Резонансные кривые связанных контуров.

АЧХ связанных контуров может быть одногорбой или двугорбой. При очень слабой связи влиянием вторичного контура на первичный можно пренебречь и можно считать, что первичный контур ведёт ведет себя как одиночный последовательный контур. При этом ток вторичного контура не достигает значения максимум максиморум. При частном резонансе Kcв<Kopt, ток вторичного контура не достигает значения максимум-максиморум. Полоса пропускания 0,637 связных контуров увеличивается по сравнению с полосой пропускания одиночного контура. При дальнейшем увеличении Ксв достигается сложный резонанс при Ксв=2,41Ккр. При частных резонансах полоса пропускания до 1,41 связанных контуров равна полосе пропускания одиночного контура. При сложном резонансе, например, при Ксв=2,41Ккр. Ширина полосы пропускания увеличивается в 3 раза. Связанные контура обычно применяются в приёмниках в качестве фильтров сосредоточенной селекции. При полном резонансе они обеспечивают избирательность приёмника. Избирательные свойства контура определяются коэффициентом прямоугольности П=, который представляет собой отношение полосы пропускания на уровне 0,707 и полосы пропускания на уровне 0,1.

Фильтры.

Цепи, пропускающие сигналы определённой полосы частот, называемые полосой прозрачности и подавляющие сигналы в полосе частот, называется полосой непрозрачности.

Параметры:

1. Частота среза определяется как граница между полосами прозрачности и непрозрачности. Определяется по уровню 0,707 от максимального значения коэффициента передачи.

2. Коэффициент передачи определяется как отношение выходного сигнала к

входному.

3. Коэффициент затухания может быть выражен, или как натуральный
логарифм и измеряться в Неперах, или как десятичный логарифм.

В полосе прозрачности в идеальном случае коэффициент затухания равен

нулю.

4. Характеристическое сопротивление Zo.

Классификация фильтров.

1. По взаиморасположению полосы прозрачности и непрозрачности различаются фильтры НЧ, которые пропускают без искажения сигналы в полосе от нуля до подавляют сигналы в полосе частот от бесконечности. Фильтры ВЧ пропускают сигналы от до бесконечности и подавляют сигналы от нуля

до .

Полосовой фильтр пропускает сигналы в заданной полосе частот от до , и подавляет сигналы вне этой полосы.

Режекторный фильтр подавляет сигнал в заданной полосе частот от до и пропускает сигнал вне этой полосы.

2. По типу применяемых звеньев

Т и П образный звенья применяются чаще, т.к. они симметричны. Могут использоваться многозвенные фильтры, представляющие последовательное или параллельное соединение отдельных звеньев.

3. По виду применяемых элементов.

3.1.Фильтры L-C бывают типа "к" и "т".

3.2.Фильтры R-C применяются на частоте до 10 кГц

3.3.Пьезокерамические фильтры.

3.4.Магнитно-стрикционные.

3.5.Фильтры типа ПАВ на поверхностных акустических волнах.

3.6.Цифровые фильтры.

3.7.Активные фильтры.

Фильтры типа "к".

Характеризуются тем, что произведение сопротивление последовательных и параллельных ветвей постоянно и не зависит от частоты. Это условие выполняется в том случае если Z1 и Z2 носят разный характер. Если в последовательной ветви включить индуктивность, а в параллельной емкость, то получим фильтр нижних частот. При изменении частоты от 0 до сопротивление катушки мало, а сопротивление емкости велико, поэтому большая часть сигнала выделяется в нагрузку. С увеличением частоты больше индуктивное сопротивление увеличивается, следовательно, увеличивается падение напряжения на катушке индуктивности и уменьшается сигнал на выходе.

Чтобы фильтр передавал наибольшую мощность в нагрузку, он должен быть

согласован с нагрузкой. Rвх=Z0=Rh

Нагрузкой является сопротивление, условие согласования выполняется на

частоте =0. Расчет фильтра производится из условия согласования с

нагрузкой на частоте =0 и заданной частоты среза.

Фильтр высоких частот пропускает частоты от до бесконечности. С ростом частоты сопротивление параллельной ветви с которой снимается напряжение на нагрузку должно расти, а сопротивление последовательной ветви уменьшаться. Поэтому в последовательной ветви включаем С, а в параллельной L. Условие согласования выполняется на частоте равной бесконечности. Из условия согласования и заданной частоты среза определяются параметры фильтра.

