Filtre trece-înalt și jos (filtru trece). Filtre active Filtre trece-bandă pe tranzistori

Un filtru electric este un dispozitiv pentru transmiterea semnalelor electrice care trece curenți într-un anumit interval de frecvență și îi împiedică să treacă în afara acestui interval. În inginerie radio și electronică, filtrele electrice sunt împărțite în pasive și active. Circuitele de filtrare pasive conțin doar elemente pasive: rezistențe, condensatoare și inductori.

Pe lângă elementele indicate, circuitele de filtru activ includ produse active precum tranzistoarele sau circuitele integrate. Proprietățile de filtrare ale unui dispozitiv sunt determinate de caracteristica sa amplitudine-frecvență, care este dependența câștigului acestui dispozitiv de frecvența semnalului. Într-un anumit domeniu de frecvență, numit bandă de trecere sau bandă de transparență, oscilațiile electrice sunt transmise de filtru de la intrare la ieșire, practic fără atenuare. În afara benzii de transparență se află o bandă de atenuare sau de întârziere, în cadrul căreia componentele de frecvență ale semnalului sunt atenuate. Între banda de transparență și banda de oprire există o frecvență numită frecvență de tăiere. Datorită faptului că există o tranziție lină între banda de transparență și banda de atenuare, frecvența limită este de obicei considerată a fi frecvența la care atenuarea semnalului este egală cu -3 dB - adică tensiunea este de √2 ori mai puțin decât în ​​banda de transparență.

Este întotdeauna interesant să se obțină o tranziție abruptă în răspunsul amplitudine-frecvență între banda de transparență și banda de atenuare. În filtrele pasive, creșterea abruptului unei astfel de tranziții se realizează prin complicarea circuitului și utilizarea sistemelor multi-link. Filtrele complexe necesită calcule greoaie și reglaj fin. Datorită utilizării feedback-ului, filtrele active sunt mult mai simple și mai ieftine.

Se obișnuiește să se împartă filtrele în patru categorii, în funcție de locația benzii de transparență:
. filtre trece-jos (0 ≤ f ≤ f 0);
. filtre trece-înalte (f ≥ f 0);
. filtre trece-bandă (f 01 ≤ f ≤ f 02);
. filtre de oprire sau crestătură (0 ≤ f ≤ f 01 și f ≥ f 02).

Aici f este frecvența semnalelor care trec prin filtru; f 0 - frecvența de tăiere; f 01 - frecvența limită inferioară; f 02 - frecvența limită superioară. Astfel, un filtru trece-jos nponychează componentele semnalului a căror frecvență este mai mică decât frecvența de tăiere; un filtru trece-înalt trece componentele semnalului a căror frecvență este mai mare decât frecvența de tăiere; un filtru trece-bandă trece componentele de semnal a căror frecvență este între frecvența limită inferioară f 01 și frecvența limită superioară f 02; În cele din urmă, filtrul notch atenuează semnalele a căror frecvență se află între frecvențele limită inferioară f 01 și frecvențele limită superioară f 02. Există, de asemenea, filtre mai complexe pentru scopuri speciale, cum ar fi filtrul pieptene folosit în televiziunea color, care trece peste multe benzi înguste și atenuează golurile dintre ele.

Filtrele electrice sunt utilizate pe scară largă în inginerie electrică, inginerie radio și electronică. Astfel, la ieșirea redresoarelor se folosește un filtru trece-jos, trecând doar componenta directă a curentului redresat și slăbind trecerea ondulațiilor. În receptoarele radio, filtrele de trecere de bandă sunt utilizate pe scară largă, care fac posibilă selectarea dintre semnalele multor posturi radio recepționate de antenă doar a unuia, a cărui bandă de frecvență se încadrează în banda de transparență a filtrului.

O altă împărțire comună a tuturor filtrelor este în două categorii: filtre al căror circuit conține inductori și filtre fără inductori, filtre RC sau filtre rezistență-condensator.

Filtrele active RC au un avantaj imens față de omologii lor pasivi, în special la frecvențe sub 10 kHz. Filtrele pasive pentru frecvențe joase trebuie să conțină inductori mari și condensatori mari. Prin urmare, se dovedesc a fi voluminoase, scumpe, iar caracteristicile lor sunt departe de a fi ideale.

