Пассивный фильтр низких частот – Пассивные фильтры нижних и верхних частот с макетированием — КиберПедия

Содержание

Фильтр для сабвуфера своими руками

Психоакустика (наука, изучающая звук и его влияние на человека) установила, что человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания в диапазоне от 16 до 20000 Гц. При том, что диапазон 16-20 Гц (низкие частоты), воспринимается уже не самим ухом, а органами осязания.

Многие меломаны сталкиваются с тем, что большинство поставляемых акустических систем не удовлетворяет их потребности в полной мере. Всегда находятся мелкие недоработки, неприятные нюансы и т.п., которые побуждают собирать колонки с усилителями своими руками.

Еще одна категория людей, которые предпочитают делать звуковое оборудование самостоятельно – автовладельцы. Сборка и запуск мощной акустической системы в машине – непростое и весьма дорогостоящее мероприятие.

Возможны и другие причины сборки сабвуфера (профессиональный интерес, хобби и т.п).

Сабвуфер (от англ. «subwoofer») – низкочастотный динамик, который может воспроизводить звуковые колебания в диапазоне 5-200 Гц (в зависимости от типа конструкции и модели). Может быть пассивным (использует выходной сигнал с отдельного усилителя) или активным (оснащается встроенным усилителем сигнала).

Низкие частоты (басы) в свою очередь можно разделить на три основные подвида: 

  • Верхние (англ. UpperBass) – от 80 до 150-200 Гц.
  • Средние (англ. MidBass / мидбасы) – от 40 до 80 Гц.
  • Глубокие или подбасы (англ. SubBass) – все что ниже 40 Гц.

Функции и принцип работы фильтров для сабвуфера


Фильтры частот применяются как для работы активных сабвуферов, так и пассивных.

Преимущества активных низкочастотных динамиков заключается в следующем: 

  • Активный усилитель сабвуфера не нагружает дополнительно акустическую систему (так как питается отдельно).
  • Входной сигнал может фильтроваться (исключаются посторонние шумы от воспроизведения высоких частот, работа устройства концентрируется только на том диапазоне, в котором динамик обеспечивает наилучшее качество передачи колебаний).
  • Усилитель при правильном подходе к конструкции может гибко настраиваться.
  • Исходный спектр частот можно разделить на несколько каналов, с которыми можно уже работать по-отдельности – низкие частоты (на сабвуфер), средние, высокие, а иногда и сверхвысокие частоты.

Виды фильтров для низких частот (НЧ)


По реализации 

  • Аналоговые схемы.
  • Цифровые устройства.
  • Программные фильтры.

По типу 

  • Активный фильтр для сабвуфера (так называемый кроссовер, обязательный атрибут любого активного фильтра – дополнительный источник питания)
  • Пассивный фильтр (такой фильтр для пассивного сабвуфера лишь отсеивает необходимые низкие часты в заданном диапазоне, не усиливая сигнала)

По крутизне спада 

  1. Первого порядка (6 дБ/октав.)
  2. Второго порядка (12 дБ/октав.)
  3. Третьего порядка (18 дБ/октав.)
  4. Четвертого порядка (24 дБ/октав.)

Основные характеристики фильтров: 

  1. Полоса пропускания (диапазон пропускаемых частот).
  2. Полоса задерживания (диапазон существенного подавления сигнала).
  3. Частота среза (переход между полосами пропускания и задерживания происходит. нелинейно. Частота, на которой пропускаемый сигнал ослабляется на 3 дБ, называется частотой среза).

Дополнительные параметры оценки фильтров акустических сигналов: 

  • Крутизна спада АХЧ (Амплитудно-Частотная Характеристика сигнала).
  • Неравномерность в полосе пропускания.
  • Резонансная частота.
  • Добротность.

Линейные фильтры электронных сигналов различаются между собой по типу кривых (зависимости показателей) АЧХ.

Разновидности таких фильтров чаще всего называются по фамилиям ученых, выявившим эти закономерности: 

  • Фильтр Баттерворта (гладкая АЧХ в полосе пропускания),
  • Фильтр Бесселя (характерна гладкая групповая задержка),
  • Фильтр Чебышёва (крутой спад АЧХ),
  • Эллиптический фильтр (пульсации АЧХ в полосах пропускания и подавления),
  • И другие.

Простейший НЧ фильтр для сабвуфера второго порядка выглядит следующим образом: последовательно подключенная к динамику индуктивность (катушка) и параллельно – емкость (конденсатор). Это так называемый LC-фильтр (L — обозначение индуктивности на электрических схемах, а C – емкости).

Принцип работы заключается в следующем: 

  1. Сопротивление индуктивности прямо пропорционально частоте и поэтому катушка пропускает низкие частоты и задерживает высокие (чем выше частота, тем выше сопротивление индуктивности).
  2. Сопротивление емкости обратно пропорционально частоте сигнала и поэтому высокочастотные колебания затухают на входе динамика.

