Что такое фильтр?

Иногда желательно иметь схемы, способные выборочно фильтровать одну частоту или диапазон частот из смеси различных частот в схеме. Схема, предназначенная для выполнения этого выбора частоты, называется схемой фильтра . или просто фильтр .

Общая потребность в схемах фильтров возникает в высокопроизводительных стереосистемах, где определенные диапазоны звуковых частот необходимо усиливать или подавлять для достижения наилучшего качества звука и энергоэффективности.

Возможно, вы знакомы с эквалайзерами , которые позволяют регулировать амплитуды нескольких частотных диапазонов в соответствии со вкусом слушателя и акустическими свойствами зоны прослушивания.

Вы также можете быть знакомы с кроссоверными сетями , которые блокируют доступ к динамикам определенных диапазонов частот.

Твитер (высокочастотный динамик) неэффективен при воспроизведении низкочастотных сигналов, таких как удары барабана, поэтому между высокочастотным динамиком и выходными клеммами стереосистемы подключена схема кроссовера, чтобы блокировать низкочастотные сигналы, передавая только высокочастотные сигналы на клеммы подключения динамика.

Это дает лучшую эффективность аудиосистемы и, следовательно, лучшую производительность. И эквалайзеры, и кроссоверы являются примерами фильтров, предназначенных для фильтрации определенных частот.

Еще одно практическое применение схем фильтров - это «кондиционирование» несинусоидальных форм напряжения в силовых цепях.

Некоторые электронные устройства чувствительны к наличию гармоник в напряжении источника питания, поэтому для правильной работы требуется согласование мощности.

Если искаженное синусоидальное напряжение ведет себя как последовательность гармонических сигналов, добавленных к основной частоте, тогда должна быть возможность построить схему фильтра, которая пропускает только основную частоту сигнала, блокируя все (более высокочастотные) гармоники.

В этом уроке мы изучим устройство нескольких схем элементарных фильтров. Чтобы уменьшить математическую нагрузку на читателя, я буду широко использовать SPICE в качестве инструмента анализа, отображая графики Боде (амплитуда в зависимости от частоты) для различных типов фильтров.

Однако имейте в виду, что эти схемы могут быть проанализированы по нескольким частотным точкам с помощью повторного последовательно-параллельного анализа, как и в предыдущем примере с двумя источниками (60 и 90 Гц), если студент готов потратить много времени. Расчеты рабочих и доработанных схем для каждой частоты.

ОБЗОР:

• фильтр представляет собой цепь переменного тока, которая отделяет одни частоты от других в сигналах со смешанной частотой.
• Аудио эквалайзеры и кроссоверные сети - два хорошо известных применения схем фильтров.
• График Боде представляет собой график, отображающий амплитуду или фазу сигнала по одной оси и частоту по другой.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист активных фильтров