Фильтр верхних частот на транзисторах

Лабораторная работа

Фильтр верхних частот на транзисторах

Цель работы: изучить фильтр высоких частот на транзисторах, принцип работы и применение. Изучить параметры. Изучить понятия фильтр высоких частот, фильтр низких частот, режекторный фильтр, селективный фильтр. Свойства линейных фильтров. Различие между пассивными и активными фильтрами. Их преимущества, недостатки и применение каждого из видов.

Теоретическая часть:

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).

Фильтры низких частот (ФНЧ) пропускают на выход все частоты, начиная от нулевой (постоянный ток) и до некоторой заданной частоты среза fср, и ослабляют все частоты, превышающие fср.  Диапазон частот от 0 до fср называется полосой пропускания, а диапазон частот, превышающих fb - 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), fb - частота, при которой выходное напряжение на 3 дБ выше, чем выходное напряжение в полосе подавления - полосе между нижней частотой среза f1 и верхней f2. Все частоты ниже f1 и f2 выше ослабляются. Диапазоны частот от f1' до f1 и от f2' до f2 являются переходными участками.