Такой тип фильтров – пассивный. Более сложные в реализации – активные фильтры.

Как сделать простой фильтр для сабвуфера своими руками


Как и было сказано выше, самые простые в конструкции – пассивные фильтры. Они имеют в составе всего несколько элементов (количество зависит от требуемого порядка фильтра).

Собрать свой собственный фильтр НЧ можно по готовым схемам в сети или по индивидуальным параметрам после подробных расчетов требуемых характеристик (для удобства можно найти специальные калькуляторы для фильтров разных порядков, с помощью которых можно быстро рассчитать параметры составляющих элементов – катушек, емкостей и т.п.).

Для активных фильтров (кроссоверов) можно использовать специализированное программное обеспечение, например, такое как «Crossover Elements Calculator».

В некоторых случаях при проектировании схемы может понадобиться фильтр-сумматор.

Здесь оба канала звука (стерео), например, после выхода с усилителя и т.п., необходимо сначала отфильтровать (оставить только НЧ), а потом объединить в один с помощью сумматора (так как сабвуфер чаще устанавливается всего один). Или наоборот, сначала суммировать, а затем отфильтровать НЧ.

В качестве примера возьмем простейший пассивный НЧ фильтр второго порядка.

Если сопротивление динамика будет 4 Ом, предполагаемая частота среза – 150 Гц, то для типа фильтрации по Баттерворту нужны будут:

  • L (индуктивность) = 6.003 mH
  • С (емкость) = 187.5 µF

Если конденсатор можно подобрать под требуемый параметр из готовых или собрать блок из нескольких параллельно соединенных, то катушку лучше всего намотать своими руками. Для этого необходимо предварительно рассчитать параметры индукции с помощью тех же готовых калькуляторов.

Так, что получения катушки с индуктивностью 6 мГн, из обмоточного медного провода диаметром 1 мм, понадобится стержень диаметром 1 см и длиной 6 см. На выходе получится бобина из 1002 витков. Проволока длиной 84 метра будет уложена в 17 слоев. Итоговые габариты – диам. 44 мм, длина – 6 см.

Катушка и конденсатор подключаются к динамику по схеме, обозначенной выше, и мы получаем сабвуфер с пассивным НЧ фильтром.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

ЗАПИСИ ПО ТЕМЕ

filteru.ru

Расчёт пассивных RC фильтров. Онлайн калькулятор.

А не фильтрануть ли нам широким махом входной сигнал на предмет подавления помехи относительно единичного уровня
на требуемой частоте, в заданное число раз отличающейся от границы полосы пропускания?


А как насчёт расчёта активных полиномиальных фильтров второго порядка на
звеньях Рауха, Сален-Ки и биквадратного звена?


А кривую изменения реактивного сопротивления ёмкости в зависимости от частоты — не изобразить ли?

«Хватит умничать, пальцем покажи!», — предвижу я законное роптание посетителя, впавшего в соблазн от заголовка страницы.

И действительно. Здесь мне не тут! Базар надо фильтровать, а не безобразия нарушать!


Итак, приступим.

Для начала мы рассмотрим активные и пассивные ФНЧ, ФВЧ, ПФ без использования катушек индуктивности.

Определимся с терминологией.

— Фильтр нижних частот (ФНЧ) представляет собой устройство, которое пропускает сигналы низких частот и задерживает сигналы
высоких частот.

— Фильтр верхних частот (ФВЧ) соответственно пропускает сигналы высоких частот и задерживает сигналы низких.

— Полосовой фильтр (ПФ) пропускает сигналы в некоторой полосе частот и подавляет сигналы и на низких частотах, и на высоких.


— Полоса пропускания определяется как диапазон частот, в котором АЧХ фильтра не выходит за пределы заданной неравномерности
(обычно — 3дБ).


— Частотой среза фильтра называют частоту, ослабление сигнала на которой достигает -3дБ по логарифмической шкале,
или 1/√2 ≈ 0.71 по линейной.

— Неравномерность АЧХ в полосе пропускания — размер флуктуации АЧХ от пика до пика в полосе пропускания.

— Крутизна частотной характеристики фильтра – скорость спада АЧХ в полосе подавления (дБ/октаву или дБ/декаду).

А начнём мы с простейших RC фильтров первого порядка. Слева фильтр нижних частот (ФНЧ), справа фильтр верхних частот (ФВЧ).

Рис.1

Крутизна спада АЧХ таких фильтров в полосе подавления — 6 дБ/октаву.

Частота среза рассчитывается по формуле: &nbsp

Теперь надо определиться — из каких соображений выбирать номиналы R и С.

