H. Идеальные фильтры
Фильтры изменяют или удаляют нежелательные частоты. В зависимости от частотного диапазона, в котором они пропускают либо осклабляют, фильтры могут быть классифицированы на следующие типы:
• Низкочастотный фильтр (ФНЧ – фильтр нижних частот) (lowpass) пропускает низкие частоты и ослабляет высокие.
• Высокочастотный фильтр (ФВЧ – фильтр верхних частот) (highpass) пропускает высокие частоты и ослабляет низкие.
• Полосовой фильтр (ПФ) (bandpass) пропускает определенную полосу частот.
• Заграждающий фильтр (bandstop) ослабляет определенную полосу частот.
Следующий рисунок иллюстрирует идеальный частотный отклик этих фильтров.
ФНЧ пропускает все частоты ниже fc, ФВЧ пропускает все частоты выше fc. Полосовой фильтр пропускает все частоты в диапазоне между fc1 и fc2, а заграждающий фильтр ослабляет все частоты в диапазоне между fc1 и fc2. Частоты fc, fc1 и fc2 называются частотами среза фильтра. При создании фильтра вам необходимо задать эти частоты среза фильтра.
Частотный диапазон компонент, проходящих через фильтр, называют полосой пропускания фильтра (ПП). Идеальный фильтр имеет коэффициент усиления равный единице (0 дБ) в полосе пропускания, так что амплитуда сигнала не нарастает и не уменьшается. Полоса режекции (ПР) соответствует диапазону частот, которые вообще не проходят через фильтр и отсекаются (ослабляются). Следующий рисунок показывает полосу пропускания и режекции различных типов фильтров.
ФНЧ и ФВЧ имеют по одной полосе пропускания и ослабления, полосовой фильтр имеет одну полосу пропускания и две полосы режекции, а заграждающий фильтр имеет две полосы пропускания и одну режекции.
Влияние фильтров на частотное содержимое сигнала
Сигнал, содержащий частоты 10 Гц, 30 Гц и 50 Гц, пропускают через ФНЧ, ФВЧ, полосовой фильтр и заграждающий фильтр. ФВЧ и ФНЧ имеют частоты среза равными 20 Гц, а полосовой и заграждающий фильтры 20 и 40 Гц. Следующий рисунок иллюстрирует выходной сигнал каждого из фильтров.
I. Реальные (неидеальные) фильтры
В идеальном случае фильтр должен иметь единичный коэффициент усиления (0 дБ) в ПП и нулевой коэффициент усиления (- ∞ дБ) в ПР. Однако в реальных приложениях не все из этих критериев могут быть выполнены. На практике всегда существует конечная переходная область между ПП и ПР. В этой области коэффициент усиления (КУ) фильтра постепенно меняется от единицы (0 дБ) в ПП до нуля (- ∞ дБ) в ПР.
Переходная полоса фильтра
Фильтр должен иметь единичный КУ (0 дБ) в ПП и нулевой КУ (- ∞ дБ) в ПР. Однако в реальных приложениях не все из этих критериев могут быть выполнены. На практике всегда существует конечная переходная область между ПП и ПР. В этой области коэффициент усиления (КУ) фильтра постепенно меняется от единицы (0 дБ) в ПП до нуля (- ∞ дБ) в ПР. Следующая иллюстрация показывает ПП, ПР и переходную область (ПО) различных типов неидеальных фильтров. Полосой пропускания становится частотный диапазон, в котором КУ фильтра меняется от 0 дБ до -3 дБ. Хотя наиболее часто используется диапазон в -3 дБ, но в зависимости от приложения могут использоваться другие значения (–0.5 дБ, –1 дБ и так далее).
