Конструкция режекторного фильтра:узкополосный фильтр для подавления специфического шума

Шум и помехи являются обычным явлением при работе с электрическими устройствами, потому что разные цепи производят сигналы с разными частотами, которые конфликтуют. Такие проблемы распространены в устройствах связи, на которые легко воздействуют линии электропередач. Если у вас возникли такие проблемы, есть способ отфильтровать нежелательные частоты с помощью режекторного фильтра. Существуют различные типы режекторных фильтров, и каждый из них имеет уникальную схему, для сборки которой требуются определенные компоненты.

В этой статье мы подробно рассмотрим их, чтобы вы могли построить правильную схему.

Что такое режекторный фильтр?

Режекторный фильтр, также известный как режекторный или режекторный фильтр, представляет собой устройство, создающее высокий уровень затухания на узком режекторном фильтре. Он отклоняет этот диапазон частот, но позволяет передавать все остальные частоты ниже или выше заблокированного диапазона.

График, показывающий частотную характеристику аудиофильтра с частотой 50 Гц. Обратите внимание на узкую V-образную форму заблокированных частот.

Источник:Викисклад.

Это устройство удобно для фильтрации определенных шумов, таких как гул частотой 60 Гц, исходящий от источника переменного тока.

Характеристики режекторного фильтра

Режекторные фильтры имеют три атрибута:

• Узкая полоса пропускания (полоса задерживания)
• Большая глубина затухания
• Высокое качество

Чтобы достичь высокой добротности, вам нужна почти бесконечная глубина затухания и операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления в схеме.

Типы режекторных фильтров

Режекторные фильтры состоят из трех компонентов. Фильтр нижних частот ослабляет высокие частоты, фильтр высоких частот блокирует низкие частоты, а суммирующий усилитель объединяет результаты.

Однако существуют различные типы режекторных фильтров, и каждый из них имеет уникальную схему. К ним относятся:

Активный режекторный фильтр

Схема активного режекторного фильтра

Зеленая часть формирует фильтр нижних частот в этом активном фильтре, а синяя часть формирует фильтр верхних частот. Они суммируются операционным усилителем (оранжевые компоненты).

Пассивный режекторный фильтр

В отличие от активного режекторного фильтра, этот тип имеет только пассивные компоненты. В нем отсутствуют усилители, которые составляют активную часть схемы.

Схема пассивного режекторного фильтра, показывающая фильтры нижних и верхних частот в T-конфигурациях

Оранжевые части образуют секцию фильтра нижних частот на диаграмме, а синие компоненты образуют фильтр высоких частот.

Режекторный фильтр RLC

Как следует из названия, режекторный фильтр RLC относится к пассивному типу, поскольку в схеме есть только резистор (R), катушка индуктивности (L) и конденсатор (C).

Режекторный фильтр RLC

Режекторный фильтр Баттерворта

Режекторный фильтр Баттерворта дает максимально плоскую характеристику, что делает его надежным и высокоточным. У большинства медицинского оборудования, такого как ЭКГ, есть это устройство.

Фильтр нижних частот Баттерворта 4-го порядка

Режекторный фильтр FM

Режекторные FM-фильтры помогают подавлять сильные FM-сигналы, вызывающие насыщение приемника. Частотная модуляция в том же диапазоне увеличилась, в основном из-за локализованных аудиотрансляций, поэтому это устройство имеет решающее значение для снижения шума.

Режекторный фильтр VHF FM

Другие типы включают оптические, радиочастотные и обратные режекторные фильтры. Их может быть больше, но все они имеют активный или пассивный режекторный фильтр в качестве базовой схемы. Единственный способ различить их — есть ли в схеме активный компонент (схема усилителя) или нет.

Пример проектирования режекторного фильтра

Основная конструкция режекторного фильтра

Как указывалось ранее, режекторный фильтр состоит из трех основных компонентов:фильтра нижних частот, фильтра верхних частот и усилителя. В совокупности эти три фактора ослабляют узкий и специфический частотный диапазон.

Графический ответ, показывающий узкую полосу задерживания V режекторного фильтра

Источник:Викисклад.