Inductanța ridicată este obținută datorită numărului mare de spire ale bobinei și utilizării unui miez feromagnetic. Acest lucru îl privează de proprietățile inductanței pure, deoarece firul lung al unei bobine cu mai multe spire are o rezistență vizibilă, iar miezul feromagnetic este supus influenței temperaturii asupra proprietăților sale magnetice. Necesitatea folosirii unei capacități mari obligă la utilizarea condensatoarelor cu stabilitate slabă, de exemplu cele electrolitice. Filtrele active sunt în mare parte lipsite de aceste dezavantaje.

Circuitele diferențiatoare și integratoare, construite folosind amplificatoare operaționale, sunt cele mai simple filtre active. Atunci când alegeți elemente de circuit într-o anumită dependență de frecvență, diferențiatorul devine un filtru trece-înalt, iar integratorul devine un filtru trece-jos. În continuare ne vom uita la exemple de alte filtre mai complexe și mai versatile. Un număr mare de alte scheme de filtre active posibile, împreună cu analiza lor matematică detaliată, pot fi găsite în diverse manuale și manuale.

Filtre Low Pass
Prin combinarea unui circuit amplificator inversor cu un circuit integrator, se formează un circuit de filtru trece-jos de ordinul întâi, care este prezentat în orez. 1.

Orez. 1.

Un astfel de filtru este un amplificator inversor cu un câștig constant în banda de transparență de la curentul continuu la frecvența de tăiere f 0 . Se poate observa că în banda de transparență, atâta timp cât capacitatea condensatorului este suficient de mare, câștigul circuitului coincide cu câștigul amplificatorului inversor:

Frecvența de tăiere a acestui filtru este determinată de elementele circuitului de feedback în conformitate cu expresia:

Caracteristica amplitudine-frecvență - dependența amplitudinii semnalului la ieșirea unui dispozitiv de frecvența la o amplitudine constantă la intrarea acestui dispozitiv - este prezentată în Fig.2.

Orez. 2

În banda de atenuare deasupra frecvenței de tăiere f 0, câștigul scade cu o intensitate de 20 dB/decada (sau 6 dB/octavă), ceea ce înseamnă o scădere a câștigului de tensiune de 10 ori cu o creștere a frecvenței tot de 10 ori. , sau o scădere a câștigului la jumătate pentru fiecare dublare a frecvenței.

Dacă o pantă atât de abruptă a răspunsului amplitudine-frecvență în banda de atenuare nu este suficientă, puteți utiliza un filtru trece-jos de ordinul doi, al cărui circuit este prezentat în Fig.3.

Orez. Z

Câștigul filtrului trece-jos de ordinul doi este același cu cel al filtrului de ordinul întâi, datorită faptului că rezistența totală a rezistențelor din circuitul de intrare invers, ca mai înainte, este exprimată prin valoarea lui R1. :


Frecvența de tăiere atunci când este îndeplinită condiția R 1 C 1 = 4R 2 C 2 este, de asemenea, exprimată prin aceeași formulă:


În ceea ce privește răspunsul amplitudine-frecvență al acestui filtru, prezentat în orez. 4, apoi se caracterizează printr-o pantă crescută, care este de 12 dB/octavă.

Orez. 4

Astfel, în banda de atenuare, pe măsură ce frecvența se dublează, tensiunea semnalului la ieșirea filtrului scade de patru ori.

Filtre de trecere înaltă
Un circuit de filtru trece-înalt este construit într-un mod similar, care este prezentat în Fig.5. Un astfel de filtru este un amplificator inversor cu un câștig constant în banda de transparență de la frecvența f0 și mai mult. În banda de transparență, câștigul circuitului este același cu cel al amplificatorului inversor:

Fig.5. Diagrama schematică a unui filtru trece-înalt activ de ordinul întâi

Frecvența de tăiere f 0 la nivelul de -3 dB este setată de circuitul de intrare în conformitate cu expresia:


Panta caracteristicii amplitudine-frecvență, care este prezentată în Fig.6, în regiunea frecvenței de tăiere este de 6 dB/octavă.

Fig.6. Răspunsul în frecvență al unui filtru trece-înalt de ordinul întâi

Ca și în cazul filtrelor trece-jos, un filtru trece-înalt activ de ordinul doi poate fi asamblat pentru o respingere sporită a semnalului în banda de atenuare. Schema schematică a unui astfel de filtru este prezentată în Fig.7.

Fig.7. Diagrama schematică a unui filtru trece-înalt activ de ordinul doi

Panta răspunsului amplitudine-frecvență al filtrului trece-înalt de ordinul doi în regiunea frecvenței de tăiere este de 12 dB/octavă, iar răspunsul în sine este prezentat în Fig.8.

