Електронний фільтр

Реферат

на тему:

«Електронний фільтр»

Перевірила: Смолянець Л.О

Викнонала: студентка групи СТ-31

Коваленко А.П

Київ2016

Зміст

·         1 Вступ

·         2Типи фільтрів

·         3Принцип роботи пасивних аналогових фільтрів

o    3.1LC-фільтр

·         4Принцип роботи активних аналогових фільтрів

·         5Застосування

·         6Посилання

1.Вступ

  Електронний фільтр — електричний пристрій, в якому з спектру поданих на його вхід електричних коливань виділяються (пропускаються на вихід) складові, розташовані в заданій смузі частот, і ослаблюються (не пропускаються) всі інші складові.

  Електронні фільтри використовуються в системах багатоканального зв"язку, радіопристроях, пристроях автоматики, телемеханіки, радіовимірювальної техніки і т. д. — скрізь, де передаються електричні сигнали за наявності інших сигналів і шумів, що заважають і відрізняються від перших за частотним розподілом; вони застосовуються також в випрямлячах струму для згладжування пульсацій випрямленого струму. Область частот, в якій лежать складові вихідного сигналу електронного фільтра, називають смугою пропускання (смугою затримання).

  Властивості фільтра кількісно визначаються відносною величиною загасан

ня, що вноситься ним в складові спектру електричних коливань: чим більше відмінність загасань в смузі затримання і смузі пропускання, тим сильніше виражені його фільтруючі властивості. По вигляду кривої залежності загасання від частоти (по взаємному розташуванню смуг пропускання і затримання) розрізняють

Е. ф.:

·         нижніх частот (ФНЧ), пропускає коливання з частотами не вище деякою граничної частоти f і пригнічує коливаннях з частотами вище f;

·         верхніх частот (ФВЧ), пропускає коливання з частотами вище за деяку граничну частоту f і пригнічує коливання з частотами нижче f;

·         смугово-проникні (СПФ) або смугові, пропускають коливання лише в кінцевому інтервалі частот від  до ;

·         смугово-затримуючі (СЗФ) або режекторні фільтри, зворотні ППФ по своїх частотних характеристиках.

  Конструкція Е. ф., технологія їх виготовлення, а також принцип дії визначаються перш за все робочим діапазоном частот і необхідним виглядом частотної характеристики.

  У діапазоні від одиниць Кгц до десятків Мгц (в окремих випадках — до одиниць Ггц ) набули поширення LC-фільтри (Рис. 1, а, б, г), що містять дискретні елементи: котушки індуктивності і електричні конденсатори. У діапазоні від доль гц до сотень кгц найчастіше використовують пасивні або активні RC-фільтри (Рис. 1, б), виконані на основі резисторів і конденсаторів (активний, крім того, містить підсилювач електричних коливань).

  Дія LC- і RC-фільтров заснована на використанні залежності реактивного опору (ємкісного і індуктивного) від частоти змінного струму. Для фільтрації сигналів, частота яких становить долі гц, служать електротеплові фільтри (ЕТФ), поєднані з джерелом тепла і термоелектричним перетворювачем; введення в ЕТФ підсилювачів з зворотним зв"язком дозволяє реалізувати електротеплові ФВЧ і СПФ. Відомі також електромеханічні фільтри, виконані на основі дискових, циліндрових, пластинчастих, гантельних і камертонних резонаторів. У таких Е. ф. використовується явище механічного резонансу; застосовуються в діапазоні від декількох кгц до 1 Мгц.

  Високими властивостями відрізняються п"єзоелектричні СПФ і СЗФ, матеріалом для виготовлення яких служить п"єзокварц або п"єзоелектрична кераміка. Такими є, наприклад пьезокварцові фільтри на дискретних елементах — кварцових резонаторах у поєднанні з котушками індуктивності і конденсаторами; монолітні багаторезонаторні пьезокварцові фільтри. Зв"язок між резонаторами в останніх здійснюється за допомогою акустичних хвиль — об"ємних (для фільтрів, вживаних в діапазоні частот від декількох Мгц до десятків Мгц) або поверхневих (у діапазоні від декількох Мгц до 1—2 Ггц).

  Особливу групу Е. ф. складають цифрові фільтри, що часто виконуються на інтегральних схемах. В техніці надвисоких частот Е. ф. реалізують на основі відрізків ліній передачі (коаксіальних кабелів, полоскових ліній, металевих радіохвилеводів тощо), що є по суті розподіленими коливальними системами. В діапазоні 100 Мгц — 10 Ггц застосовують гребінчасті, шпилькові, зустрічно-стрижньові, ступінчасті і ін. Е. ф. з полоскових резонаторів. У діапазоні від декількох Ггц до декількох десятків Ггц поширені хвилеводні Е. ф., що є хвилеводною секцією з підвищеною критичною частотою (хвилеводний ФВЧ) або секцію, що містить резонансні діафрагми або об"ємні резонатори (хвилеводний СПФ).

