Электрические фильтры

    Дисциплина: Технические
    Тип работы: Реферат
    Тема: Электрические фильтры

    Электрические фильтры.

    Электрическими частотными фильтрами называются четырехполюсники, ослабление которых в некоторой полосе частот мало, а в другой полосе частот -- велико.

    Диапазон частот, в котором ослабление мало, называется полосой пропускания, а диапазон частот, в котором ослабление велико -- полосой задерживания. Между этими полосами часто вводят

    полосу перехода.

    Фильтры могут быть пассивными, состоящими из индуктивностей и емкостей (пассивные

    -фильтры), пассивными, состоящими из сопротивлений и емкостей (пассивные

    -фильтры), активными (

    -фильтры), кварцевыми, магнитстрикционными, с переключающими конденсаторами, цифровыми (с использованием ЭВМ) и некоторыми другими. Фильтры

    имеют широкое распространение, но в настоящее время интенсивно вытесняются

    -фильтрами. Чрезвычайно перспективными являются фильтры с переключающими конденсаторами (

    -фильтры). Кварцевые фильтры обеспецивают очень большие добротности (до десятков тысяч) на высоких частотах, а магнитострикционные--на низких.

    Фильтры с характеристиками Баттерворта, Чебышева, Золотарева.

    При синтезировании фильтров широкое распространение получили фильтры с характеристиками, названными именами крупных ученых, чьи труды использовались при

    разработке данных фильтров -- Баттерворта, Чебышева, Золотарева (С.Баттерворт -- инженер-электрик, исследовавший фильтры в 30-х годах прошлого (ХХ) века, П. Л. Чебышев (1821-1894) и

    Е. И. Золотарев (1847-1878) -- крупные математики, академики Петербургской академии наук).

    Фильтрами с характеристиками Баттерворта называют фильтры, у которых в ФНЧ при нулевой частоте ослабление = 0, в полосе пропускания оно монотонно

    увеличивается, на граничной частоте достигает 3 дБ, а затем в полосе задержки постепенно возрастает. Чем больше звеньев имеет фильтр, т. е. чем выше его порядок, тем круче идет

    характеристика в полосе задержки и тем меньше ослабление в полосе пропускания. При этом следует иметь в виду, что элементы фильтра считают чисто реактивными. При наличии потерь

    характеристики искажаются

    и отличаются от рассматриваемых.

    Фильтрами Чебышева называют фильтры, у которых характеристика ослабления в полосе пропускания имеет колебательный характер с амплитудой, не превышающей 3 дБ,

    а в полосе задерживания -- монотонно возрастающей, с крутизной, большей, чем у фильтра Баттерворта такого же порядка. Чем больше амплитуда ослабления в полосе пропускания, тем круче

    идет характеристика в полосе задерживания

    и наоборот, чем меньше амплитуда колебания в полосе пропускания, тем меньше крутизна характеристики в полосе задерживания.

    Характеристика фильтра Золотарева имеет в полосе пропускания колебательный характер, а в полосе задерживания -- немонотонный, с характерными

    всплесками.

    Кварцевые фильтры.

    В реальных условиях добротности катушек составляют десятки, иногда сотни, но для получения требуемых харктеристик в ряде случаев

    необходимы добротности значительно большие, прежде всего в полосовых фильтрах с узкой полосой пропускания. Для таких целей используют кварцевые фильтры.

    Кварцевые фильтры работают по следующему принципу

    в пластинке, вырезанной из природного материала -- кварца, обнаруживаются прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты, состоящие в том, что при сжатии и растяжении пластинки, на

    одной ее поверхности появляется положительный заряд, а на другой -- отрицательный. Если же покрыть две грани пластинки металлом и приложить к ним переменое напряжение, то пластинка

    станет сжиматься и растягиваться, т. е. получаются механические колебания. Это называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Как всякая колебательная система, кварцевая пластинка

    имеет собственную частоту колебаний, которая зависит от её геометрических размеров. Собственная частота кварцевой пластинки при толщине 1 мм составляет единицы мегагерц.

    Магнитострикционные фильтры.

    Колебательные системы могут быть как электрическими, так и механическими. Например, камертон, натянутая струна и тому подобные устройства являются типично

    колебательными системами. По принципу успользования колебательных свойств подобных деталей разработаны и используются в технике связи электромеханические фильтры, добротности которых

    весьма высокие -- порядка единиц тысяч. Принцип действия этих фильтров состоит в следующем. Оказалось, что некоторые материалы, например никель, феррит и другие, обладают свойствами

    изменять свою длинну при изменении магнитного поля, в котором они находятся. Подобный эффект называют магнитострикционным. Он используется в электромеханических магнитострикционных

    фильтрах, состоящих из жестко закреплённого никелевого или ферритового стержня длинной в несколько сантиметров. На стержне находится катушка с индуктивностью порядка десятка

    микрогенри и постоянный магнит. При протекании по катушке переменного тока магнитное поле изменяется, что приводит к изменению длинны стержней и их резонансным частотам.

    Подобные фильтры называют также магнитострикционными резонаторами. В таких фильтрах

    W2/W3

    = 1,01 -- 1,10, что соответствует добротностям 2000...4000 и во много раз превышает добротности, которые можно получить в

    -фильтрах.

    Линии задержки.

    В любой цепи, содержащей накопители энергии, максимальные значения мгновенных выходных напряжений сдвинуты по времени относительно аналогчных максимальных

    входных напряжений. Например в нижеприведенной схеме выходное напряжение отстает по фазе от входного, из-за чего между этими напряжениями образуется сдвиг во времени. Такое время

    задержки называют групповым.

    Следует отметить, что с повышением частоты время задержки сокращается т. к. ёмкость является частотозависимым элементом.

    Активные фильтры.

    Фильтры класса

    называются активными. На практике наибольшее распространение получили фильтры, у которых в качестве активных элементов используются операционные усилители.

    Цепи с переключающими конденсаторами.

    Современная микроэлектроника позволяет изготавливать на одном кристалле и за один технологический цикл электронные устройства, содержащие большое число

    элементов -- резисторов, конденсаторов, транзисторов, ОУ и т. д.. Однако объем, занимаемый резистором, значительно (иногда до 100 раз) превышает объем, занимаемый конденсатором,

    причем с увеличением сопротивления резистора увеличиваются его размеры. Таким образом оказалась чрезвычайно перспективной идея -- заменить резисторы некоторой, пусть даже

    многоэлементной схемой, но не содержащей резистивных элементов.

    Такая замена весьма существенна также и потому, что уменьшение числа резисторов снижает потребляемую мощность и выделение тепла в микросхеме.

    Рассмотрим такую замену на схемах 1 и 2.

    Пусть имеется схема 1, если

    U1 U2

    , то по цепи потечет ток от точки а к точке в. Заменим теперь схему 1 схемой 2. переключатель К в некоторый момент переведём из положения 2 в положение 1. Поскольку напряжение на

    конденсаторе отлично от напряжения

    , конденсатор станет заряжаться

    и в ветви первого источника потечет ток, также, как он протекал в схеме 1. После переключения ключа в положение 2, ...

    Забрать файл

    Похожие материалы:


ПИШЕМ УНИКАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Заказывайте напрямую у исполнителя!


© 2006-2016 Все права защищены