Fig.8. Răspunsul amplitudine-frecvență al unui filtru trece-înalt de ordinul doi

Filtre trece-bandă
Dacă combinați un filtru trece-jos activ cu un filtru trece-înalt activ, rezultatul este un filtru trece-bandă, a cărui schemă de circuit este prezentată în Fig.9.

Orez. 9 . Schema schematică a unui filtru trece-bandă activ

Acest circuit este uneori numit un amplificator selectiv cu feedback integro-diferențiator. La fel ca amplificatoarele care conțin circuite oscilante, un filtru trece-bandă are, de asemenea, un răspuns amplitudine-frecvență cu un maxim pronunțat la o anumită frecvență. O astfel de frecvență nu poate fi numită rezonantă, deoarece rezonanța este posibilă numai în circuitele formate din inductanță și capacitate. În alte cazuri, frecvența unui astfel de maxim este de obicei numită frecvență de cvasi-rezonanță. Pentru filtrul trece-bandă luat în considerare, frecvența de cvasi-rezonanță f0 este determinată de elementele circuitului de feedback:

Răspunsul în frecvență al acestui filtru trece-bandă este afișat în orez. 10.

Fig.10. Răspunsul amplitudine-frecvență al unui filtru trece-bandă

Câștigul maxim la frecvența de cvasi-rezonanță se dovedește a fi egal cu:


Lățimea de bandă relativă la -3 dB:

O diagramă schematică a unui alt filtru trece-bandă este prezentată în orez. 11.

Orez. 11. Diagrama schematică a unui filtru trece-bandă cu filtru dublu T

Aici, un filtru dublu T format din rezistențele R2, R3, R5 și condensatoarele Cl, C2, SZ este inclus în circuitul de feedback negativ.

După cum știți, dacă sunt îndeplinite următoarele condiții:

Răspunsul amplitudine-frecvență al unui filtru T dublu conține o cvasi-rezonanță, a cărei frecvență este egală cu


Mai mult, la frecvența de cvasi-rezonanță, coeficientul de transmisie al filtrului dublu T este zero. Prin urmare, un filtru activ cu un filtru dublu T inclus în circuitul de feedback negativ este un filtru trece-bandă cu un răspuns maxim de amplitudine-frecvență la frecvența de cvasi-rezonanță. Trei astfel de caracteristici sunt prezentate în orez. 12. Caracteristicile diferă în diferite rezistențe ale rezistenței R4: cea inferioară îi corespunde R4 = 100 kOhm, cea din mijloc - R4 = 1 MOhm, cea superioară - R4 = ∞.

Orez. 12. Răspunsul în frecvență al unui filtru activ cu un filtru dublu T într-un circuit de feedback negativ

Filtre notch
Același filtru dublu T poate fi inclus nu în circuitul de feedback negativ, așa cum se face atunci când se creează un filtru trece-bandă, ci în circuitul semnalului de intrare. Acest lucru creează un filtru de crestătură activ, a cărui diagramă este prezentată în orez, 13.

Fig.13. Schema schematică a unui filtru cu crestătură cu filtru dublu T

Dacă sunt îndeplinite condiţiile anterioare

Caracteristica amplitudine-frecvență a unui filtru activ care are un filtru dublu T în circuitul de intrare conține o cvasi-rezonanță, a cărei frecvență este încă determinată de formula (8). Dar la frecvența de cvasi-rezonanță, câștigul acestui filtru activ este zero. Răspunsul în frecvență al unui filtru activ cu un filtru dublu T în circuitul de intrare este prezentat în Fig.14.

Orez. 14. Răspunsul în frecvență al unui filtru activ cu un filtru dublu T în circuitul de intrare

Filtre complexe
Mai multe filtre active pot fi conectate în serie pentru a obține un răspuns în frecvență cu pantă crescută. În plus, secțiunile de filtre simple conectate în serie au sensibilitate redusă. Aceasta înseamnă că o mică abatere a mărimii uneia dintre componentele circuitului (abatere a valorii rezistenței sau a valorii condensatorului de la normă) va duce la un impact mai mic asupra răspunsului final al filtrului decât în ​​cazul unui filtru complex similar construit pe un singur filtru. op-amp.

Orez. 15. Schema schematică a unui filtru în trepte

Pe orez. 15 prezintă un filtru treptat asamblat din trei amplificatoare operaționale. Popularitatea unor astfel de filtre a crescut brusc după apariția la vânzare a circuitelor integrate care conțin mai multe amplificatoare operaționale într-un singur pachet. Avantajele acestui filtru sunt sensibilitatea scăzută la abaterile valorilor componentelor și capacitatea de a obține trei ieșiri: frecvențe înalte U out1, bandpass U out2 și frecvențe joase U out3.