Наиболее распространенной топологией режекторного фильтра является базовая конструкция узкополосного режекторного фильтра с двумя Т-образными углами. Это комбинация двух ветвей RC.

Базовая схема узкополосного узкополосного фильтра

Верхняя Т-образная конфигурация (красная) — это фильтр нижних частот, а нижняя Т (зеленая) — фильтр высоких частот.

Однако, если вы хотите получить более узкий уровень подавления с высоким уровнем затухания, вам необходимо использовать операционный усилитель.

Режекторный фильтр Twin-T с операционным усилителем. Два резистора оранжевого цвета образуют делитель напряжения

У схемы все еще есть одна серьезная проблема. Это увеличивает усиление после затухания V на кривой отклика. Следовательно, вам нужно ввести еще один операционный усилитель, чтобы схема не изменяла полосу пропускания.

Режекторный фильтр с двумя операционными усилителями

Пример дизайна

Допустим, мы хотим разработать два операционных усилителя с частотой режекции 1 кГц и полосой пропускания 3 дБ при 100 Гц. Считайте, что номинал конденсаторов фильтра верхних частот равен 0,1 мкФ.

Мы можем использовать формулу для получения частоты режекторного фильтра:

Таким образом, мы можем спроектировать активный режекторный фильтр для глубины режекции 20 дБ следующим образом:

Режекторный фильтр с двумя операционными усилителями для глубины режекции 20 дБ

Разработка режекторного фильтра типа RLC

Еще один пример, на который стоит обратить внимание, — режекторный фильтр RLC. Вместо двойной Т-образной конструкции с шестью компонентами здесь всего три:резистор, катушка индуктивности и конденсатор.

Если задача состоит в том, чтобы спроектировать схему с частотами среза 23 кГц и 25 кГц, вот как это сделать.

Режекторный фильтр RLC для частот среза 23 кГц и 25 кГц

Функция передачи режекторного фильтра

BW — пропускная способность.

В_Я — нулевая круговая частота (частота среза), а W_P – круговая частота полюса. В_П определяет тип/характеристики фильтра, и есть три возможности.

• Если круговая частота полюса выше нулевой круговой частоты (W_P>W_Я ), то это режекторный фильтр высоких частот
• Если круговая частота полюса ниже нулевой круговой частоты (W_P Я ), то это режекторный фильтр нижних частот
• Однако, если они равны, у вас стандартный режекторный фильтр.

Следовательно, вы можете переписать формулу стандартного режекторного фильтра следующим образом:

В_С — ширина отклоненной полосы, а W₀ - отклоненная частота (центральная).

Приложения режекторного фильтра

• Системы связи. Существует высокая вероятность помех сигнала сообщения гармоническими шумами (особенно линиями электропередач), и режекторные фильтры помогают удалить этот диапазон частот.
• Аудиоприложения (акустические приложения). Гудящие шумы могут искажать или создавать резкие пики в аудиотехнических устройствах, таких как усилители и акустические системы, но режекторные фильтры могут устранить эти частоты.
• Медицинская техника:помехи от линий электропередач могут исказить показания ЭЭГ и ЭКГ. Режекторные фильтры помогают устранить этот шум линии электропередач из биомедицинских сигналов.
• Интернет-услуги. Интернет-передача по телефонным линиям, таким как DSL, чувствительна к нежелательным помехам, и единственный способ справиться с ними – использовать режекторный фильтр в качестве подавителя линейного шума.
• Цифровая обработка сигналов и изображений
• Оптические приложения

Обзор

Режекторные фильтры — это удобные устройства в нескольких приложениях, прежде всего потому, что они могут блокировать помехи, вызванные источниками питания переменного тока.

Если вы хотите собрать это устройство, приведенной выше информации и принципиальных схем достаточно, чтобы помочь вам в этом процессе.

Однако сначала вам нужно купить необходимые дискретные компоненты для этого проекта, и у нас есть все, что вам нужно. Свяжитесь с нами, чтобы получить доступные предложения на оригинальные печатные платы, резисторы, конденсаторы и все детали, необходимые для настройки фильтра.