2. Типи фільтрів

Фільтри, що знаходять застосування в обробці сигналів, бувають

·         аналоговими або цифровими

·         пасивними або активними

·         лінійними і нелінійними

·         рекурсивними і нерекурсивними

Серед безлічі рекурсивних фільтрів окремо виділяють наступні фільтри (за виглядом передавальної функції):

·         фільтри Чебишева

·         фільтри Бесселя

·         фільтри Баттерворта

·         еліптичні фільтри

По тому, які частоти фільтром пропускаються (затримуються), фільтри підрозділяються на:

·         фільтри нижніх частот (ФНЧ)

·         фільтри верхніх частот (ФВЧ)

·         смугові фільтри (смугово-пропускні, СПФ)

·         смугово непропускні (режекторні) фільтри (СНФ)

·         фазові фільтри

  Цифрови́й фільтр — в електроніці будь-який фільтр, що обробляє цифровий сигнал з метою відокремлення та/або придушення певних частот цього сигналу. На відміну від цифрового аналоговий фільтр має справу з аналоговим сигналом, його властивості недискретні, відповідно передаточна функція залежить від внутрішніх властивостей його складових елементів.

Сьогодні цифрові фільтри застосовуються практично всюди, де потрібна обробка сигналів, зокрема у спектральному аналізі, обробці зображень, обробці відео, обробці мови та звуку і багатьох інших додатках.

Перевагами цифрових фільтрів перед аналоговими є:

·         Висока точність (точність аналогових фільтрів обмежена допусками на елементи).

·          

·         На відміну від аналогового фільтру передаточна функція не залежить від дрейфу характеристик елементів.

·         Гнучкість налаштування, легкість зміни.

·         Компактність — аналоговий фільтр на дуже низьку частоту (долі герца, наприклад) вимагав би надзвичайно громіздких конденсаторів або індуктивностей.

Недоліки[ред. • ред. код]

Недоліками цифрових фільтрів у порівнянні з аналоговими є:

·         Важкість роботи з високочастотними сигналами. Смуга частот обмежена частотою Найквіста, рівною половині частоти дискретизації сигналу. Тому для високочастотних сигналів застосовують аналогові фільтри, або, якщо на високих частотах немає корисного сигналу, спочатку придушують високочастотні складові за допомогою аналогового фільтру, потім обробляють сигнал цифровим фільтром.

·         Важкість роботи в реальному часі — обчислення мають бути завершені протягом періоду дискретизації.

·         Для більшої точності та високої швидкості обробки сигналів потрібен не тільки потужний процесор, але і додаткове, можливо високовартісне, апаратне забезпечення у вигляді високоточних та швидких ЦАП і АЦП.

СІХ-фільтри[ред. • ред. код]

Докладніше: Фільтр зі скінченною імпульсною характеристикою

Фільтр зі скінченною імпульсною характеристикою (нерекурсивний фільтр, СІХ-фільтр) — один з видів електронних фільтрів, характерною особливістю якого є обмеженість по часу його імпульсної характеристики (з якогось моменту часу вона стає вона стає точно рівною нулеві). Такий фільтр називають ще нерекурсивним через відсутність зворотного зв"язку. Знаменник передавальної функції такого фільтру — певна константа.

НІХ-фільтри[ред. • ред. код]

Докладніше: Фільтр з нескінченною імпульсною характеристикою

Фільтр з нескінченною імпульсною характеристикою (рекурсивний фільтр, НІХ-фільтр) — електронний фільтр, використовуючий один або більше своїх виходів у якості входу, тобто утворює зворотний зв"язок. Основною властивістю таких фільтрів є те, що їх імпульсна перехідна характеристика має нескінченну довжину у часовій області, а передавальна функція має дробово-раціональний вигляд. Такі фільтри можуть бути як аналоговими так і цифровими.

Розрізняють два види реалізації цифрового фільтру: апаратний та програмний. Апаратні цифрові фільтри реалізуються на елементах інтегральних схем, тоді як програмні реалізуються за допомогою програм, виконуваних процесором або мікроконтролером. Перевагою програмних перед апаратними є легкість втілення, а також налаштувань та змін, а також те, що у собівартість такого фільтру входить тільки праця програміста. Недолік — низька швидкість, що залежить від швидкодії процесора, а також важка реалізуємість цифрових фільтрів високого порядку.

·         L.R. Rabiner and R.W. Schafer, Digital Processing of Speech Signals, Prentice-Hall, 1978.

·         S. Haykin, Adaptive Filter Theory, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1996.

·         Steven W. Smith, The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing, Second Edition, 1999, California Technical Publishing

·         Хеммінг Р.В. Цифрові фільтри. — М. :Радянське радіо. 1980.