Filtrul este compus dintr-un amplificator de însumare DA1 și două integratoare DA2, DA3, care sunt conectate sub forma unei bucle închise. Dacă elementele circuitului sunt selectate în funcție de condiție

atunci frecvența de tăiere se dovedește a fi egală


Ieșirile frecvențelor înalte și joase au o pantă a răspunsului amplitudine-frecvență egală cu 12 dB/octavă, iar ieșirea trece-bandă are o caracteristică triunghiulară cu un maxim la frecvența f 0 cu un factor de calitate Q, care este determinat de rezistențe ale setării câștigului microcircuitului DA1.

Filtrele de frecvență sunt cele mai simple circuite electrice al căror răspuns în frecvență este neliniar. Rezistența în astfel de circuite se modifică pe măsură ce se schimbă frecvența semnalului. Un astfel de circuit poate consta din unul sau mai multe elemente de circuit.

Filtre pasive și active trece-jos

Un filtru pasiv constă numai din rezistențe sau condensatoare. Nu au nevoie de energie pentru a îndeplini sarcinile care le sunt atribuite. Aproape toate filtrele pasive au un răspuns liniar.

Un filtru activ include un tranzistor sau un amplificator operațional în proiectarea sa. Răspunsul în frecvență al unui astfel de filtru este mai favorabil decât cel al unuia pasiv.

Întrebarea este, de ce și unde sunt folosite? Filtrele funcționează pe următorul principiu: semnalul primit de acestea este filtrat și rămân doar acele semnale necesare. Unul dintre domeniile de aplicare a unor astfel de dispozitive este muzica electronică color.

Caracteristicile filtrelor de frecvență

Frecvența la care amplitudinea semnalului de ieșire scade la o valoare de 0,7 de la intrare se numește frecvență de tăiere.

Panta răspunsului în frecvență al filtrului. Arată cât de dramatic se schimbă semnalul după ce a trecut de filtru. Cu cât unghiul este mai mare, cu atât mai bine.


Tipuri de filtre de frecvență

  • Un singur element;
  • G, T, în formă de U;
  • Multi-stele. Sunt conectate în serie în formă de L.

Acest articol va discuta despre circuitele și designul unui filtru trece-jos.

Cel mai simplu filtru trece-jos, făcut-o singur

Este foarte posibil să faceți acest dispozitiv acasă, iar calitatea acestuia nu va fi cu mult inferioară față de omologul său cumpărat din magazin. În plus, costul scăzut și simplitatea designului vor plăti toate eforturile investite.

Care vor fi caracteristicile

  • Frecvența de tăiere – 300 Hz. Semnalul transmis nu va fi mai mare decât acest indicator;
  • Tensiune necesară –9/30 V;
  • Consum de energie electrică – 7 mA.

De ce aveți nevoie pentru a face un filtru trece jos:

  • DD1 BA4558;
  • VD1 D814B;
  • C1, C2 10 uF;
  • C3 0,033 uF;
  • C4 220 nf;
  • C5 100 nf;
  • C6 100 uF;
  • C7 10 uF;
  • C8 100 nf;
  • R1, R2 15 kOhm;
  • R3, R4 100 kOhm;
  • R5 47 kOhm;
  • R6, R7 10 kOhm;
  • R8 1 kOhm;
  • R9 100 kOhm - variabil;
  • R10 100 kOhm;
  • R11 2 kOhm.

Instrucțiuni despre cum să faci corect un filtru simplu

Într-un circuit care include rezistența R11, condensatorul C6 și stabilizatorul VD1, este asamblată o unitate care stabilizează tensiunea de intrare. Dacă tensiunea furnizată este mai mică de 15 V, rezistorul trebuie scos din circuit.

Elementele R1, R2, C1, C2 sunt sumatori ai semnalelor de intrare. Dacă filtrul este alimentat cu un semnal mono, sumatorul poate fi îndepărtat. După aceasta, trebuie să conectați sursa de semnal direct la următorul (al doilea) contact.


DD1.1 este un amplificator al semnalului de intrare, iar DD1.2 conține un dispozitiv care nu transmite semnale înalte.

Fabricarea PCB-urilor

Am descris circuitul care trebuie utilizat, acum vom fabrica cel mai important element și anume placa de circuit imprimat.

