Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (5-е изд.,1998) (1151957), страница 76
Текст из файла (страница 76)
хО1я В них крОмь уьзуются голик: конденсаторы , ры так. 1о мы можем лсла1г безивфнльтрь: с Бдсальвмып; В151а , 'моХ,С-фильтра. 1аким образом ,':Ирайней ыерс Один Ву способ В 1 акупвных фплул ром енреобразьет полное сопротивлс „у протмвопо„озусхесуе (т.е. с обрат- Рис 54 Преобразавыель (комверуер! полного аура па. езьяо1 а саиротиалемия ным знаком), в то время как гиратор преобразует полное сопротивление в обратлоко (т.е.
емкость в индуктивность). Следуюшие упражнения помогуу ьяснизь, как это происходит. Упрв:киеиие 5.1. Покажисе..со язображеииая ма рис. 5 4 схема прел, ав |век сабаи комвертер пампа~ с* сопротивлеиия, в светлое~а чта Л„= -2 Подсказка валаам ва ахал какое-мибуль мапряжемме Г и вм ямолазе вкоаиои уск 1 Затем юзьмите ик спмошепмв жабы лапки 2 =- ПЛ Упражввиие 5.2. Покажи;е. ссо схема иа ри-. 5 5 ссп 1арыар, в частик ем чха Л., —. Л52 Подсказка зсу схему можао рассмазрмвао, кеь мааар ж ~вгслея яапряжеивя.
аачивая справа Таким образом, КОС преврашает конденсатор в хуобрагнузо» катушку инлук1БВБОсти: 11 е. в гсм смысле, чзо порожлаемый уок за1газлываеу Опюсигсльно приложенного напряженая. а ело полное сопротивление имеет неправильную часготную заввсилнмуть (при возрасз.анин час.уоты оно ве расгсу. а убьгВает1 1 иратор же ыап(усугмл Прсврмзуаеу Коадевсауор В зЛЕМЕН1 С БС. пшнсме' ннлуктивносгьнг ос = 1,,'еаС- уТ„= уыуСЯ : с инт:куивносгь которого Е=- СЯ' ~', ~руа:,1 ' 11СУЬ У-~ ис 55 оа Ве 30УУ Г,. (о»'.) йреис— :.„- Ов пол»см вп» »есвс»мм' 5.05. Типы фнльаров Существование гиратора делаем интуитивно ясным то~ факт, что можно достроить безывдуктивный фильтр, ими~яр)мз»- ший любой фильтр. использующий катушки индуктивности: просто заменить каждую катушку вгиратированнымв конденсатором.
Такое применение гираторов вполне корректно. и ранее упомянутый телефонный фильтр построен именно таким способом. Кроме того. простая вставка гирзгоров в свшествуюшие ЯБ С- схемы гозволяет создавать много иных структур фильтров. Проектирование активных безындуктивных фильтров. весьма активно развивающаяся область, и описания новых конструкций появляются в журналах каждый месяц Фильтры Саллена я Ки. На рис.
5.6 приведен пример простого филырз. построенного даже отчасти из интуитивных соображений. Он известен как фильтр Саллена и Ки, по имени его в»побретателей. Здесь в качестве усилителя с единичным козффициентом усиления можег н». пользоваться ОУ. включенный в режиме повторителя. либо просто змигсерный повторитель. Данный фильтр представляет собой д»»ух»»ошоснъ10» фильтр веркина частот. Следуег отметить. что .»то был бы просто двухкаскалиый ВС-фильтр, если бы первыи резистор не был специ~ выходом.
Легко показать, чго ве о -Ф'„ ИЕВ»,.'4 низких час1отах наклон характери такой же, как и у ЯС-фильтра, носк ско ";,; выходной сигнал практически равен иу °,",- Рост же выходного сигнала при увез иив его частоты приводит к уменьщ ". ше "' ослабления в результате действия следящей связи. и за счет зтого стащ, -'' ся более резким излом характерисгяг Конечно. такое объяснение нападки~ах.. может заменить полного расчета, к счастью, проделанного для огромв" числа хороших фильтров.
Мы верне" к схемам активных фильтров в разд 5»' 5 04 Критерии Режима работы фильтра Кн При анализе фильтров и при расчете параметров всегда используются неко" рые стандартные термины и имеет придерживаться их с самого начала.:".' Частотная область. Наиболее очев ' ной характеристикой фильтра явля "' зависимость его козффициента переда от частоты: типичный случай харак, ристика фильтра нижних частот. пока ',. ная на рис.
5 7 Здесь полоса пр»»»»у»к представляет собой область частот. кот" рые сравнительно мало ослабляюто';. филътром Чавде всего считается. что по~' лоса пропускання просгираегся до т»»чхЖ~~,. соответствующей значению зе»тЗханя~-:::„ — 3 дБ, но д ~я некоторых фия»пров»(ср~ е, » ~и них замечательны фи.ьтры с вравно-"; . великими пульсапиямим) граннда полосй» ' . дроп»скания может быть опрелелена ие":,; йчгначе Внутри же полосы про*"характеристика может быль ив' ой,-или пульеир1юи~еи, с опрс" .3иапазо»»»»м (полосой) т лмаций - ики, как это и показано на ''Рвпстота ереза3, определяет грз'ооы пропускания.
