивный элемент, имеет место резонанс, при котором затухание фильтра резко возрастает.

Из обозначений видно, что у элементов, имевшихся в звене "к" ставится множитель "m", а у добавленных - множитель .

Параметр "m" имеет диапазон значений .

 

 

 

 

 

Рис. 46.Зависимость характеристического сопротивления звена фильтра типа «m» от частоты

 

 

 

Рис.47 Характеристика затухания фильтров типа «m» при различных значениях коэффициента m

У звеньев с характеристическое сопротивление в диапазоне частот остается практически постоянным (рис.46), и частота бесконечного ослабления составляет , поэтому кривая характеристики ослабления идет значительно круче, чем при

m = 1.

Недостаток фильтров типа "m" - спад ослабления в глубине полосы задерживания.

 

Фильтры с характеристиками Баттерворта, Чебышева, Золотарева

Различают два способа исследования цепей – анализ и синтез. Анализ позволяет определить различные характеристики заданной цепи (например: входные, коэффициент передачи и др.). Синтез ставит своей задачей найти схему и параметры всех ее элементов, для получения некоторой заданной характеристики.

Фильтры, у которых при нулевой частоте ослабление равно нулю, а в полосе пропускания монотонно растет (для ФНЧ), называются фильтрами с характеристиками Баттерворта (Баттерворт - инженер-электрик, исследовавший фильтры в 30 годах 20 века).

Чем больше число звеньев "n", тем круче характеристика в области задерживания (рис. 48).

 

 

Рис. 48. Зависимость затухания от частоты фильтров Баттерворта

 

Фильтры, названные именем Чебышева имеют в полосе прозрачности колебательный характер затухания с амплитудой не более 3 дБ, а в полосе задерживания крутизна характеристики возрастает быстрее, чем у Баттерворта.

Крутизна характеристики растет с увеличением числа звеньев фильтра и увеличением амплитуды колебания в области прозрачности (рис. 49).

 

 

Рис. 49.Зависимость затухания от частоты фильтров Чебышева

 

Схемы фильтров Баттерворта и Чебышева схожи со схемами фильтров типа «К». Число реактивных элементов в схеме - порядок фильтра – определяется в зависимости от требований к характеристике. При расчете параметров элементов фильтров приходится пользоваться весьма сложными формулами. Практически, в специальных справочниках – каталогах по расчету помещены таблицы, представляющие полный расчет всех элементов фильтров.

Характеристика ослабления фильтра Золотарева имеет в полосе пропускания колебательный характер, а в полосе задержания не монотонный, а с характерными выплесками частоты бесконечного ослабления ω_∞ (рис. 50).

Фильтры Золотарева имеют схемы, схожие с фильтрами типа «m». Расчет этих фильтров также выполняется с помощью таблиц.

В процессе расчета предполагается, что фильтры не обладают потерями. В реальности это не так, и наличие потерь приводит к тому, что рассчитанные ослабления будут отличаться от реальных.

Для уменьшения влияния потерь нужно использовать катушки и конденсаторы с возможно большими добротностями (меньшими потерями).

 

 

Рис. 50. Зависимость затухания от частоты фильтров Золотарева