Фильтры. Принцип действия

Фильтры ослабляют распространение помех вдоль проводя­щих линий. Их беспроблемное применение предполагает, что спектр частот полезного сигнала отдален от спектра частот поме­хи на половину ширины полосы пропускания или более. При подходящем выборе граничных частот и крутизны передаточной функции фильтра можно достигнуть селективного затухания по­мех без заметного ущерба для полезного сигнала.

Пассивные фильтрующие компоненты образуют совместно с полными сопротивлениями источников и приемников делитель напряжения, частотно-зависимый коэффициент деления которо­го, выражаемый как логарифм отношения входного и выходного сигнала, дает значение коэффициента затухания фильтра. Если малое внутреннее сопротивление источника помех на высоких частотах не позволяет получить заметного деления напряжения, то коэффициент деления можно увеличить путем последователь­ного включения катушек индуктивности. В соответствии с этим основными компонентами фильтров являются для рабочего тока последовательно включенные полные сопротивления, а для напряжений – параллельно соединенные с преобладанием реактив­ных составляющих.

Учитывая, что коэффициент затухания фильтра в полосе час­тот полезного сигнала пренебрежимо мал, получаем для случая на рис. 2 следующее выражения (с фильтром и без него):

Рисунок 2 – Эквивалент электрической цепи без фильтра и с фильтром.

Коэффициент затухания фильтра a _ф:

(1)

Коэффициент затухания фильтра a _ф зависит от частоты, по­этому его изображают часто графически как функцию a _ф = | g (f)|. В зависимости от значений полных сопротивлений источника и нагрузки, а также от полного сопротивления линии коэффициент затухания одного и того же фильтра может иметь различную зависимость от частоты. Так как изготовитель не мо­жет дать кривых затухания для любых комбинаций полных со­противлений на входе и выходе фильтра, то в каталогах чаще всего указывается коэффициент так называемого вносимого за­тухания, которое характеризуется часто встречающимися в согла­сованных системах стандартными значениями Z _ист и Z _пр, напри­мер 50 Ом.

Коэффициент вносимого затухания определяется как лога­рифм отношения напряжений помех на сопротивлении прием­ника при наличии фильтра и без него:

(2)

Коэффициент вносимого зату­хания является подходящим критерием для оценки действия фильтра в согласованных системах и позволяет сравнивать филь­тры одинаковой конструкции различных изготовителей, но пол­ностью непригоден в качестве критерия оценки действия фильт­ров в системах с любыми полными сопротивлениями передатчи­ков и приемников, например сетевых фильтров. В таком случае пользователь вынужден определить действительное реальное за­тухание фильтра в каждом отдельном случае для заданных Z _ист и Z _пр, аналогичных рис.2 и (1), либо более сложных уравнений четырехполюсников из теории фильтров с применением спра­вочных данных о полных сопротивлениях или же эксперимен­тально путем измерений.