Блог

На картинках ниже показаны два распространенных метода совместного использования C и R для достижения изменений в сигналах переменного тока. Эти комбинации CR используются для многих целей в самых разных схемах.

В этой статье описываются их эффекты при использовании в качестве фильтров с синусоидальными сигналами различной частоты, такими как простое управление тоном или басами/высокими частотами в аудиотеках. Подобные комбинации CR также используются для изменения формы несинусоидальных волн.

Такие волны, как прямоугольные волны, содержат много гармоник разных частот, и при уменьшении амплитуды некоторых из этих гармоник изменяется форма волны. Методы, используемые для этой цели, описаны далее в статях о дифференциаторах и интеграторах.

Высокочастотный CR-фильтр

Схема CR, показанная на картинке ниже, при использовании с синусоидальными сигналами называется фильтром высоких частот. Его цель — позволить высокочастотным синусоидальным волнам беспрепятственно проходить от входа к выходу, но уменьшать амплитуду (ослаблять) низкочастотных сигналов. Типичным применением этой схемы была бы коррекция частотной характеристики (коррекция тона) в аудиоусилителе.

Как описано в серии статей про реактивное сопротивление, сопротивление постоянно на любой частоте, но сопротивление протеканию тока, обеспечиваемое конденсатором (C), тем не менее, связано с емкостным сопротивлением X_C , которое больше на низких частотах, чем на высоких частотах.

Реактивное сопротивление конденсатора (Xc) и сопротивление резистора (R) на картинке выше действуют как делитель потенциала, расположенный поперек входа, при этом выходной сигнал берется из центра двух компонентов. На низких частотах, где Xc намного больше, чем R, доля напряжения сигнала на R будет меньше, чем на С, и поэтому выходной сигнал будет ослаблен. На более высоких частотах, путем подходящего выбора значений компонентов, сопротивление R будет намного больше, чем (теперь низкое) реактивное сопротивление X_C, таким образом, большая часть сигнала передается через R, и затухание будет незначительным или вообще не будет происходить.

Низкочастотный CR-фильтр

На картинке ниже положения резистора и конденсатора поменяны местами, так что на низких частотах высокое реактивное сопротивление, создаваемое конденсатором, позволяет весь или почти весь входной сигнал преобразовывать в выходное напряжение на XC. Однако на более высоких частотах Xc становится намного меньше, чем R, и небольшая часть входного сигнала теперь передается через Xc. Таким образом, схема ослабляет более высокие частоты, подаваемые на вход, и действует как фильтр низких частот.

Диапазон частот, ослабляемых фильтрами высоких и низких частот, зависит от значений компонентов. Частота, на которой начинается или заканчивается затухание, может быть выбрана с помощью подходящего выбора компонентов. В случаях коррекции звукового тона резистор можно сделать переменным, что позволяет изменять уровень низких или высоких частот. Это основа большинства недорогих регуляторов тембра.

Фильтры высоких и низких частот также могут быть сконструированы из L и R. В этом случае действие такое же, как и для схемы CR, за исключением того, что действие X_L является обратным по отношению к X_C . Поэтому в фильтрах LR положение компонентов меняется на противоположное.

Изменение фазы в фильтрах

Приведенное выше описание фильтров высоких и низких частот объясняет, как они работают с точки зрения сопротивления и реактивного сопротивления. Оно показывает, как усиление (Vout/Vin) отличается на высоких и низких частотах из-за относительных значений X_C и R. Однако это простое объяснение не принимает во внимание фазовые соотношения между конденсаторами или катушками индуктивности и резисторами.

Для точного расчета значений напряжения на компонентах фильтра необходимо учитывать фазовые углы, а также реактивное сопротивление. Это можно сделать с помощью векторных диаграмм для графического вычисления значений.

В следующей статье поговорим о графике Боде.

С Уважением, МониторБанк