Trebuie să luați fibră de sticlă, a cărei lățime ar trebui să fie de 2 cm și lungimea de 4 cm. Mai întâi, degresați suprafața și șlefuiți-o bine. Apoi, după imprimarea diagramei de mai jos, transferați-o pe o bucată de fibră de sticlă, respectând dimensiunile. Se recomandă utilizarea metodei LUT.

Fiţi atenți!

Designul ar trebui să fie complet imprimat pe suprafața piesei de prelucrat, dacă nu ați reușit să faceți acest lucru prima dată, puteți termina de desenat căile întrerupte manual.

Pregătim o soluție în care vom grava fibra de sticlă. Trebuie să luați 2 linguri de acid citric și 6 linguri de peroxid de hidrogen și să le amestecați bine. Pentru a accelera procesul de amestecare, adăugați un praf de sare în soluția alcalină. Sarea nu participă la procesul de dizolvare.

Trebuie să plasați piesa de prelucrat pregătită cu traseele desenate direct în soluția rezultată. Înainte de scufundare, asigurați-vă că modelul pistei este bine desenat, altfel veți strica suprafața.

După ce ați așteptat puțin, asigurați-vă că tot stratul de cupru în exces s-a dizolvat. Apoi, trebuie să scoateți piesa de prelucrat din recipient și să o clătiți cu apă curentă. Folosind acetonă, îndepărtați cerneala de pe tablă.

Asamblare

Pentru a evita greșelile în timpul lipirii, este indicat să folosiți o diagramă. Lipiți toate elementele secvenţial și cu grijă.

Fiţi atenți!


Concluzie

Schema descrisă mai sus ar trebui să funcționeze după prima pornire. Filtrul nu necesită setări. Principalele probleme care pot apărea în timpul pornirii sunt asociate cu asamblarea sau lipirea de proastă calitate și, în cazuri rare, cu o funcționare defectuoasă a elementelor circuitului utilizate.

În unele cazuri, nu se aude niciun sunet după pornirea filtrului. Pentru a remedia problema, trebuie să rotiți butonul rezistorului variabil. Dacă acest lucru nu ajută, verificați toate conexiunile la punctele de lipit.

Fotografii cu filtre trece jos

Fiţi atenți!

Filtrele active sunt implementate folosind amplificatoare (de obicei amplificatoare operaționale) și filtre RC pasive. Dintre avantajele filtrelor active în comparație cu cele pasive, trebuie evidențiate următoarele:

· lipsa inductorilor;

· selectivitate mai bună;

· compensarea atenuării semnalelor utile sau chiar amplificarea acestora;

· adecvarea pentru implementare sub forma unui CI.

Filtrele active au și dezavantaje:

¨ consumul de energie de la sursa de energie;

¨ interval dinamic limitat;

¨ distorsiuni suplimentare de semnal neliniar.

De asemenea, observăm că utilizarea filtrelor active cu amplificatoare operaționale la frecvențe de peste zeci de megaherți este dificilă din cauza frecvenței scăzute de amplificare unitară a celor mai utilizate amplificatoare operaționale. Avantajul filtrelor active de amplificare operațională este evident mai ales la cele mai joase frecvențe, până la fracțiuni de herți.

În cazul general, putem presupune că amplificatorul operațional din filtrul activ corectează răspunsul în frecvență al filtrului pasiv, oferind condiții diferite pentru trecerea diferitelor frecvențe ale spectrului de semnal, compensează pierderile la frecvențe date, ceea ce duce la scăderi abrupte ale tensiunii de ieșire pe pantele răspunsului în frecvență. În aceste scopuri, diferite sisteme de operare cu frecvență selectivă sunt utilizate în amplificatoare operaționale. Filtrele active asigură obținerea răspunsului în frecvență al tuturor tipurilor de filtre: trece jos (LPF), trece înalt (HPF) și trece bandă (PF).

Prima etapă a sintezei oricărui filtru este de a specifica o funcție de transfer (sub formă de operator sau complex), care îndeplinește condițiile de fezabilitate practică și, în același timp, asigură răspunsul în frecvență sau răspunsul de fază necesar (dar nu ambele) ale filtra. Această etapă se numește aproximare caracteristică a filtrului.

Funcția operator este un raport de polinoame:

K( p)=A( p)/B( p),

și este determinată în mod unic de zerouri și poli. Cel mai simplu polinom al numărătorului este o constantă. Numărul de poli ai funcției (și în filtrele active pe un amplificator operațional, numărul de poli este de obicei egal cu numărul de condensatori din circuitele care formează răspunsul în frecvență) determină ordinea filtrului. Ordinea filtrului indică rata de decădere a răspunsului său în frecvență, care pentru primul ordin este de 20 dB/dec, pentru al doilea - 40 dB/dec, pentru al treilea - 60 dB/dec etc.

