- •17.2. Аппроксимация характеристик фильтров нижних частот
- •17.3. Реализация фильтров нижних частот
- •17.4. Переход от фильтров нижних частот к другим типам фильтров
- •17.5. Резонаторные фильтры
- •Цифровые фильтры
- •19.6. Дискретные фильтры и их синтез
- •19.3. Z-преобразование и его свойства
- •19.4. Дискретные цепи
- •19.5. Типовые звенья дискретных цепей
- •19.6. Дискретные фильтры и их синтез
- •19.7. Цифровые фильтры
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •Глава 18. Корректирующие цепи и их синтез
- •18.1. Принцип корректирования искажений
17.1. Классификация фильтров
.
|
17.2. Аппроксимация характеристик фильтров нижних частот
Функция фильтрации. В общем виде электрические фильтры описываются передаточной функцией вида: (17.1)
Квадрат амплитудно-частотной характеристики таких фильтров (17.2) и, следовательно, рабочее ослабление(17.3), где– нормирующая частота.
(17.4)(17.5)
Функция называется функцией фильтрации, а– коэффициентом неравномерности ослабления
удовлетворяющая условиям: –1 1 в полосе пропускания и>> 1 в полосе непропускания фильтра.
Фильтры Баттерворта. Если в выражениях, описывающих квадрат АЧХ фильтра (17.4) и его рабочее ослабление (17.5), в качестве функции фильтрации используются полиномы Баттерворта =Bm() =m
(= 1) выполнения равенстваАр()=1 = Арmax или |Hр(j)|=. Отсюда с учетом (17.5) или (17.4) имеем 1 +2 = и2 = – 1. Вычисленный таким способом коэффициент:(17.6) называетсякоэффициентом неравномерности ослабления в полосе пропускания фильтра.
В формуле (17.6) величина Арmax имеет размерность непер. Если воспользоваться значениями Арmax в децибелах, то (17.7)
(17.8)
Рабочее ослабление фильтра Баттерворта: (17.9)
| |
Рис. 17.4 |
|
з Ар(з) Арmin или |Hр (j)|. С учетом этого условия получим 1 +2>, откуда.
Величина Арmin входит в формулу в неперах. Если вычислять ее в децибелах, то: m (17.11)
(17.12) иk = 1, 2, ..., 2m.
Так как: , имеем:(17.13)
Для нечетных значений m:
Выражение (17.12) примет вид: .
, где H = 1/.
Пример. Найти выражения для частотной характеристики и передаточной функции фильтра нижних частот Баттерворта, удовлетворяющего следующим требованиям: Арmax = 3 дБ; Арmin = 12,2 дБ; fп = 159 кГц; fз = 318 кГц.
Определим нормированную частоту з = fз/fn = 2 и по формуле (17.7) коэффициент неравномерности ослабления 2 = 100,1×3 – 1 = 1. Порядок фильтра найдем согласно (17.11): .
Выберем m = 2. Тогда в соответствии с (17.8) и (17.9):
17.3. Реализация фильтров нижних частот
Лестничные полиномиальные LC-фильтры.
| |
Рис. 17.10 |
|
(17.25)
: (17.26)
(17.27)
Лестничные фильтры со всплесками ослабления.
| |
Рис. 17.13 |
|
Реализация лестничных фильтров по каталогам.
Таблица 17.1 Параметры элементов фильтров Золотарева четвертого порядка
s |
As, дБ |
С1 |
С2 |
L2 |
С3 |
L4 | |
при As = 0,028 дБ | |||||||
3,98 3,39 2,96 2,63 |
56 50 45 41 |
0,7020 0,6871 0,6697 0,6497 |
0,04232 0,05952 0,08025 0,1049 |
1,241 1,215 1,186 1,152 |
4,364244 3,718173 3,241901 2,876673 |
1,282 1,272 1,261 1,248 |
0,7429 0,7440 0,7451 0,7465 |
при As = 0,044 дБ | |||||||
3,76 3,23 2,84 2,45 |
56 50 45 40 |
0,7575 0,7422 0,7245 0,6968 |
0,044585 0,06339 0,08436 0,1183 |
1,282 1,256 1,226 1,287 |
4,124781 3,544141 3,109875 2,677264 |
1,326 1,316 1,305 1,287 |
0,8018 0,8027 0,8037 0,8052 |
при As = 0,099 дБ | |||||||
3,39 2,96 2,53 2,22 |
56 51 45 40 |
0,8775 0,8612 0,8357 0,8057 |
0,05363 0,07202 0,1017 0,1382 |
1,349 1,321 1,278 1,229 |
3,718173 3,241901 2,773213 2,427221 |
1,400 0,390 1,373 1,354 |
0,9292 0,9297 0,9304 0,9311 |
при As = 0,177 дБ | |||||||
3,09 2,73 2,37 2,09 |
55 50 45 40 |
0,9807 0,9630 0,9356 0,9040 |
0,063309 0,08273 0,1141 0,1522 |
1,382 1,353 1,308 1,257 |
3,386078 2,988543 2,588050 2,286311 |
1,443 1,432 1,414 1,394 |
1,041 1,041 1,041 1,041 |
s |
As, дБ |
L1 |
L2 |
С2 |
L3 |
С4 |
Активные RC-фильтры. (17.28)
| |
Рис. 17.14 |
|
(17.29)
(17.30)