Ёмкость посчитается нашей табличкой, а к выбору сопротивления резистора, для достижения заявленной крутизны, надо подойти со всей
ответственностью.
Номинал этого резистора должен быть на порядок больше выходного импеданса предыдущего каскада и на порядок меньше входного
сопротивления последующего.



РИСУЕМ ТАБЛИЧКУ ДЛЯ ФИЛЬТРОВ ПЕРВОГО ПОРЯДКА

ТЕПЕРЬ ТО ЖЕ САМОЕ С ДРУГИМИ ВВОДНЫМИ


Для получения простейшего полосового фильтра первого порядка, нужно последовательно соединить ФНЧ и ФВЧ с Рис.1,
не забывая, что значение сопротивления R второго фильтра должно быть на порядок (в 10 раз) выше сопротивления
первого.

Важно понимать, что хорошей крутизны спада АЧХ от таких простейших фильтров добиться не удастся. Тут нам прямая
дорога к активным фильтрам, или к фильтрам на LC цепях.

Именно активные фильтры мы и рассмотрим на следующей странице.





























 

vpayaem.ru

Как сделать фильтр низких частот своими руками? :: SYL.ru

Фильтры низких и высоких частот являются неотъемлемой частью любого усилителя. Устанавливаются они, как правило, рядом с электрической катушкой. Подвижные элементы в данном случае отсутствуют. К основным параметрам таких устройств относится показатель полосы пропускания. Дополнительно специалистами может быть рассчитан перехват сигнала. Если говорить про фильтры низких колебаний, то их чаще всего можно встретить в сабвуферах. В данном случае преобразователь занимается изменением высокочастотных волн.

Как сделать простой фильтр?

Для того чтобы собрать фильтр низких частот своими руками, сетку лучше всего изначально подбирать магнитную. Электрическая катушка в данном случае должна располагаться за резисторами. Чтобы увеличить полосу пропускания тока, используют специальный преселектор. Дополнительно он в устройстве исполняет роль проводника. Перехват сигнала у фильтра зависит исключительно от типов конденсаторов.

Наиболее распространенными на сегодняшний день принято считать полевые модели. Емкость у них в среднем колеблется в районе 3 пФ. Все это в конечном счете позволит стабилизировать коротковолновые импульсы в цепи. Для создания искусственных сигналов применяется ревербератор. Преобразование в данном случае должно происходить без изменения показателя предельной частоты.

Расчет фильтра

Расчет фильтра низких частот осуществляется через колебания среза. Дополнительно в формуле учитывается коэффициент передачи постоянного сигнала. Если говорить про активные типы фильтров, то емкость конденсаторов также берется во внимание. Для учета амплитуды колебаний дополнительно рассчитывается передаточная функция. Если частота выходного сигнала в конечном счете превышает первоначальные параметры, то коэффициент постоянного сигнала будет положительным.

Активные типы фильтров

Активный фильтр низких частот в первую очередь выделяется высокой полосой пропускания на уровне 5 Гц. Дополнительно в системе устанавливаются элементы для перехвата сигнала. Конденсаторы в данном случае припаиваются на специальной магнитной сетке. Для регулировки предельной частоты применяются транзисторы. Расширение возможностей устройства может осуществляться путем добавления в цепь конденсаторов. Емкость их должна составлять минимум 40 пФ.

Для положительной обратной связи применяется аналоговый модулятор. Устанавливается он в цепи только за конденсаторами. Колебательные контуры в системе можно стабилизировать при помощи стабилитронов. Пропускная способность их обязана составлять минимум 5 Гц. В данном случае параметр отрицательного сопротивления напрямую зависит от перекрытия диапазона частот.

Пассивные типы фильтров

Пассивный фильтр низких частот работает по принципу искажения колебаний. Происходит это путем установки ревербератора. Все элементы цепи в этом случае располагаются на магнитной сетке. Модуляторы в фильтрах используются самые разнообразные. Наиболее распространенными на сегодняшний день принято считать двухсторонние аналоги.

Периодическое изменение колебаний дополнительно может происходить путем изменения положения транзисторов. Конденсаторов всего у фильтра должно иметься три. В данном случае многое зависит от полосы пропускания непосредственно усилителя. Если этот параметр превышает 10 Гц, то конденсаторов в устройстве должно быть как минимум четыре.

Дополнительно перед их установкой рассчитывается предельное напряжение. Для этого необходимо взять номинальный ток блока питания и с учетом емкости конденсаторов соотнести его к поперечному траверсу. Чтобы минимизировать чувствительность фильтра, применяются специальные тетроды. Данные элементы являются довольно дорогими, однако качество прохождения сигнала значительно улучшается.

Устройства на резисторах ПР1

Фильтр низких частот первого порядка с указанными резисторами способен справляться с предельным сопротивлением на уровне 4 Ом. Все элементы цепи, как правило, располагаются на магнитной сетке. Конденсаторы можно устанавливать в систему самые разнообразные. В данном случае важно заранее просчитать показатель полосы пропускания. Если емкость конденсаторов превышает 2 пФ, то стабилитрон необходимо использовать обязательно.

Дополнительно некоторыми специалистами устанавливается ревербератор, который способен значительно снизить амплитуду колебаний. Промежуточная частота в данном случае довольно сильно зависит от сопряжения контуров. Номинальное напряжение блока питания обязано быть не ниже 20 В. Чтобы фильтр низких частот успешно справлялся с помехами, диоды в системе применяются кремниевого типа. Если блок питания устанавливается свыше 30 В, то транзисторы в конечном счете могут сгореть.

Как собрать модель с резисторами ПР2?

Простой фильтр низких частот с резисторами данного типа способен довольно успешно эксплуатироваться с блоком питания на 30 В. В этом случае параметр полосы пропускания обязан находиться на уровне не ниже 40 Гц. Положительная обратная связь в системе обеспечивается за счет стабильности колебаний.

Параметр отрицательного сопротивления во многом зависит от скважности импульсов. Расчет фильтра низких частот в данном случае необходимо проводить с учетом показателя концентрации. Конденсаторы в системе целесообразнее устанавливать емкостного типа. Диодные мосты в устройствах используются довольно редко. Обусловлено это именно отсутствием резонансных частот.

Модели с мощными преобразователями

Фильтры с мощными преобразователями позволяют значительно повысить коэффициент пропускания – до уровня 33 Гц. При этом отрицательное сопротивление в системе не будет превышать 4 Ом. Катушки в данном случае используются электрические. Подвижные элементы, в свою очередь, не применяются. Преселектор в фильтре, как правило, располагается сразу за катушкой. Чтобы минимизировать риски различных сбоев, используют специальные стабилитроны.

Резисторы в данном случае следует подбирать аналогового типа. Чтобы уменьшить обратную связь в устройстве, конденсаторы устанавливают попарно. В некоторых случаях стабилитроны применяются двухстороннего действия. Однако недостатки у них также имеются. В первую очередь среди них следует отметить довольно резкое повышение чувствительности устройства.

Устройства с емкостными конденсаторами

Фильтры с емкостными конденсаторами отличаются стабильностью настройки контура. При этом параметр полосы пропускания напрямую зависит от типа электрической катушки. Если рассматривать хроматические аналоги, то они выделяются высоким параметром предельной частоты. Дополнительно важно учитывать объем конденсаторов в фильтре. Скважность последовательности импульсов зависит только от типа преобразователя.

В некоторых случаях фильтр низких частот не работает из-за резкого повышения температуры. В данном случае необходимо дополнительно установить тиристор возле катушки. С инерционными усилителями фильтры данного типа не способны работать. Дополнительно следует учитывать, что блок питания предельное напряжение обязан выдерживать как минимум 30 В.

Модели с полевыми конденсаторами

Фильтр низких частот с использованием полевых конденсаторов является довольно распространенным. Во многом это связано с его дешевизной. В данном случае параметр полосы пропускания будет находиться на уровне 5 Гц. В свою очередь, отрицательное сопротивление цепи зависит от установленных транзисторов. Если использовать одноканальные элементы, то они позволят значительно сократить образцовое напряжение.

Отклонение фактической индуктивности у фильтра зависит от чувствительности прибора. Стабилитроны в системе применяются довольно редко. Однако если параметр отрицательного сопротивления превышает 5 Ом, то их следует использовать. Дополнительно можно задуматься над применением тиристоров. Во многом данные элементы позволят справиться с дипольностью в системе. Таким образом, чувствительность прибора значительно снизится.

Как использовать продольный резонатор?

Продольные резонаторы в фильтрах устанавливаются довольно редко. Предназначены данные устройства для повышения сопряжения контуров. В результате параметр полосы пропускания может увеличиться до 40 Гц. Чтобы система работала должным образом, дополнительно устанавливаются стабилитроны. Преселекторы в данном случае будут бесполезными. Также перед установкой стабилитрона необходимо задуматься о параметре отрицательного сопротивления.

Если он превышает 5 Ом, то необходимо использовать емкостные конденсаторы. Минимизация сбоев в системе может осуществляться несколькими способами. Наиболее популярными из них принято считать установку триггеров. Дополнительно многие специалисты советуют возле катушек размещать специальные ограничители. Данные устройства в конечном счете позволят резонатору работать более стабильно.

Применение диэлектрических резисторов в схеме

Диэлектрические резисторы в фильтрах не являются большой редкостью. Предназначены они для того, чтобы понижать параметр отрицательного сопротивления. При этом использовать мощные блоки питания есть возможность. Диоды в данном случае применяются в основном опорного типа. Согласование резонансных частот зависит исключительно от отдачи резистора.

