Электрическим фильтром называют четырехполюсник, через, который электрические колебания одних частот проходят с малым затуханием, а других частот — с большим затуханием. Диапазон частот, в пределах которого затухание не превышает некоторой
установленной величины, называют полосой пропускания, а диапазон частот, где затухание не меньше некоторой заданной величины, называют полосой задерживания.
В зависимости от расположения полос пропускания и задерживания электрические фильтры разделяют на фильтры нижних частот (ФПЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), полосовые фильтры (ПФ) и заграждающие фильтры (ЗФ). Амплитудно-частотные характеристики идеальных фильтров перечисленных типов приведены на рис. 11.1.
Электрические фильтры находят широкое применение в электротехнических и радиотехнических устройствах для разделения электрических колебаний по частоте, т. е. для частотной селекции сигналов. Частотное разделение каналов связи с помощью электрических фильтров, состоящих из индуктивных катушек и конденсаторов, впервые осуществил русский военный связист капитан Г. Г. Игнатьев в 1880 г. для одновременной передачи телефонных и телеграфных сигналов по одному проводу.
|
|
В настоящее время в практике проектирования электрических фильтров находят применение разнообразные методы их расчета основными из которых являются методы расчета по характери-
стическим или рабочим параметрам. В разработку теории и методов расчета электрических фильтров, особенно по рабочим параметрам, большой вклад внесли советские ученые В. Н. Листов, А. Ф. Белецкий, С. С. Коган, Э. В. Зелях и др.
Ранее других были разработаны теория и методы расчета электрических фильтров по характеристическим параметрам, которые находят применение и в настоящее время. Электрические фильтры,
спроектированные по этому методу, представляют собой каскадное согласованное включение реактивных Г-, Т-и П-образных или мостовых четырехполюсников (рис. 11.2). Фильтры, состоящие из Г-, Т- иП-образных звеньев, называют лестничными или цепочечными, а фильтры, состоящие из мостовых четырехполюсников, называют мостовыми. Так как при каскадном согласованном включении четырехполюсников иххарактеристические затухания и фазы складываются, то оказывается достаточным более подробно рассмотреть только отдельные типовые звенья фильтров. Вдальнейшем ограничимся рассмотрением характеристических параметров Τ-, П-образных и мостовых звеньев. Более детальное рассмотрение методик проектирования электрических фильтров как по характеристическим, так и по рабочим параметрам изложено, например, в [9, 11].
|
|
Необходимость разработки методик расчета фильтров по рабочим параметрам обусловлена тем, что их нагрузкой, как правило, является заданное постоянное активное сопротивление, при котором практически невозможно обеспечить согласованный режим в заданных полосах пропускания. При этом расчет фильтров значительно усложняется.
Впоследние годы при проектировании электрических фильтров начали широко применять общую теорию синтеза электрических цепей. При этом используются как характеристические, так и рабочие параметры фильтров, хотя вэтом и нет особой необходимости, так как можно осуществить синтез фильтра по его заданной амплитудно-частотной или фазо-частотной характеристике.
Наряду с традиционными пассивными фильтрами, состоящими
из индуктивных катушек и конденсаторов, находят применение электромеханические, магнитострикционные, пьезоэлектрические (кварцевые) фильтры и фильтры типа rС. В последнее время в связи с развитием микроэлектроники стали широко применяться активные rC-фильтры.
Теории и обоснованию методик расчета различных типов фильтров посвящено очень большое количество работ. Так, например, только в [13] имеется библиография более 2000 работ, посвященных синтезу активных rC-цепей. В настоящем разделе ограничимся кратким рассмотрением характеристических параметров Т-, П-образных и мостовых звеньев реактивных фильтров и общих сведений о кварцевых фильтрах. Применение теории синтеза электрических цепей к проектированию фильтров рассмотрено в разд. 20.