Блог

Фильтры широко используются для придания схемам, таким как усилители, генераторы и схемы питания, требуемой частотной характеристики. Примеры таких фильтров будут приведены в данной статье ниже. Такие фильтры используют комбинации R, L и C.

Как описано в серии статей «Реактивное сопротивление», катушки индуктивности и конденсаторы реагируют на изменения частоты противоположным образом. Рассматривая схемы для фильтров низних частот, обе показанные комбинации LR и CR имеют аналогичный эффект, но обратите внимание, как позиции L и C меняются местами по сравнению с R для достижения того же результата. Причины этого и то, как работают эти схемы, будут объяснены в следующей статье.

Фильтры низких частот

Фильтры низких частот используются для удаления или ослабления высоких частот в схемах, таких как аудиоусилители; они дают необходимую частотную характеристику схеме усилителя. Частоту, на которой фильтр низких частот начинает уменьшать амплитуду сигнала, можно сделать регулируемой. Этот метод может быть использован в аудиоусилителе в качестве регулятора «Тембр» или «Высокие частоты». Фильтры низких частот LR и фильтры верхних частот CR также используются в акустических системах для маршрутизации соответствующих полос частот к различным конструкциям динамиков (т.е. низкочастотные динамики для низких частот и высокочастотные динамики для воспроизведения высоких частот). В этом исполнении комбинация фильтров высоких и низких частот называется «перекрестным фильтром».

Как CR, так и LC фильтры низких частот, которые удаляют практически все частоты выше нескольких Гц, используются в цепях питания, где на выходе требуется только постоянный ток (ноль Гц).

Фильтры высоких частот

Фильтры высоких частот используются для удаления или ослабления низких частот в усилителях, особенно в аудиоусилителях, где это можно назвать схемой «отключения низких частот». В некоторых случаях это также можно сделать регулировкой.

Полосовые фильтры

Полосовые фильтры пропускают только требуемую полосу частот, отклоняя сигналы на всех частотах выше и ниже этой полосы. Эта конкретная конструкция называется Т-образным фильтром из-за способа отображения компонентов на принципиальной схеме. Т−фильтр состоит из трех элементов, двух последовательно соединенных LC-цепей между входом и выходом, которые формируют низкоомный тракт для сигналов требуемой частоты, но имеют высокий импеданс для всех других частот.

Кроме того, параллельная LC-цепь подключена между сигнальным трактом (на стыке двух последовательных цепей) и землей для формирования высокого импеданса на требуемой частоте и низкого импеданса на всех остальных. Поскольку эта базовая конструкция образует только одну ступень фильтрации, ее также называют фильтром первого порядка. Хотя он может иметь достаточно узкую полосу пропускания, если требуется более четкое срезание, на выходе первого фильтра может быть добавлен второй фильтр для формирования фильтра второго порядка.

Полосно-заграждающий фильтр

Эти фильтры имеют эффект, противоположный полосовым фильтрам, в сигнальном тракте есть две параллельные LC-цепи для формирования высокого импеданса на нежелательной частоте сигнала, и последовательная цепь, формирующая путь с низким импедансом на землю на той же частоте, для усиления подавления.

Полосовые фильтры можно найти (часто в сочетании с полосовыми фильтрами) в усилителях промежуточной частоты (ПЧ) старых радио- и телевизионных приемников, где они помогают создавать кривые частотной характеристики довольно сложной формы, необходимые для правильного приема сигналов звука и изображения. Комбинации полосовых и полосно-заграждающих фильтров, а также настроенных трансформаторов в этих схемах требуют тщательной настройки частоты.

IF трансформаторы

Это небольшие трансформаторы, которые используются в радио- и телевизионном оборудовании для передачи полосы радиочастот от одного каскада усилителей промежуточной частоты (ПЧ) к следующему. Они имеют регулируемый сердечник из феррита. Сердечник ввинчивается в обмотки или выходит из них, образуя переменный индуктор.

Этот переменный индуктор вместе с фиксированным конденсатором настраивает трансформатор на нужную частоту. В старых телевизионных приемниках для получения полосы пропускания особой формы для пропускания как звуковых, так и визуальных сигналов использовался ряд индивидуально настроенных ПЧ-трансформаторов и регулируемых схем фильтров. Эта практика в значительной степени была заменена в современных приемниках фильтрами на ПАВ (SAW).

ПАВ фильтры

На фото ниже показан фильтр IF (промежуточной частоты) поверхностных акустических волн (SAW) на печатной плате от телевизора. Фильтры ПАВ (SAW) могут быть изготовлены либо с очень узкой полосой пропускания, либо с очень широкой полосой пропускания со сложной (пропускание и остановка) характеристикой на несколько различных частот. Они могут выдавать на выходе несколько различных сигналов определенной амплитуды.

Специальные типы телевизоров заменяют несколько фильтров с LC-настройкой как в аналоговых, так и в цифровых телевизорах одним фильтром. Они работают, создавая акустические волны на поверхности кристаллической или танталовой подложки, создаваемые рисунком электродов, расположенных в виде параллельных линий на поверхности чипа. Волны, создаваемые одним набором преобразователей, воспринимаются другим набором преобразователей, предназначенных для приема определенных длин волн и отклонения других.

ПАВ фильтры можно найти во многих типах электронного оборудования и имеют кривые отклика, адаптированные к требованиям конкретных типов продуктов, включая устройства связи, автомобильные и промышленные устройства, где они используются для выбора или отклонения определенных полос частот.

Керамические фильтры

Керамические фильтры доступны на нескольких определенных частотах и используют крошечный блок пьезоэлектрического керамического материала, который будет механически вибрировать, когда сигнал переменного тока правильной частоты подается на входной преобразователь, подключенный к блоку. Эта вибрация преобразуется обратно в электрический сигнал выходным преобразователем, поэтому через фильтр будут проходить только сигналы ограниченного диапазона вокруг собственной резонансной частоты пьезоэлектрического блока.

Керамические фильтры, как правило, дешевле, надежнее и точнее традиционных ЖК-фильтров для применения на радиочастотах. Они поставляются в различных формах, в том числе для поверхностного монтажа, а также в герметичном трехконтактном корпусе.

В следующей статье поговорим о работе фильтров.

С Уважением, МониторБанк