Электрические фильтры. Электрические фильтры

• Название: Электрические фильтры
• Дата: 28.06.2022
• Размер: 1.04 Mb.
• Имя файла: Электрические фильтры .pptx
• Тип: Документы; #618531

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Многопрофильный колледж

Магнитогорск, 2021

Определения

• Электрические фильтры - это устройства, предназначенные для пропускания электрических сигналов в заданном диапазоне частот.
• Диапазон частот, который пропускает фильтр, называется полосой пропускания
• Диапазон частот в котором сигнал задерживается, называется полосой задержки
• Граничная частота, разделяющая полосу пропускания и полосу задержки, называется частотой среза фильтра.

Классификация фильтров по частотным диапазонам

По частотным диапазонам:

• фильтры нижних частот (ФНЧ)
• фильтр высоких частот (ФВЧ)
• полосовой фильтр (ПФ)
• заграждающий фильтр (ЗФ)

На рисунках а) и б) изображена граничная частота fгр, которую считают границей полосы пропускания фильтра.

Кроме того , иногда вводятся дополнительные граничные частоты. Например, на рисунке а) изображена дополнительно частота fз, определяющая  границу полосы задерживания фильтра.

На рисунках в) и г), для ПФ и ЗФ, изображены центральные резонансные частоты fр полос пропускания и задержки соответственно, обозначенных в свою очередь символами П.

Классификация фильтров по структуре

По структуре :

т — образные (самые распространённые) – (в)

п — образные (г)

г — образные (а), (б)

многозвенные - более сложной структуры (д)

д)

Классификация фильтров по составу элементов

По составу элементов:

• реактивные LC фильтры самая распространённая группа
• пассивные RC фильтры
• активные фильтры содержащие активные элементы (транзисторы, операционные усилители и другие электронные компоненты);

Задание 1

Письменно ответьте на вопрос:

какие элементы содержит пассивный

Г-образный фильтр низких частот?

Нарисуйте его схему и амплитудно-частотную характеристику

Основные свойства фильтров

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания, равный отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра

kc = kпвх / kпвых

Для фильтров, схемы которых приведены на рисунках , коэффициенты сглаживания пульсаций находятся из выражений:

Задание 2

Определите коэффициент сглаживания LC-фильтра (схема в), если =50 Гц, R=30 Ом, С=200 мкФ, Rн=20 Ом, L= 20 мГн.

Емкостной фильтр представляет собой конденсатор большой емкости, который включается параллельно нагрузочному резистору Rн. Конденсатор обладает большим сопротивление постоянному току и малым сопротивлением переменному току. Индуктивность включается последовательно с Rн. Индуктивность обладает малым сопротивлением постоянному току и большим переменному. Сглаживание пульсаций основывается на явлении самоиндукции, которая изначально препятствует нарастанию тока, а затем поддерживает его при уменьшении

Многозвенные фильтры используют сглаживающие свойства и конденсаторов, и катушек индуктивности. 

Задание 3

Письменно ответьте на вопросы:

• На каком явлении основано применение катушек индуктивности в качестве фильтрующего элемента?
• Каким сопротивлением переменному току обладает конденсатор?

цифровые фильтры

Цифровой фильтр — в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определённых частот этого сигнала.

Цифровые фильтры применяются практически везде, где требуется обработка сигналов, в частности в спектральном анализе, обработке изображений, обработке видео, обработке речи и звука и многих других приложениях.

Преимуществами цифровых фильтров перед аналоговыми являются:

• Высокая точность (точность аналоговых фильтров ограничена допусками на элементы).
• Стабильность
• Компактность — аналоговый фильтр на очень низкую частоту (доли герца, например) потребовал бы чрезвычайно громоздких конденсаторов или индуктивностей

Недостатками цифровых фильтров по сравнению с аналоговыми являются:

• Трудность работы с высокочастотными сигналами.
• Для большой точности и высокой скорости обработки сигналов требуется не только мощный процессор, но и дополнительное, возможно дорогостоящее, аппаратное обеспечение в виде высокоточных и быстрых ЦАП и АЦП.

Способы реализации цифровых фильтров

Различают два вида реализации цифрового фильтра: аппаратный и программный.

Аппаратные цифровые фильтры реализуются на элементах интегральных схем.

программные реализуются с помощью программ, выполняемых процессором или микроконтроллером.

Преимуществом программных перед аппаратным является лёгкость воплощения, настройки и изменений, а также то, что в себестоимость такого фильтра входит только труд программиста.

Недостатки — низкая скорость, зависящая от быстродействия процессора, и сложность реализации цифровых фильтров высокого порядка.

Задание 4

Письменно ответьте на вопрос: какой вид цифровых фильтров реализуется на интегральных микросхемах?

Задание 5

Решение ситуационной задачи «Элементная база построения фильтров»

Выберите элементы (катушку индуктивности и конденсатор) для построения фильтра, представленного на схеме.

Зарисуйте схему и запишите маркировку выбранных элементов.

Домашнее задание

Просмотреть видеоролик «Электрические фильтры простыми словами» https://www.youtube.com/watch?v=pTfMoBV-5j4