3.Классификация фильтров.

Классификацию фильтров удобнее вести по двум признакам:

а) по виду их амплитудно-частотных характеристик (АЧХ);

б) по особенностям полиномов, входящих в передаточные функции.

Рассмотрим основные типы фильтров, классифицируемых по виду их амплитудно-частотных характеристик

3.1. Фильтры нижних частот (ФНЧ).

Фильтры нижних частот пропускают на выход схемы сигналы низких частот, а сигналы высоких частот задерживают.

Полоса пропускания ФНЧ лежит в пределах от нулевой частоты до частоты среза, за которой начинается диапазон высоких частот, и начинается спад АЧХ. На рис.12.2 показана характеристика идеального ФНЧ, а на рис.12.3 ─ реального. Частоту среза ω_с принято оценивать на уровне 0,707 от максимального значения А(ω), то есть на уровне меньшем максимального значения А(ω) на 3 дБ. Полоса задерживания начинается от частоты ω_з и продолжается до бесконечности. Частоту задерживания принято определять на уровне, на котором величина А(ω) меньше своего максимального значения на 40 дБ (или в 100 раз).

Рис.12.2

Рис.12.3.

Полоса, расположенная между ω_с и ω_з называется переходной полосой; у идеального ФНЧ эта полоса отсутствует.

3.2. Фильтры верхних частот (ФВЧ).

Фильтры верхних частот пропускаю на выход схемы сигналы верхних частот, и задерживает сигналы нижних частот. На рис.12.4 показана характеристика идеального ФВЧ, а на рис.12.5─ реального.

Рис.12.4.

Рис.12.5.

3.3. Полосовые фильтры (ПФ).

Полосовые фильтры пропускат сигналы одной полосы частот. Сигналы с частотами, расположенными вне этой полосы, ПФ не пропускает. На рис.12.6 показана характеристика идеального ПФ, а на рис.12.7 ─ реального ПФ.

Частота ω₀ ─ это средняя частота. Определить ω₀ можно из уравнения

Рис.12.6

Рис.12.7.

3.4. Режекторные фильтры (РЖФ).

Режекторные фильтры ─ это фильтры, которые задерживают сигналы, лежащие в некоторой полосе частот, и пропускаю сигналы с другими частотами. На рис.12.8 показана характеристика идеального ПФ, а на рис.12.9 ─ реального ПФ.

Рис.12.8

Рис..12.9.

Рассмотрим основные типы фильтров, классифицируемых по особенностям полиномов, входящих в передаточные функции.

Эту классификацию рассмотрим на примере фильтров нижних частот.

Как было отмечено во введении, при описании свойств фильтра обычно ориентируются на синусоидальные сигналы в установившемся режиме. Свойства фильтров сильно зависят от того, какими полиномами описываются их передаточные функции. На практике широко используется несколько разновидностей фильтров, которые отличаются друг от друга характерными особенностями полиномов передаточных функций. Это фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя (Томсона). Дадим краткую характеристику каждому. Сравнительную оценку фильтрам выполним по двум признакам ─ по виду АЧХ (рис.12.10) и по переходным характеристикам (то есть во временной области, рис.12.11).

Рис.12.10.

Рис.12.11.

Фильтры Баттерворта имеют наиболее плоскую АЧХ в полосе пропускания, но в переходной полосе наблюдается затяжной спад характеристики.

Фильтры Чебышева в полосе пропускания имеют «волнистую» вершину АЧХ, но у этих фильтров очень резкий спад характеристики.

Фильтры Бесселя имеют очень пологую АЧХ в переходной характеристике, а вот фазочастотные характеристики у таких фильтров близки к идеальным.

Типичные переходные характеристики перечисленных фильтров (временные диаграммы выходных напряжений при ступенчатом изменении входных напряжений показаны на рис.12.11). Их рисунка следует, что во временной области лучшими показателями обладает фильтр Бесселя. Наихудшие показатели у фильтра Чебышева. Фильтр Баттерворта занимает промежуточное положение между этими двумя.