Частотные электрические фильтры. (э.ф.)

Электрическим фильтром называются четырехполюсники, обычно составленные из катушек индуктивности и конденсаторов, которые пропускают к приемнику из всего спектра источника один или несколько заданных диапазонов частот.

Принцип работы электрофильтров основан на известных положениях: во-первых, что X_L прямо пропорционально, а Х_С – обратно пропорционально частоте и, во вторых, что в индуктивном сопротивлении I на p/2 отстает от U, а в емкостном опережает. Различные комбинации катушек индуктивности и конденсаторов дают фильтры различные по своему действию.

Назовем идеальными фильтры, состоящие из чисто реактивных элементов и будем рассматривать только симметричные фильтры.

Существуют фильтры следующих типов: низкочастотные, высокочастотные, полосные, многополосные и заграждающие. Фильтры обычно собираются из реактивных сопротивлений по симметричной Т или П – схеме.

Приведенная классификация фильтров – не единственная. Фильтры еще различаются на следующие типы: фильтры типа k (у которых произведение продольного сопротивления на поперечное некоторое постоянное число k), типа m (у них это произведение число переменное), мостовые фильтры; фильтры образованные индуктивно связанными цепями, кварцевые фильтры, RС фильтры, активные фильтры и т.д.

Низкочастотные фильтры пропускают токи с частотами от 0 до w₀, высокочастотные – токи с частотами от w₀ до ¥. Полосные фильтры пропускают токи, частоты которых лежат в пределах от w₁ до w₂, а многополосные – токи одновременно нескольких диапазонов частот от w₁ до w₂ от w₃ до w₄ и т.д.

Заграждающие фильтры пропускают токи с частотами от 0 до w₁ и от w₂ до ¥.

Поскольку фильтры - частный случай четырехполюсника, то его свойства определяются вторичными параметрами Z_С и постоянной передачи g=a+jb, где

а – коэффициент затухания;

b – коэффициент фазы.

Областью пропускания фильтра называют диапазон частот в котором а=0. Областью затухания фильтра называют диапазон частот, в котором а¹0.

В области пропускания I и U на выходе и входе фильтры д.б. одинаковыми по величине. Это было бы возможно, если бы фильтр был согласован с нагрузкой, т.е. Z_H=Z_C во всем диапазоне его пропускания, что однако принципиально не возможно.

При согласовании фильтра с нагрузкой токи и напряжения входа I₁;U₁; и выхода I₂;U₂ связаны соотношением:

.

Тогда при а=0, имеем

U₁=U₂; I₁=I₂.

Если же оба условия Z₂=Z_C и а=0 одновременно выполнимы не будут, то величины токов и напряжений на входе и выходе уже не будут одинаковы.

Таким образом, в области пропускания фильтра (а=0) равенство I и U на входе и выходе получается только для одной или нескольких частот. В области затухания даже для идеальных фильтров а¹¥. Для получения резкого увеличения «а» в области затухания пользуются многозвенными фильтрами, состоящими из нескольких включенных в каскад П – или Т – звеньев или фильтров с более сложными схемами ( например типа m).