Далее характеьтра проходит через пеоекод' Оепь (известную также как меклонв ики фильтра) к полосе задер -"области значительны о ослабосу задерживания можно опре- 'через некоторое минималыюе за например 40 дБ '.с характеристикой козффициенчн в частотной области важен дараметр, а именно сдвиг (базь» " о»сигнала по отношению к вход- (змгнми словами. нас интересует ая частотная характеристика .. которая обычно обозначается ' где а =,ох в и Н.-комплексные » »Фазочастотная характеристика Ежкольку сигнал.
целиком распо- ' »по частоте в полосе пропуска- искажен. если время ззпаздыпрохождении через фильтр не оянным для различных частот во временной задержки (гшя от) соотве»ствует линейному ' шо фазового сдвига в зависимооты» позтоьб термин 9»ильтр "))»г):(базочагтот»»»»и характеристиеняезся к идем.»ьномо м з»том фильтр» На рис. 5 а показаны ' графики фазочастотной характе. ( Аквмммь»в фмльтрь» м»операторы лаз ристики и амплитудно-частотной характеристики фильтра нижних частот, который явно не является лииейно-фазовым фильтром. Графики фазочастотной характеристики лучше всего строить в линейном по частоте масштабе. Временная область.
Свойства фильтров. как и любых других схем переменного тока. могут быть описаны также их параметрами во временной области, а именно временем нарастания. выбросом, пульсациями и временем установления. Эти свойства важны. в частности, там. где должны использоваться ступенчатые или импульсные сигналы. На рис.
5.9 показана типичная переходная характеристика фильтра нижних частот. Здесь время нарастания представ чае о собой время, необходимое для достижения сигналом 90вб»» своего конечного значения, в то время как время гетановления.-зто время. необходимое для гого. чтобы сигнал попал в неко.юрую окрестность конечного значения и тмм остался Вь»бр»ее и колебания описывают неже» ательные свойства фильтра. смысл которых ясен из их названия. ол»ка». г»ам»»емм 90, »а:жо» чж л« :Ч»м» вав м амо»в, »в»»-вас»»ьав и Ге»-еу»:- Зулвса»» в»»»еоав»» неимосня» 2 лв ь":* Рмс 17 ч» '» ня»и с»сев»егм» мвм *„'млв»ро» в» 'фм»лев»»смлсвмв»о»араб.о»яесвмм нас»»с в» Предположим. гто требуется фильтр ииж. них частот с плоской характеристикой в полосе пропускания и резким переходом к гю:,юсс подавленна Окончательный же поклон хзракзерисгшси в полосе зздерживания все»лм будет бп дБ октава.
где и— число мпогпосовм. На кзясяьш полюс необхо зим один конденсатор»или кату1пка нндуктивности). позтому требования к окончательной скорости спада частотной 284 Глава $ 1,Б Рормироне1мвн чесмопв =- 1(~1 р (Я)")х"] "т и -рто характеристики фильтра, грубо говоря. опрелеляюс его сложность.
Теперь предположим, что вы решили использовать б-полюсный фильтр нижних частот. Вам гарантирован окончательный спад характеристики на высоких частотах 36 дБ,'октава. В свою очередь теперь можно оптимизировать схему фильтра в смысле обеспечения максимально плоской характеристики в полосе пропускания за счет уменьшения крутизны перехода от полосы пропускания к полосе залерживания. С другой стороны, допуская некоторую неравномерность характеристики в полосе пропускания,можно добиться более крутого перехода от полосы пропускания к полосе задерживания. Третий критерий, который может оказаться важным, описывает способность фильтра пропускать сигналы со спектром, лежашим в полосе пропускания, без искажений их формы, вызываемых фазовыми сдвигами.
Можно также интересоваться временем нарастания, выбросом и временем установления. Известны методы проектирования фильтров, пригодные для оптимизации любой из этих характеристик или их комбинаций. Действительно разумный выбор фильтра происходит не так, как описано выше: как правило.
сначала задаются требуемая равномерность характеристики в полосе пропускания и необходимое затухание на некоторой частоте вне полосы пропускания и друтие параметры. После этого выбирается наиболее подходяшая схема с количеством полюсов„достаточным лля того. чтобы удовзсе гворяинсь все :ти ребования В следуюпшх нескольких ра лс'лат: бу'ду'т рассмоз роны три наиоолес п. пу чярных типа фгшьтров, в именно фю~ьтр Багтерворта биакснмальнс и:юская характеристика в полосе пропуски. ния), фильтр Чебышева 1иаиболее крутой переход ог полосы пропускания к полосе подавлениях н фильтр Бесов;ш (максимально штоская характеристика времени сапаздывания).
Любой вз этих типов фильтров можно реализовать с помошью различных схем фильтров, веко-орые из вих мы обсудим позже Все онн равным образом годятся для построения фнльт- ров нижних и верхних частот и полос .ф фильтров. о:с ФильтРы Батте РвоРта и Чебьв Фильтр Ба -ерворта об ечивает щ~~-".,. лееплоскую характеристику в полосе пускания, что достигается ценой пл а ""ь сти хаРактеРисзики в пеРеходной обл т.е. между полосами пропускания н т держивання. Как будет показано у него также плохая фазочастотная ха х теристика.
Его амплитудно-частотнаяс" рактеристика задается следующей ф лой: где а определяет порядок фильтра 1 полюсов). Увеличение числа полюсов. " ет возможность сделать более пло участок характеристики в полосе про кания и увеличить крутизну спада от= лосы пропускания к полосе подвал как это показано на рис. 5.10. Выбирая фильтр Баттерворта. мы максимально плоской характеристикя" ступаемся всем остальным. Его хара " ристнка идет горизонтально.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
