9. Фильтры верхних частот

ФВЧ образуются из ФНЧ путём реактансного преобразования частоты вида =-₀/ . Исходный ФНЧ-прототип преобразуется в ФВЧ переводом индуктивности L₀ в ёмкость С₀, а ёмкости С₀ – в индуктивность L₀ (рис. 24, а). У ФВЧ, преобразованная характеристика затухания (рис. 24, б) будет иметь _в.з.1=₀/_в.з.1 .

10. Полосовой фильтр.

ПФ с симметричными характеристиками затухания образуется из ФНЧ-прототипа путём реактансного преобразования частоты

=(²-_-1₊₁)/[(₊₁-_-1)] .

При этом каждая индуктивность xL₀ ФНЧ- прототипа переводится в последовательный Lx- Cx-контур, а каждая ёмкость уС₀ - в параллельный Ly- Cy-контур, причём:

Lx=xL₀; Cx=l/(_-1₊₁xL₀); L₀=R₀/(_-1-₊₁);

Cy=yC₀; Ly=l/(_-1₊₁yC₀); C₀=1/[R₀(₊₁-_-1)].

П- или Т-звенья ПФ (рис. 25, а и б), полученные из П- или Т-звеньев ФНЧ- прототипа "m" типа (рис. 16, а и б), имеют (рис. 26, а и б), в полосе пропускания от _-1до ₊₁ вещественные характеристические сопротивления (пунктирная зависимость соответствует Т-звену, а сплошная – П-звену), а в полосе задерживания – чисто мнимые. Всплеск затухания ПФ имеет место на частотах _в.з.+=₊₁_в.з и _в.з.-=_-1/_в.з , где _в.з – нормированная частота всплеска затухания ФНЧ- прототипа.

При последовательном соединении П- и Т-звеньев ПФ, которые могут отличаться коэффициентом "m", они должны иметь одинаковые значения R₀ , _-1, ₊₁ . Для согласования сопротивлений между ними надо обязательно включать полузвено "к" типа.

11.Полосовой заграждающий фильтр

Реактансное преобразование частоты применяется также для перевода ФНЧ- прототипа в заграждающий (режекторный) фильтр. При этом каждая индуктивность xL₀ прототипа переводится в параллельный Lx- Cx-контур, а каждая ёмкость уС₀ – в последовательный Ly- Cy-контур. Схема ЗФ (рис. 27, а), полученная из ФНЧ-прототипа (рис. 18, а и б), имеет на частоте максимум затухания (рис. 27, б).

При включении рассмотренных ФВЧ, ПФ и ЗФ между источником сигнала, c внутренним сопротивлением Z_г=R₀ и нагрузкой с сопротивлением Z_н=R₀ , для лучшего согласования фильтра в полосе пропускания целесообразно в состав ФНЧ-прототипа вводить полузвенья "m" типа (см. рис. 22), и только после этого производить соответствующее реактансное преобразование.

Рассмотренные схемы позволяют построить сравнительно простые и, как правило, не оптимальные по своим показателям фильтры.

12. Параллельная работа lc-фильтров

Параллельная работа фильтров встречается при разделении сигналов на канальные, при построении двухполосных двухпроводных систем передачи и в ряде других случаев (рис. 28, а).

Параллельно включенные фильтры влияют на работу друг друга за счёт шунтирующего действия, зависящего от значений характеристического (входного или выходного) сопротивления j-го фильтра в полосе пропускания к-го фильтра, что приводит к искажениям частотных характеристик фильтров и к увеличению их рабочего затухания.

Шунтирование будет минимальным, если фильтры имеют Т-образное окончание. Однако если допустимая полоса расфильтровки невелика, то и при Т-образных окончаниях возникает заметное шунтирующее влияние одного фильтра на другой.

Д ля устранения этого влияния применяется так называемый метод х-окончаний, когда последовательно с последним элементом каждого фильтра вводят элементы L_х и С_х (рис. 29). Подбирая значения L_х и С_х , добиваются того, чтобы с использованием "внутренних" элементов параллельного фильтра, на выходе каждого фильтра оказалось бы включенным согласованное полузвено.П ри параллельной работе нескольких ПФ с Т-образным окончанием (рис. 30), реактивная составляющая, например, ПФ1 в полосе пропускания ПФ2 имеет большое значение и индуктивный характер. Реактивное сопротивление ПФЗ в полосе пропускания ПФ2 имеет большое значение и емкостной характер. Следовательно, в полосе пропускания ПФ2 сопротивления соседних фильтров имеют разные знаки и компенсируют друг друга. Наибольшее шунтирующее воздействие испытывают крайние по частоте фильтры.

С целью компенсации шунтирующих реактивностей включают параллельно фильтрам корректирующий контур (КК). Если фильтров три, то в качестве КК достаточно использовать одиночный параллельный контур, сопротивление которого в области f₁ – индуктивное, в области f₃ – емкостное, а резонанс – в области f₂ (см. рис. 30).В

Рис. 30

тех случаях, когда полосы пропускания соседних фильтров примыкают друг к другу, используют развязывающие дифсистемы (ДС) (рис. 31, а), которые могут выполняться по-разному. Напр. n-входовая ДС, выполненная на раздельных трансформаторах с коэффициентами трансформации 1:1 (рис. 31, б).

О дним из наиболее простых способов решения проблемы параллельного включения фильтров является использование резистивных развязывающих удлинителей (рис. 32). Подключение входов каждого из фильтров Ф_i (i=1,..., n) производится через цепочку R_i-R. Сопротивление R_i выбирают равным характеристическому сопротивлению фильтра, при этом R_iR. Использование резистивных удлинителей приводит к уменьшению уровня сигнала на выходе. Это идеальное решение, т.к. усилитель – однонаправленное устройство. Но более эффективным является использование одного операционного усилителя, охваченного параллельной ООС по напряжению (рис. 34). Сопротивления R₁,... R_n выбирают равными характеристическим сопротивлениям фильтров (обычно R₁=...=R_n=R₀). Влияние выходного сопротивления каждого фильтра в этом случае будет ослаблено через делитель образуемый R_n и Z_вх.ос , где Z_вх.ос очень малое входное сопротивление усилителя.