Основным недостатком пассивных фильтров аналогового сигнала является значительное ослабление полезной составляющей. Поэтому приходится ставить усилительно/согласующее устройство после каскада дискриминации (ослабления). Высокую эффективность имеют активные фильтры, которые не подавляют полезный сигнал, а иногда ещё и усиливают. В итоге: их использование минимизирует искажения сигнала, которые неминуемо появляется на каскадах ослабления и последующего усиления.
В этой статье рассмотрим основные типы фильтров аналогово сигнала и схемы для их реализации.
Немного о частотных фильтрах
Так как мы ещё не рассматривали в предыдущих статьях сигнальные фильтры, то немного о них следует упомянуть. Пассивный фильтр подавляет в большой степени сигнал, подлежащий дискриминации, и незначительно ослабляет полезную составляющую. А вот активный фильтр – это усилитель, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) которого выражена определённой зависимостью.
Активные фильтры состоят из одного или нескольких усилительных каскадов, нагруженных на частотно зависимые цепи или компоненты. Также возможно пропускание сигнала через них. Ещё очень распространены активные фильтры в которых нужный срез сигнала происходит коррекцией обратной связи (ОС), реже положительной (ПОС). Такие фильтры лучше всего строить на операционных усилителях (ОУ). Их схемы рассмотрим ниже.
Какие же бывают фильтры сигналов? Во-первых, имеется ввиду, для определённого диапазона. Например, для звукового диапазона (20Гц – 20кГц), иной диапазон может быть шире или уже. Вот основные виды фильтров с такими свойствами:
· Фильтр низких частот (ФНЧ) – подавляется весь сигнал, кроме определённой полосы начальной частоты диапазона;
· Фильтр высоких частот (ФВЧ) – то же, но не подавляется сигнал максимальных частот диапазона;
· Полосовой фильтр или фильтр средних частот (ФСЧ) – внутри диапазона избирается поддиапазон, который не подвергается дискриминации;
· Резонансный фильтр – как и полосовой, но с очень узким пропускным поддиапазоном.
· Режекторный фильтр – имеет обратные свойства полосового, т.е сигнал определённого поддиапазона дискриминируется, тогда как остальные частоты не ослабляются;
· Многополосные фильтры могут содержать несколько поддиапазонов.
Для наглядности продемонстрированы графики пропускной способности таких фильтров.
Виды активных фильтров
Существует множество топологий активных фильтров, некоторые из которых кратко рассмотрим.
Фильтр Баттерворта
Butterworth – это активный тип фильтрации при обработке сигналов. Он предназначен для того, чтобы иметь частотную характеристику максимально плоской во всей полосе пропускания. Следовательно, этот фильтр также известен как максимально плоский. Дискриминация осуществляется ёмкостью во входной цепи.
Фильтр Чебышёва
Chebyshev отличается крутым спадом вольтамперной характеристики. В частоте пропускания есть волны, поэтому используется там, где стабильность амплитуды сигнала не имеет особого значения.
Фильтр Бесселя
Bessel Filter позиционирует высокой точностью усиления сигнала в полосе пропускания. Он применяется там, где требуется высокая фазная достоверность фильтруемой составляющей.
Эллиптический фильтр
Имеет эффективное разделение частот благодаря крутому спаду АЧХ на краях полосы пропускания. Обладает выраженной волнистостью всего графика, как на полезном участке, так и в фильтрованном.
Фильтр Саллена
Простая топология Sallen filter позволяет отделить от сигнала требуемую полосу пропускания. Для реализации требуемого поддиапазона используют многокаскадную схему.
Фильтр Мюллера-Фогта
Это узкополосный дискриминатор, выполненный на транзисторах. В одной из схем, изображённой ниже на нём собран усилитель промежуточной частоты. Средняя частота – около 30кГц. Такая частота позволяет хорошо гасить гармоники.
Систему можно использовать для модулей радиоуправления, построенных на дискретных транзисторах, не используя подстраиваемых катушек индуктивности.