Электрическим фильтром называются четырехполюсники, обычно составленные из катушек индуктивности и конденсаторов, которые пропускают к приемнику из всего спектра источника один или несколько заданных диапазонов частот.
Принцип работы электрофильтров основан на известных положениях: во-первых, что XL прямо пропорционально, а ХС – обратно пропорционально частоте и, во вторых, что в индуктивном сопротивлении I на p/2 отстает от U, а в емкостном опережает. Различные комбинации катушек индуктивности и конденсаторов дают фильтры различные по своему действию.
Назовем идеальными фильтры, состоящие из чисто реактивных элементов и будем рассматривать только симметричные фильтры.
Существуют фильтры следующих типов: низкочастотные, высокочастотные, полосные, многополосные и заграждающие. Фильтры обычно собираются из реактивных сопротивлений по симметричной Т или П – схеме.
Приведенная классификация фильтров – не единственная. Фильтры еще различаются на следующие типы: фильтры типа k (у которых произведение продольного сопротивления на поперечное некоторое постоянное число k), типа m (у них это произведение число переменное), мостовые фильтры; фильтры образованные индуктивно связанными цепями, кварцевые фильтры, RС фильтры, активные фильтры и т.д.
Низкочастотные фильтры пропускают токи с частотами от 0 до w0, высокочастотные – токи с частотами от w0 до ¥. Полосные фильтры пропускают токи, частоты которых лежат в пределах от w1 до w2, а многополосные – токи одновременно нескольких диапазонов частот от w1 до w2 от w3 до w4 и т.д.
Заграждающие фильтры пропускают токи с частотами от 0 до w1 и от w2 до ¥.
Поскольку фильтры - частный случай четырехполюсника, то его свойства определяются вторичными параметрами Z С и постоянной передачи g=a+jb, где
а – коэффициент затухания;
b – коэффициент фазы.
Областью пропускания фильтра называют диапазон частот в котором а=0. Областью затухания фильтра называют диапазон частот, в котором а¹0.
В области пропускания I и U на выходе и входе фильтры д.б. одинаковыми по величине. Это было бы возможно, если бы фильтр был согласован с нагрузкой, т.е. ZH=ZC во всем диапазоне его пропускания, что однако принципиально не возможно.
При согласовании фильтра с нагрузкой токи и напряжения входа I 1; U 1; и выхода I 2; U 2 связаны соотношением:
.
Тогда при а=0, имеем
U 1= U 2; I 1= I 2.
Если же оба условия Z2=ZC и а=0 одновременно выполнимы не будут, то величины токов и напряжений на входе и выходе уже не будут одинаковы.
Таким образом, в области пропускания фильтра (а=0) равенство I и U на входе и выходе получается только для одной или нескольких частот. В области затухания даже для идеальных фильтров а¹¥. Для получения резкого увеличения «а» в области затухания пользуются многозвенными фильтрами, состоящими из нескольких включенных в каскад П – или Т – звеньев или фильтров с более сложными схемами (например типа m).
