Компоненты схем фильтров

Типы частотных характеристик фильтров

Фильтр Баттерворта

Частотная характеристика фильтра Баттерворта в пределах полосы пропускания весьма близка к равномерной, и ее называют максимально плоской.

Фильтр Баттерворта имеет нелинейную фазово-частотную характеристику; другими словами, время, которое требуется для прохождения сигнала через фильтр, зависит от частоты нелинейно. Поэтому ступенчатый сигнал или импульс, поданный на вход фильтра Баттерворта, называет выброс на его выходе. Используется фильтр Баттерворта в тех случаях, когда желательно иметь одинаковый коэффициент усиления для всех частот в полосе пропускания.

Фильтр Чебышева

Характеристика фильтра Чебышева имеет волнообразные зубцы в полосе пропускания и равномерна в полосе подавления; количество зубцов характеристики в полосе пропускания такого фильтра тем больше, чем выше его порядок. Амплитуда этих зубцов может быть задана при конструировании фильтра и обычно устанавливается на уровне 0,5, 1, 2 или 3 дБ, причем увеличение допустимой амплитуды зубцов позволяет получить более крутой наклон характеристики фильтра на переходном участке. На переходном участке наклон характеристики фильтра Чебышева может превышать 6 дБ/октава на один полюс. Фильтр Чебышева оказывается весьма полезным в тех случаях; когда желательно иметь на переходном участке очень высокую скорость изменения ослабления, т. е. очень крутой наклон характеристики; неравномерность характеристики фильтра в полосе пропускания — цена, которую приходится за это платить.

В случае фильтров Чебышева запаздывание по фазе еще более нелинейно, чем для фильтров Баттерворта. Чем выше порядок и чем больше неравномерность (в полосе пропускания) фильтра Чебышева, тем более нелинейна его фазово-частотная характеристика и тем большие выбросы мы получим, подавая на вход такого фильтра ступеньки и импульсы.

Фильтр Бесселя

О фильтрах Бесселя говорят, как о фильтрах с линейной фазой или с линейной задержкой. Это значит, что запаздывание по фазе сигнала на выходе фильтра относительно сигнала на его входе линейно возрастает с частотой. Поэтому фильтры Бесселя почти не дают выброса при подаче на их вход ступенчатых сигналов. Это свойство делает такие фильтры наиболее подходящими для фильтрации прямоугольных колебаний без изменения их формы.

Фильтр Бесселя имеет наклон характеристики на переходном участке менее 6дб/октава. Частота среза фильтра Бесселя определяется как частота, на которой запаздывание по фазе равно половине запаздывания, максимально возможного для данного фильтра:

рад,

где Θ - запаздывание по фазе, n - порядок фильтра.

При таком определении частота среза фильтра Бесселя не равна его частоте на уровне 3дб.

Компоненты схем фильтров

Для обеспечения высокого качества работы активных филь­тров в их схемах следует.использовать компоненты, параметры которых имеют малый разброс. Сопротивления и конденсаторы должны иметь малые температурные коэффициенты и малый временной дрейф параметров.

Для схем фильтров второго порядка можно рекомендовать конденсаторы с допуском ±5 % и сопротивления с допуском ±2 %. Для фильтров более высоких порядков лучше взять сопротивления с допуском ±1 % и конденсаторы с допуском ±2%. Однако использование компонентов даже с таким небольшим разбросом параметров не гарантирует от необходимости некоторой дополнительной подстройки, которая может понадобиться для получения желаемых величин коэффициента затухания и частоты активного фильтра.

В схемах активных фильтров лучше всего использовать металлопленочные сопротивления, так как они имеют низкий уровень собственных шумов, очень хорошую частотную характеристику и весьма низкие температурные коэффициенты сопротивления (ТКС).

В низкочастотных фильтрах очень хороши проволочные сопротивления, так как они имеют низкий уровень шумов, малый температурный дрейф ТКС, высокую точность и выпускаются в широком ассортименте номиналов.

Углеродистые тонкопленочные сопротивления также выпускаются в

широком ассортименте номиналов и обладают высокой точностью, очень низким уровнем шумов, хорошей частотной характеристикой и прекрасными температурными коэффициентами. Однако ввиду их высокого уровня шумов и плохой температурной стабильности углеродистые объемные сопротивления мало подходят для использования в схемах активных фильтров, поэтому следует избегать их применения иначе как в чисто экспериментальных целях.

Из конденсаторов в активных фильтрах лучше всего использовать полистироловые, высококачественные керамические и слюдяные. Все они при данной емкости относительно дороги и велики по габаритам, но зато обладают малыми тангенсами углов диэлектрических потерь и низкими температурными коэффициентами. Слюдяные конденсаторы существуют только до величин порядка 0,01 мкФ, а полистироловые — приблизительно до 10 мкФ. Использования в активных фильтрах небольших по размеру дисковых керамических конденсаторов следует избегать, так как в зависимости от напряжения, температуры, времени и частоты их емкость может меняться на величину до нескольких процентов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: