Усилители, имеющие избирательные свойства, условно подразделяют на фильтры низких и высоких частот, а также полосовые и режекторные (заграждающие). Фильтры низких и высоких частот соответственно пропускают только низкие или высокие частоты, полосовые и режекторные обеспечивают пропускание или непропускание сигналов определенных частот.
Пассивные частотные фильтры выполняются на LC - или на RC-цепях без применения усилительных активных элементов. Такие фильтры не требуют источников питания и имеют простое исполнение, однако они не обеспечивают хорошего разделения полосы пропускания от полосы затухания (могут наблюдаться большие неравномерности передаточной характеристики); очень сложно выполнять условие согласования фильтра с нагрузкой.
Для получения у усилителей избирательных свойств в области низких частот (ниже 20 кГц) преимущественно применяют RC -цепи интегрирующего или дифференцирующего типа. В области высоких частот в качестве фильтров низких частот полосовые и режекторные фильтры выполняются на основе использования катушек индуктивности (LC -цепи).
Под активными фильтрами обычно понимают электронные усилители, содержащие RC -цепи, включенные так, что у усилителя появляются избирательные свойства. В них сравнительно просто можно регулировать неравномерности частотной характеристики в области пропускания и затухания, не предъявляется жестких требований к согласованию нагрузки с фильтром.
Основные характеристики фильтров.
Для полосовых фильтров и фильтров низких частот вводят понятие полосы пропускания.
Полоса пропускания фильтра – диапазон частот, внутри которого коэффициент передачи падает не более, чем в √2 раз (по уровню 3 дБ) от максимального значения:
П = fгр max - fгр min,
где fгр max и fгр min – соответственно максимальная и минимальная граничные частоты полосы пропускания.
Для фильтров высоких частот и режекторных фильтров используют понятие полосы удержания.
Коэффициент прямоугольности – мера избирательности фильтра, определяемая формулой:
,
где П 1/√2 – полоса пропускания фильтра,
П 1/10 – диапазон частот, внутри которого коэффициент передачи падает в 10 раз от максимального значения.
Угловая частота, при которой наступает резонанс, называется резонансной угловой частотой:
.
Индуктивное и емкостное сопротивления при резонансе
Величина ρ называется характеристическим сопротивлением контура.
Отношение напряжения на индуктивном или емкостном элементе к напряжению питания при резонансе называют добротностью контура или коэффициентом резонанса:
.
3.3. Дифференциация и интеграция электрических сигналов
Дифференцирующим устройством (ДУ) называют такое устройство, сигнал на выходе которого пропорционален производной от входного сигнала, т. е.
Uвых = τд (dUвх/dt),
где τд – коэффициент пропорциональности, имеющий размерность времени.
Интегрирующим устройством (ИУ) называется такое устройство, сигнал на выходе которого пропорционален интегралу от входного сигнала, т. е.
Uвых (t) =1/τи ∫ Uвх (t) dt,
где τи – коэффициент пропорциональности, имеющий размерность времени.
