3. Фильтр высоких частот на транзисторах

В электрических, радиотехнических и телемеханических установках часто решается задача: из совокупного сигнала, занимающего широкую полосу частот, выделить один или несколько составляющих сигналов с более узкой полосой. Сигналы заданной полосы выделяют при помощи частотных электрических фильтров.

К частотным электрическим фильтрам различной аппаратуры предъявляются разные, порой противоречивые требования. В одной области частот, которая называется полосой пропускания, сигналы не должны ослабляться, а в другой, называемой полосой задерживания, ослабление сигналов не должно быть меньше определенного значения. Фильтр считают идеальным, если в полосе пропускания отсутствует ослабление сигналов и фазо-частотная характеристика линейна (нет искажения формы сигналов), а вне полосы пропускания сигналы на выходе фильтра отсутствуют.

Фильтры - это схемы, которые пропускают некоторые частоты и подав­ляют остальные. В зависимости от диапазона частот, относящихся к полосе пропускания, различают низкочастотные, высокочастотные, полосовые, полосно-подавляющие, избирательные (селективные) и заграждающие (режекторные) фильтры. Свойства линейных фильтров могут быть описаны передаточной функцией, которая равна отношению изображений по Лапласу выходного и входного сигналов фильтра.

Кроме того в зависимости от элементов входящих в состав фильтров они бывают активные и пассивные.

Пассивные фильтры строятся на пассивных элементах: резисторах, конденсаторах и катушках индуктивности. В активных фильтрах используются транзисторы, усилители, часто ОУ, для улучшения их характеристик. Активные фильтры имеют следующие преимущества:

1. Обеспечивают высокое входное сопротивление, поэтому не ухудшают эксплуатационные данные схемы.

2. Улучшают развязку, поскольку перестраиваемые секции фильтра не связаны между собой.

3. Усиливают сигнал.

4. Катушки индуктивности в них могут быть заменены конденсаторами, особенно в схемах на ОУ. Конденсаторы обычно менее дороги и более доступны.

5. Низкочастотные фильтры можно построить на элементах малых но­миналов.

6. Легко настраиваются

Недостатки:

- нуждаются в источнике питания;

- рабочий диапазон частот максимальной рабочей частотой ОУ не превышает несколько МГц.

Фильтры характеризуются порядком или количеством полюсов. Каждый полюс дает ослабление ~ 6 дБ/окт или 20 дБ/дек (в зависимости от типа частотной характеристики фильтра может быть > или < 6 дБ/окт).

Ф ильтры низких частот (ФНЧ) пропускают на выход все частоты, начиная от нулевой (постоянный ток) и до некоторой заданной частоты среза , и ослабляют все частоты, превышающие . Диапазон частот от 0 до называется полосой пропускания, а диапазон частот, превышающих - полосой подавления. Частота среза – это та частота, при которой напряжение на выходе фильтра падает до уровня 0,707 от напряжения в полосе пропускания (т.е. падает на 3 дБ), - частота, при которой выходное напряжение на 3 дБ выше, чем выходное напряжение в полосе подавления - полосе между нижней частотой среза и верхней . Все частоты ниже и выше ослабляются. Диапазоны частот от до и от до являются переходными участками.

Фильтры высоких частот (ФВЧ) ослабляют все частоты, начиная от нулевой и до частоты , и пропускают все частоты, начиная от и до верхнего частотного предела схемы.

Режекторный полосовой фильтр (заграждения) ослабляет вес частоты между и и пропускает все остальные частоты.

Фильтр высоких частот на транзисторах

Активный ФВЧ(рис.3.1, а) ) имеет частоту среза 270 Гц. Вне полосы пропускания фильтра падение клоэффициента передачи составляет 15дБ/октава. Подавление сигналов с частотой ниже 50 Гц достигает 40дБ. Для R4=R5=5.6 кОм и R6 =120 Ом при неизменных емкостях конденсатора частота среза будет составлять 150 Гц. На рис.3.1,б) приведена АЧХ фильтра.

Рис.3.1

Задание к лабораторной работе:

Pис.3.3 ФВЧ на транзисторах

1. Изучить теоретическую часть лабораторной работы.

2. Собрать усилитель по схеме, изображенной на рисунке 3.3

Исходные данные: С4=0.1мкФ, С5=0.1 мкФ, С6=0.3 мкФ.

3. Подать на схему сигнал высокой частоты, потом низкой. Проследить за выходом схемы на осциллографе.

4. Определить полосу пропускания данного фильтра.

5. Изменить конденсаторы на С4=0.2 мкФ, С5=0.2 мкФ, С6=0.6 мкФ.

6. Определить изменения в полосе пропускания фильтра по сравнению с предыдущим опытом (см. пункт 1)

7. Объяснить результат сравнения.

Контрольные вопросы

1.Где используются фильтры?

2.Какие виды фильтров бывают?

3.Какие элементы используются в фильтрах?

4. Перечислите достоинства и недостатки активных фильтров.

5.При каких условиях фильтр считается идеальным?

6. Какой вид АЧХ имеют ФВЧ, ФНЧ и режекторные фильтры?

7.Как определить полосу пропускания фильтра?

8.Что такое добротность и как она определяется?

9.Какую АЧХ имеет исследуемый фильтр?