Конденсаторы для фильтра подбираются с емкостью не менее 5 пФ. Это необходимо для того, чтобы повысить параметр полосы пропускания как минимум до 3 Гц. Все это в конечном счете позволит привести в норму чувствительность прибора. Дополнительно для расчета фильтра применяется показатель образцового напряжения. В среднем он находится на уровне 30 В. Если тиристоры в системе не использовать, то резисторы в конечном счете могут пострадать.

Модели с модуляторами

Фильтр низких частот с модулятором необходим для того, чтобы у пользователя была возможность настраивать прибор. При этом параметр полосы пропускания у таких устройств может быть различным. Устанавливается модулятор, как правило, на магнитной сетке. Преселектор на пару с вышеуказанным элементом использоваться может. Дополнительно следует отметить, что модулятор в некоторых случаях способен создавать низковолновые помехи. Обусловлено это повышением образцового напряжения. Чтобы минимизировать риски, в данном случае лучше рядом с модулятором устанавливать средней мощности стабилитрон.

Широкополосные резисторы для фильтров

Усилитель-фильтр низких частот с широкополосными резисторами имеет как преимущества, так и явные недостатки. Если рассматривать достоинства, то важно отметить его высокую пропускную способность. Соединение катода в данном случае осуществляется через маленькую пластину. Недостатком таких резисторов принято считать повышенную чувствительность.

В результате работа конденсаторов значительно усложняется. В некоторых случаях дополнительно оказывается нагрузка на электрическую катушку. В любом случае, чтобы минимизировать риски, важно сделать расчет фильтра. Для этого учитывается не только коэффициент пропускания, но и емкость конденсаторов, которые установлены в системе.

www.syl.ru

Исследование ачх пассивных фильтров методические указания

МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УФИМСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ТС

к лабораторной
работе по дисциплине «Устройства приема
и обработки радиосигналов в СПРС»

УФА. 2002

Составитель:
А.И.Гулин

Исследование АЧХ
пассивных фильтров с использованием
математического пакета МАТLАВ:
Методические указания к лабораторным
работам по курсу «Устройства приема и
обработки радиосигналов в системах
подвижной радиосвязи» Уфимский
государственный авиационный технический
университет; составитель: А.И.Гулин. Уфа
2002, 13 с.

Рассмотрены
основные характеристики фильтров
различных аппроксимаций. Описано
большинство видов пассивных фильтров,
даны ориентировочные АЧХ фильтров
первого и второго порядков.

Предназначены для
студентов направления 201200 «Средства
связи с подвижными объектами», а также
могут быть полезны студентам других
специальностей направления
«Телекоммуникации».

Рецензент: Беспалов
А. И.

Уфимский
государственный авиационный технический
университет, 2002.

Содержание

стр.

1. Теоретическая
часть………………………………………………………………4

    1. Назначение,
      классификация и принцип работы пассивных
      фильтров…….4

    2. Описание
      RC-фильтров……………………………………………………….4

    3. Описание
      LC-фильтров……………………………………………………….7

    4. Сравнение пассивных
      фильтров с другими видами фильтров……………..9

  1. Практическая
    часть………………………………………………………………11

  2. Варианты
    заданий…………………………………………………………………12

  3. Контрольные
    вопросы……………………………………………………………12

  4. Список
    литературы……………………………………………………………….13

Теоретическая часть

1.1. Назначение, классификация и принцип работы пассивных фильтров.

Основное назначение
фильтра состоит в том, чтобы исключить
прохождение сигналов определенного
диапазона частот и в то же время обеспечить
передачу сигналов другого диапазона
частот. Фильтры делятся на активные и
пассивные. Активные фильтры представляют
собой частотно-избирательный усилительный
каскад. К пассивным фильтрам относятся
RC-
и LC-фильтры.
Фильтры также можно классифицировать
исходя из диапазона частот, которые они
пропускают или подавляют. Существуют
четыре типа фильтров:

1. Фильтр нижних
частот, который пропускает все сигналы
с частотой ниже некоторого заданного
значения и подавляет сигналы более
высоких частот.

2. Фильтр верхних
частот, который пропускает все сигналы
с частотой выше некоторого заданного
значения и подавляет сигналы более
низких частот.

3. Полосно-заграждающий
фильтр (режекторный), который используется
для подавления сигналов определенного
диапазона частот, тогда как сигналы с
частотами выше и ниже этого диапазона
проходят беспрепятственно.

4. Полосно-пропускающий
фильтр (полосовой), который пропускает
сигналы заданной полосы частот и
препятствует прохождению сигналов
любых других частот.

1.2. Описание rc-фильтров.