Problema de aproximare este rezolvată pentru un filtru trece-jos, apoi folosind metoda inversării în frecvență, dependența rezultată este utilizată pentru alte tipuri de filtre. În cele mai multe cazuri, răspunsul în frecvență este setat, luând coeficientul de transmisie normalizat:

,

unde f(x) este funcția de filtrare; - frecventa normalizata; - frecvența de tăiere a filtrului; e este abaterea admisibilă în banda de trecere.

În funcție de ce funcție este luată ca f(x), se disting filtrele (începând de la al doilea ordin) ale lui Butterworth, Chebyshev, Bessel etc. Figura 7.15 arată caracteristicile lor comparative.

Filtrul Butterworth (funcția Butterworth) descrie răspunsul în frecvență cu cea mai plată parte din banda de trecere și o rată de dezintegrare relativ scăzută. Răspunsul în frecvență al unui astfel de filtru trece-jos poate fi prezentat în următoarea formă:

unde n este ordinea filtrului.

Filtrul Chebyshev (funcția Chebyshev) descrie răspunsul în frecvență cu o anumită neuniformitate în banda de trecere, dar nu o rată de dezintegrare mai mare.

Filtrul Bessel este caracterizat printr-un răspuns de fază liniar, în urma căruia semnalele ale căror frecvențe se află în banda de trecere trec prin filtru fără distorsiuni. În special, filtrele Bessel nu produc emisii atunci când procesează oscilații cu unde pătrate.

În plus față de aproximările enumerate ale răspunsului în frecvență al filtrelor active, sunt cunoscute altele, de exemplu, filtrul invers Cebyshev, filtrul Zolotarev etc. Rețineți că circuitele de filtru activ nu se modifică în funcție de tipul de aproximare a răspunsului în frecvență, dar relațiile dintre valorile elementelor lor se modifică.

Cele mai simple (de ordinul întâi) HPF, LPF, PF și LFC lor sunt prezentate în Figura 7.16.

În aceste filtre, condensatorul care determină răspunsul în frecvență este inclus în circuitul OOS.

Pentru un filtru trece-înalt (Figura 7.16a), coeficientul de transmisie este egal cu:

,

Frecvența conjugării asimptotelor se găsește din afecțiune, de unde

.

Pentru filtrul trece-jos (Figura 7.16b) avem:

,

.

PF (Figura 7.16c) conține elemente ale unui filtru trece-înalt și un filtru trece-jos.

Puteți crește panta declinării LFC prin creșterea ordinii filtrelor. Filtrele active low-pass, high-pass și filtrele de ordinul doi sunt prezentate în Figura 7.17.

Panta asimptotelor lor poate ajunge la 40 dB/dec, iar trecerea de la filtrul trece jos la filtrul trece înalt, după cum se poate observa din figurile 7.17a, b, se realizează prin înlocuirea rezistențelor cu condensatoare și invers. PF (Figura 7.17c) conține filtru trece-înalt și elemente de filtru trece-jos. Funcțiile de transfer sunt egale:

¨ pentru filtrul trece-jos:

;

¨ pentru filtru trece-înalt:

.

Pentru PF, frecvența de rezonanță este egală cu:

.

Pentru filtrul trece-jos și filtrul trece-înalt, frecvențele de tăiere sunt, respectiv, egale cu:

;

.

Destul de des, PF de ordinul doi sunt implementate folosind circuite punte. Cele mai frecvente sunt punțile duble în formă de T, care „nu trec” semnalul la frecvența de rezonanță (Figura 7.18a) și punțile Wien, care au un coeficient de transmisie maxim la frecvența de rezonanță (Figura 7.18b).

Circuitele pod sunt incluse în circuitele PIC și OOS. În cazul unei punți duble în T, adâncimea feedback-ului este minimă la frecvența de rezonanță, iar câștigul la această frecvență este maxim. Când folosiți o punte Wien, câștigul la frecvența de rezonanță este maxim, deoarece adâncimea maximă a POS. În același timp, pentru a menține stabilitatea, adâncimea OOS introdusă folosind rezistențe și trebuie să fie mai mare decât adâncimea POS. Dacă adâncimile POS și OOS sunt apropiate, atunci un astfel de filtru poate avea un factor de calitate echivalent Q»2000.