Полосовой фильтр.

Должен выделять заданную полосу частот и подавлять все остальные частоты. Последовательная ветвь должна иметь малое сопротивление в заданной полосе частот, это должен быть последовательный колебательный контур. Параллельная ветвь должна иметь большое сопротивление в заданной полосе частот, т.е. параллельный колебательный контур.

Обе ветви настроены на частоту на частотах сопротивление последовательной ветви становится индуктивным, а параллельной- емкостным, т.е. полосовой фильтр становится ФНЧ с полосой пропускания . На частотах становится емкостным, а сопротивление - индуктивным, т.е. ПФ становится ФВЧ с полосой пропускания от до .

Режекторный фильтр.

Он пропускает все сигналы за исключением заданной полосы частот. В последовательной ветви включен параллельный колебательный контур настроенный на частоту . У идеального параллельного колебательного контура резонансное сопротивление равно бесконечности, т.е. цепь представляет собой разрыв и сигналы с такой частотой не проходят через фильтр. В параллельной ветви включён последовательный контур, при последовательный колебательный контур имеет индуктивное сопротивление, а параллельный контур имеет емкостное сопротивление, т.е. он эквивалентен фильтру ВЧ и подавляет все частоты от нуля до . При фильтр эквивалентен фильтру НЧ, т.к. последовательный контур имеет емкостное сопротивление, а параллельный - индуктивное.

Пьезоэлектрический фильтр.

Используется когда необходима высокая избирательность на ВЧ_: на которых связанные контура L - С ухудшают свою добротность. Принцип действия основан на пьезоэлектрическом эффекте. Пьезоэлектрический фильтр использует обратный пьезоэффект. Кварцевая пластина вырезанная особым образом и помещенная между металлическими обкладками, к которым приложено переменное напряжение, испытывает механическую деформацию. Собственная частота колебаний кварца высокостабильная. Характеристики кварцевого фильтра почти прямоугольной формы.

В соответствии с эквивалентной схемой кварца с кварцедержателем может наблюдаться последовательный или параллельный резонанс. На частоте последовательного резонанса, реактивное сопротивление равно нулю, а активное равно сопротивлению кварца. На частоте параллельного резонанса реактивное сопротивление равно нулю, а активное максимальное. Добротность кварцевого резонатора имеет - десятки и сотни тысяч.

Электромеханический фильтр.

Принцип действия ЭМФ основан на преобразовании электрических колебаний в катушке, намотанный на ферромагнитный стержень в механические перемещения этого стержня и обратном преобразовании механического перемещения фильтра в электрические колебания катушки. Электро­механические полосовые фильтры обладают высокой добротностью до 400000, высокой избирательностью, их характеристики имеют очень крутые скаты на частотах среза. Использование механических колебаний обеспечивает высокую добротность и позволяет использовать эти фильтры на высоких частотах.

Фильтры типа "m".

Достоинством фильтров типа "к" является простота конструкции. Недостаток: согласование с нагрузкой происходит только на частоте равной нулю, на всех остальных частотах они не согласовываются, следовательно в нагрузку не передается максимальная мощность, кроме того переход от полосы прозрачности к полосе непрозрачности является плавным.

Фильтры типа " m" получаются из фильтров типа "к" переносом части Z1 в параллельную ветвь, m характеризует ту часть Z1, которая остается в последовательной ветви. У фильтра типа m резонанс возникает на частотах в зависимости от значения т. Причина возникновения резонанса в том, что параллельная ветвь представляет собой последовательный колебательный контур, сопротивление которого при резонансе равно нулю и шунтирует выход фильтра: напряжение на выходе становится равным нулю. Чем меньше m, тем резонансная частота ближе к частоте среза и, следовательно, круче характеристика затухания.

Аналогично строится ФВЧ.

Фильтры "R-C".

На низких частотах, где размеры катушек очень велики применяют вместо индуктивности - резистор. На низких частотах размеры катушки велики, следовательно, добротность мала. Кроме того, в целях микроминиатюризации предпочтительнее использовать резисторы, вместо катушки индуктивности. Фильтры НЧ по своему назначению разделяются на ФНЧ, ФВЧ, ПФ, РФ.