Фильтрация
сигналов низких (звуковых) частот обычно
осуществляется с помощью фильтров на
основе сопротивления и емкости (RC).
Схема фильтра верхних частот и его
амплитудно-частотная характеристика
показаны на рис. 1.

Рис. 1. Схема и
амплитудно-частотная характеристика
высокочастотного RC-фильтра.

В этой схеме входное
напряжение прикладывается и к резистору,
и к конденсатору. Выходное же напряжение
снимается с сопротивления. При уменьшении
частоты сигнала возрастает реактивное
сопротивление конденсатора, а
следовательно, и полное сопротивление
цепи. Поскольку входное напряжение
остается постоянным, то ток, протекающий
через цепь уменьшается. Таким образом,
снижается и ток через активное
сопротивление, что приводит к уменьшению
падения напряжения на нем.

Фильтр характеризуется
затуханием, выраженным в децибелах,
которое он обеспечивает на заданной
частоте. RC-фильтры
рассчитываются таким образом, чтобы на
выбранной частоте среза коэффициент
передачи снижался приблизительно на 3
дБ (т.е. составлял 0,707 входного значения
сигнала). Частота среза фильтра по уровню
— 3 дБ
определяется по формуле:

Фильтр низких
частот имеет аналогичную структуру,
только емкость и сопротивление там
меняются местами. Амплитудно-частотную
характеристику такого фильтра можно
представить как зеркальное отображение
АЧХ предыдущего.

В этой цепи входное
напряжение также прикладывается и к
резистору, и к конденсатору, но выходное
напряжение снимается с конденсатора.
При увеличении частоты сигнала реактивное
сопротивление конденсатора, а
следовательно, и полное сопротивление
уменьшаются. Однако, поскольку это
полное сопротивление состоит из
реактивного и фиксированного активного
сопротивлений, его значение уменьшается
не так быстро, как реактивное сопротивление.
Следовательно, при увеличении частоты
снижение реактивного сопротивления
(относительно полного сопротивления)
приводит к уменьшению выходного
напряжения. Частота среза этого фильтра
по уровню -3 дБ также определяется по
формуле предыдущего фильтра.

Рассмотренные
выше фильтры представляют собой RC-цепи,
которые характеризуются тремя параметрами,
а именно: активным, реактивным и полным
сопротивлениями. Обеспечиваемая этими
RC-фильтрами
величина затухания зависит от отношения
активного или реактивного сопротивления
к полному сопротивлению.

При расчете любого
RC-фильтра
можно задать номинал либо резистора,
либо конденсатора и вычислить значение
другого элемента фильтра на заданной
частоте среза. При практических расчетах
обычно задают номинал сопротивления,
поскольку он выбирается на основании
других требований. Например, сопротивление
фильтра является его выходным или
входным полным сопротивлением.

Соединяя фильтры
верхних и нижних частот, можно создать
полосовой RC-фильтр,
схема и амплитудно-частотная характеристика
которого приведены на рис. 2.

Рис.
2. Схема и АЧХ полосовогоRC-фильтра.

На
схеме рис. 2.R1
полное
входное сопротивление; R2

полное выходное сопротивление, а частоты
низкочастотного и высокочастотного
срезов определяются по формулам:

Следует отметить,
что значение верхней частоты среза
(fсв)
должно быть по крайней мере быть в 10 раз
больше нижней частоты среза (fсн),
поскольку только в этом случае
полосно-пропускающий фильтр будет
работать достаточно эффективно.

Одиночный RC-фильтр
не может обеспечить достаточного
подавления сигналов вне заданного
диапазона частот, поэтому для формирования
более крутой переходной области довольно
часто используют многозвенные фильтры
(рис. 3.). Частота среза многозвенного
фильтра определяется по формуле ВЧ,НЧ
RC-фильтра.
Добавление каждого звена приводит к
увеличению затухания на заданной частоте
среза примерно на 6 дБ.

Рис.
3. Многозвенные фильтры: соответственно
высокочастотный и низкочастотный.

studfiles.net

Как сделать фильтр низких частот

Автор КакПросто!

Фильтр низких частот предназначен для получения амплитудно-частотной характеристики, в которой затухание прямо пропорционально частоте. Такие фильтры строят с применением пассивных элементов: конденсаторов, резисторов и катушек индуктивности.

Статьи по теме:

Инструкция

Чтобы собрать простейший фильтр низких частот, включите между его входом и выходом резистор, а между выходом и общим проводом — конденсатор.

Переведите номиналы элементов в единицы системы СИ: сопротивление в омы, емкость — в фарады. Частоту среза простейшего фильтра рассчитайте по формуле:F=1/(2πRC), где F — частота (Гц), π — число «пи», 3,1415926535 (безразмерная величина), R — сопротивление резистора (Ом), C — емкость конденсатора (Ф).