Frecvența de rezonanță a unei punți duble T la și , și Podul Viena Şi , este egal , și este ales în funcție de condiția de stabilitate , pentru că Coeficientul de transmisie al podului Wien la frecvență este de 1/3.

Pentru a obține un filtru cu crestătură, o punte dublă în formă de T poate fi conectată așa cum se arată în Figura 7.18c, sau o punte Wien poate fi inclusă în circuitul OOS.

Pentru a construi un filtru activ reglabil, se folosește de obicei o punte Wien, ale cărei rezistențe sunt realizate sub forma unui rezistor variabil dublu.

Este posibil să se construiască un filtru universal activ (LPF, HPF și PF), a cărui versiune de circuit este prezentată în Figura 7.19.

Este alcătuit dintr-un adăugător de amplificator operațional și două filtre trece-jos de ordinul întâi pe amplificator operațional și , care sunt conectate în serie. Dacă , apoi frecvența de cuplare . LFC are o pantă de asimptote de ordinul a 40 dB/dec. Filtrul activ universal are o bună stabilitate a parametrilor și un factor de înaltă calitate (până la 100). În circuitele integrate seriale, este adesea folosit un principiu similar de construcție a filtrelor.

Giratoare

Un girator este un dispozitiv electronic care convertește impedanța elementelor reactive. De obicei, acesta este un convertor de capacitate la inductanță, de exemplu. echivalent cu inductanța. Uneori, giratoarele sunt numite sintetizatoare cu inductanță. Utilizarea pe scară largă a giratoarelor în circuitele integrate se explică prin marile dificultăți în fabricarea inductoarelor folosind tehnologia în stare solidă. Utilizarea giratoarelor face posibilă obținerea unei inductanțe relativ mari cu caracteristici bune de greutate și dimensiune.

Figura 7.20 prezintă o schemă electrică a uneia dintre opțiunile pentru un girator, care este un repetor op-amp acoperit de un PIC cu frecvență selectivă ( și ).

Deoarece capacitatea condensatorului scade odată cu creșterea frecvenței semnalului, tensiunea la punctul respectiv O va crește. Odată cu acesta, tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional va crește. Tensiunea crescută de la ieșire prin circuitul PIC este furnizată la intrarea neinversoare, ceea ce duce la o creștere suplimentară a tensiunii în punctul O, și cu cât este mai intens, cu atât frecvența este mai mare. Astfel, tensiunea în punct O se comportă ca tensiunea pe un inductor. Inductanța sintetizată este determinată de formula:

.

Factorul de calitate al unui girator este definit ca:

.

Una dintre principalele probleme la crearea giratoarelor este dificultatea de a obține echivalentul unei inductanțe în care ambele terminale nu sunt conectate la o magistrală comună. Un astfel de girator este realizat pe cel puțin patru amplificatoare operaționale. O altă problemă este gama relativ îngustă de frecvențe de funcționare a giratorului (până la câțiva kiloherți pentru amplificatoarele operaționale utilizate pe scară largă).

Creați-vă propriul filtru pentru subwoofer

Crearea propriului filtru pentru un subwoofer nu este atât de dificil pe cât pare la prima vedere. Decizia de a o face singur nu vine ușor.
Mai devreme sau mai târziu, toți pasionații audio auto devin profesioniști și încearcă în toate modurile să îmbunătățească sistemul audio. Cel mai simplu filtru trece-jos pentru un subwoofer și fabricarea acestuia va deveni una dintre soluțiile de modernizare.

Scop

Dincolo de limitele benzii „native” (reprodusă eficient), presiunea sonoră provenită de la difuzor scade considerabil și în același timp crește nivelul de distorsiune.
În acest caz, este pur și simplu stupid să vorbim despre un fel de calitate a sunetului și, prin urmare, pentru a rezolva problema, trebuie să folosiți mai multe difuzoare în sistemul audio (vezi).

Aceasta este realitatea: acest lucru se întâmplă atât în ​​acustica casei, cât și în audio auto. Aceasta nu este o știre.

În ceea ce privește acustica mașinii, aș dori să evidențiez două scheme tipice pentru construirea unui sistem de sunet, care sunt probabil familiare tuturor celor care nu sunt foarte familiarizați cu audio auto.
Vorbim despre următoarele scheme:

  • Cea mai populară schemă implică trei difuzoare. Acesta este un woofer (care vizează exclusiv cele joase), un difuzor de frecvență medie și joasă (midbass) și un tweeter responsabil pentru reproducerea frecvenței înalte.

