Теоретические положения. Исследование пассивных RC-фильтров нижних частот

Лабораторная работа

Исследование пассивных RC -фильтров нижних частот

Цель работы

Исследование АЧХ пассивных RC -фильтров нижних частот (ФНЧ) 1-го и 2-го порядков.

Теоретические положения

При передаче информационных сигналов в системах автоматики, теле- механики и связи, как правило, возникает необходимость их обработки. Од- ной из наиболее распространенных процедур обработки является фильтрация

– целенаправленное изменение спектра сигнала, имеющее своей целью по- давление его нежелательных составляющих (шумов, помех) и сохранение (или усиление) информативных.

Например, в дальней связи при частотном разделении каналов на при- емном конце возникает необходимость выделения сигналов, соответствую- щих каждому каналу, из суммарного сигнала.

В системах автоматики и телемеханики, работающих обычно в условиях сильных помех, фильтрации подвергают выходные сигналы измерительных преобразователей и датчиков.

В некоторых случаях информативная часть спектра может состоять из нескольких компонентов. Например, постоянная составляющая сигнала дат- чика момента электродвигателя несет информацию о средней мощности дви- гателя, а высокочастотные составляющие свидетельствуют о вибрациях и ка- честве работы системы регулирования.

Фильтрация сигналов реализуется с помощью специальных частотно- зависимых устройств – электрических фильтров. Их классификация обычно проводится по следующим признакам:

· вид входного и выходного сигналов (аналоговые, цифровые, ком- бинированные фильтры);

· вид частотной характеристики (фильтры нижних частот (ФНЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), фильтры полосно-пропускающие

или полосовые (ФПП), фильтры полосно-задерживающие или за- граждающие (ФПЗ));

· вид импульсной характеристики (ИХ) (фильтры с непрерывной ИХ, фильтры с дискретной ИХ);

· протяженность импульсной характеристики (фильтры с ИХ ко- нечной во времени – КИХ-фильтры, фильтры с ИХ бесконечной протяженности во времени – БИХ-фильтры).

В свою очередь, аналоговые фильтры классифицируются на пассивные и активные. Пассивные фильтры состоят только из пассивных элементов элек- трических цепей: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, трансформаторов. Фильтры этого типа хорошо работают на высоких часто- тах, однако в низкочастотном диапазоне (до 500 кГц) им свойственны суще- ственные недостатки:

· уменьшается добротность катушек индуктивности;

· возрастают их габариты и стоимость;

· низкое входное и высокое выходное сопротивления затрудняют согласование фильтра по входу и выходу.

Отсюда следует, что основные недостатки пассивных фильтров обу- словлены катушками индуктивности.

Применение в схемах фильтров активных элементов (сначала транзи- сторов, а затем операционных усилителей) позволило фактически устранить указанные недостатки. Активные фильтры содержат только активные эле- менты, резисторы и конденсаторы. Кроме устранения низкотехнологичных катушек индуктивности, применение активных элементов позволило практи- чески исключить проблему согласования, поскольку необходимые значения входного и выходного сопротивлений достигаются достаточно просто.

Аналоговые фильтры можно также классифицировать на линейные и нелинейные, с постоянными во времени параметрами и параметрические, со- средоточенные и распределенные, что соответствует известной классифика- ции электрических цепей.

В настоящих методических указаниях рассматриваются основные под- ходы к проектированию активных фильтров, которые по вышеуказанной классификации относятся к аналоговым линейным непрерывным сосредото- ченным БИХ-фильтрам с постоянными во времени параметрами.