Чтобы изменить характеристику фильтра, подберите номиналы резистора и конденсатора. Это можно сделать опытным путем, снимая АЧХ после каждой переделки, либо подставляя в формулу различные значения и вычисляя всякий раз результат. С увеличением сопротивления резистора начало характеристики опускается по вертикальной оси к началу координат, а с увеличением емкости конденсатора увеличивается угол между этой линией и осью абсцисс (если в графике последняя характеризует частоту).

Некоторые фильтры низких частот обладают изменяемой характеристикой. Примером такого прибора является регулятор тембра. Чтобы его собрать, включите в состав фильтра еще один резистор — переменный. Включите его между нижней по схеме обкладкой конденсатора и общим проводом.

Резисторы, применяемые в фильтрах низких частот, удобны в цепях обработки слабых сигналов. Если же фильтр расположен после усилителя мощности, их применение нежелательно, поскольку приводит к снижению коэффициента полезного действия. Если вы разрабатываете устройство для разделения спектра сигнала на полосы для подачи на несколько динамиков (кроссовер), применяйте во входящих в его состав фильтрах низких частот вместо резисторов дроссели. Конденсаторы при этом из таких фильтров можно исключить — они пригодятся в фильтрах высоких частот.

Совет полезен?

Распечатать

Как сделать фильтр низких частот

Похожие советы

www.kakprosto.ru

Пассивные фильтры нижних и верхних частот с макетированием — КиберПедия

Пассивные фильтры нижних и верхних частот с макетированием

В пакете Electronics Workbench

 

Санкт-Петербург

УДК________________________

 

Составители: проф. Сидорин Ю.С.

 

Рассмотрены пассивные фильтры охранных извещателей, принципы их работы, методы виртуального моделирования с применением программы Electronics Workbench.

Данная работа является уточненным и упрощенным вариантом лаб.11-1.Для более глубокого ознакомления с теоретической частью Вы можете использовать лабораторную работу № 11-1 и электронный вариант лекций [2].

Работа предназначена для студентов специальности 090104- «Комплексная защита объектов информатизации», а также для студентов других электрорадиотехнических специальностей.

Автор работы выражает благодарность инженеру Кожевниковой М.Н. за набор и коррекцию текста.

 

 

Цель работы

Изучение простейших пассивных ФНЧ и ФВЧ, применяемых в охранных извещателях. Научиться рассчитывать их характеристики и моделировать в пакете Electronics Workbench.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

1. Изучить принцип работы пассивных фильтров

1.1. Изучить принципы работы пассивного ФНЧ.

1.2. Изучить принципы работы пассивного ФВЧ.

1.3. Оценить достоинства и недостатки пассивных ФНЧ и ФВЧ.

2. Рассчитать основные параметры и элементы ФНЧ.

2.1. Рассчитать параметры схемы в частотной области (сигнал синусоидальный Um=1В):

а) рассчитать емкость конденсатора ФНЧ в случае отсутствия нагрузки при R1=100кОм, fср=1кГц (рис.20.1),

б) рассчитать емкость конденсатора ФНЧ при наличии нагрузки Rн=100кОм (рис.20.9).

Сделать вывод, как влияет нагрузка на выходной сигнал; вернуть схему в исходное состояние.

2.2. Провести анализ ФНЧ во временной области, определить постоянную времени фильтра.

2.3. Определить выходное напряжение фильтра (постоянное и переменное) при подаче входных сигналов прямоугольной формы

a) скважности входного сигнала равной 2 на частотах 0,1fср,fср,10fсри значением Ur+=1В,

б) при входном сигнале сложной формы на частоте fср(рис.20.10).

3. Определить основные параметры и элементы ФВЧ аналогично анализу ФНЧ.

4. Провести экспериментальный анализ ФНЧ в пакете Workbench:

4.1. Определить fср, Umвых, АЧХ и ФЧХ фильтра при подаче синусоидального сигнала.

4.2. Определить постоянную времени фильтра.

4.3. Определить выходное напряжение ФНЧ при подаче прямоугольных сигналов на частотах 0,1fср; fср; 10fср.

5. Провести аналогичный анализ ФВЧ в пакете Workbench.

6. Сравнить расчетные и экспериментальные данные.

 


 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

Принцип работы пассивных фильтров

 

Для анализа реакции RC-фильтра на входные сигналы различной формы можно использовать общую теорию RC цепей, но это сложно в получении конкретных результатов.

При наличии входных синусоидальных сигналов лучше использовать амплитудно-частотные характеристики сигнала АЧХ;

при наличии редких прямоугольных сигналов лучше использовать временные характеристики сигналов;

при наличии сигналов прямоугольной формы лучше использовать время импульсное представление сигналов.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) является схемой, которая без изменений передаёт сигналы нижних частот, а на высоких частотах обеспечивает затухание сигналов и запаздывание их по фазе относительно входных сигналов.

Фильтр верхних частот (ФВЧ) – это схема, которая передаёт без изменений сигналы высоких частот, а на низких частотах обеспечивает затухание сигналов и опережение их по фазе относительно входных сигналов.

 

Принцип работы пассивного ФНЧ

Принцип работы пассивного ФВЧ

Достоинства и недостатки пассивных ФНЧ и ФВЧ

 

Достоинства: простота и низкая стоимость.

Недостатки:

· Отсутствие усиления сигнала;

· Зависимость значения выходного сигнала от нагрузки;

· Зависимость частоты среза от нагрузки;

· Малая скорость изменения АЧХ.

 

Расчёт основных параметров и элементы ФНЧ

 

Расчет основных параметров в частотной области

 

Расчет схемы ФНЧ при подаче входных сигналов прямоугольной формы

 

Расчет основных параметров и элементов ФВЧ

 

Расчет параметров производится аналогично методическим указаниям п.2 с небольшими изменениями, вызванными особенностями рассматриваемого фильтра.

 

Экспериментальный анализ ФНЧ

Экспериментальный анализ ФВЧ

 

Экспериментальный анализ ФВЧ проводится студентами самостоятельно аналогично п.4.


 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство/Пер. с нем. М.: Мир, 1982.

2. Ю.С. Сидорин. Курс лекций: «Технические средства охраны». 2008.

3. В.И. Карлащук, Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. “Солон-Р”, М. 2000. Часть 1, Главы 1-4. Стр.7-100. Часть II. Глава 10.5 Фильтрующие элементы. Стр.281-283.

 

Пассивные фильтры нижних и верхних частот с макетированием

cyberpedia.su

1.2.2. Простейший пассивный rlc фильтр низких частот

На рис. 1.2 изображен
известный RLC
фильтр низких частот второго порядка.

Рис. 1.2. Пассивный
RLC

фильтр низких
частот

второго порядка.

Поскольку пассивный
RLC
фильтр имеет 2 узла (узел
ина рис. 1.2), то имеем 2 уравнения Кирхгофа:

(1.14а)

(1.14b)

Передаточная
функция:

(1.15)

При резонансе на
частоте
имеемравным,
откуда

(1.16а)

Одно из определений
добротности
использует соотношение,
из которого можно получить 3 выражения
для:

;;(1.16b)

С учетом (1.14а) и
(1.14b)
перепишем выражение (1.13) в каноническом
виде:

(1.17)

1.3. Примеры расчета передаточных функций простейших активных

линейных схем
аналоговой обработки сигналов

Операционный
усилитель (ОУ) является ядром схем,
выполняющих математические операции
с аналоговыми сигналами. Приведем
простые примеры использования ОУ в
функциональных блоках, производящих
математические операции с аналоговым
сигналом, с целью получения с помощью
уравнений Кирхгофа передаточных функций
этих блоков. Из анализа передаточных
функций будет с очевидностью ясна роль
величины дифференциального коэффициента
усиления ОУ.

В приведенных ниже
примерах ОУ рассматривается как линейная
субсистема со своей передаточной
функцией
.
Как будет показано в главеII,
модуль
передаточной функции, являющийся
коэффициентом усиления усилителя,
уменьшается при увеличении частоты
сигнала, однако в области частот, меньших
частоты первого полюса (низкочастотный
режим), модуль коэффициента усиления
можно считать постоянным и равным
максимальному значению,
а разность фаз между входным и выходным
сигналами можно считать равной нулю.
При этом условии передаточная функциявырождается в единственное действительное
число.

Итак, пусть
используемые в примерах входной (и,
соответственно, выходной) сигнал ОУ
имеют низкие частоты, а также постоянные
и конечные значения дифференциальных
коэффициентов усиления, равные
(так называемое «низкочастотное
приближение»).

1.3.1. Неинвертирующий усилитель

На рис. 1.3 изображена
функциональная схема неинвертирующего
усилителя. При конечном значении
низкочастотного коэффициента усиления
ОУ и любом напряжениина выходе ОУ разностью потенциалов
инвертирующего и неинвертирующего
входов, строго говоря, НЕЛЬЗЯ пренебрегать.

Рис. 1.3. Неинвертирующий

усилитель.

При этом условии
имеем следующие два (по количеству узлов
с изменяющимися и одновременно
неизвестными потенциалами) линейных
уравнений Кирхгофа для схемы на рис.
1.3 (потенциал неинвертирующего входа
принимается равным аналоговому нулю,
то есть половине напряжения питания):

(1.18а)

(1.18b)

Решая систему
линейных уравнений (1.16), получаем:

(1.19а)

Если
,
то

(1.19b)

Последнее выражение
является хорошо известным из большинства
учебников по аналоговой схемотехнике.

studfiles.net