Nota. Acest circuit este folosit mai ales de amatori și poate fi găsit în orice mașină unde circuitul acustic este utilizat corespunzător.

  • Următoarea schemă este pentru mai mulți profesioniști și participanți la competițiile audio auto. Aici, un difuzor separat este responsabil pentru fiecare dintre intervalele de frecvență.

Nota. În ciuda diferențelor semnificative, ambele scheme respectă aceeași regulă: fiecare difuzor este responsabil pentru reproducerea propriei benzi de frecvență și nu îi afectează pe alții.

Tocmai pentru a nu încălca această cerință sunt proiectate filtrele electrice, al căror rol este de a izola frecvențele „native” specifice și de a le suprima pe cele „străine”.

Tipuri de filtre

  • Un filtru notch este exact opusul unui filtru trece-bandă. Aici, banda prin care trece PF fără modificări este suprimată, iar benzile din afara acestui interval sunt îmbunătățite;
  • FINCH sau filtrul de suprimare a frecvenței infra-joase se deosebește. Principiul funcționării sale se bazează pe suprimarea frecvențelor înalte cu o rată de tăiere scăzută (10-30Hz). Scopul acestui filtru este de a proteja direct bassisterul.

Nota. Combinația mai multor filtre se numește crossover în acustică.

Opțiuni

Pe lângă tipurile de filtre, se obișnuiește să se separe parametrii acestora.
De exemplu, un parametru precum ordinea indică numărul de bobine și condensatoare (elemente reactive):

  • Ordinul 1 conține un singur element;
  • Ordinul 2 două elemente etc.

Un alt indicator, nu mai puțin important, este panta răspunsului în frecvență, care arată cât de puternic suprimă filtrul semnalele „străine”.

Pentru subwoofer

În principiu, orice filtru, inclusiv acesta, este o combinație de mai multe elemente. Aceste componente au proprietatea de a transmite selectiv semnale de anumite frecvențe.
Se obișnuiește să se separe trei scheme populare pentru acest separator pentru basist.
Acestea sunt prezentate mai jos:

  • Prima schemă implică cel mai simplu separator (care nu este greu de realizat cu propriile mâini). Este conceput ca un adunator și folosește un singur tranzistor.
    Desigur, o calitate serioasă a sunetului nu poate fi obținută cu un filtru atât de simplu, dar datorită simplității sale, este perfect pentru amatori și pasionați de radio începători;
  • Celelalte două scheme sunt mult mai complexe decât prima. Elementele construite conform acestor circuite sunt plasate între punctul de ieșire a semnalului și intrarea amplificatorului de bas.

Oricare ar fi separatorul, simplu sau complex, acesta trebuie să aibă următoarele caracteristici tehnice.

Un filtru simplu pentru un amplificator cu 2 cai

Acest separator nu necesită nicio configurare specială, iar asamblarea este la fel de ușoară ca o plăcintă. A fost realizat folosind op-amp-uri disponibile.

Nota. Acest circuit de filtru are un mic avantaj față de celelalte. Constă în faptul că atunci când canalul de joasă frecvență este supraîncărcat, distorsiunile acestuia sunt bine mascate de legătura de frecvență medie/înaltă și, prin urmare, sarcina negativă asupra auzului este redusă considerabil.

Să începem:

  • Aplicăm semnalul de intrare la intrarea amplificatorului operațional MC1 (îndeplinește funcția de filtru activ trece-jos);
  • Alimentam semnalul si la intrarea amplificatorului MC2 (in acest caz, vorbim despre un amplificator diferential);
  • Acum aplicăm semnalul de la ieșirea filtrului trece-jos MS1 la intrarea lui MS2.

Nota. Astfel, în MS2, partea de joasă frecvență a semnalului (intrare) este scăzută din spectru, iar partea de înaltă frecvență a semnalului apare la ieșire.

  • Oferim frecvența de tăiere a filtrului trece-jos specificată, care va deveni frecvența de încrucișare.

Procesul de realizare a unui filtru cu propriile mâini va necesita familiarizarea cu recenzia video tematică. În plus, va fi util să studiați fotografii detaliate - materiale, diagrame, alte instrucțiuni și multe altele.
Costul realizării și instalării singuri a filtrului este minim, deoarece practic nu sunt necesare cheltuieli.


O zi bună, dragi cititori! Astăzi vom vorbi despre asamblarea unui filtru trece-jos simplu. Dar, în ciuda simplității sale, calitatea filtrului nu este inferioară analogilor cumpărați din magazin. Deci, să începem!

Principalele caracteristici ale filtrului

  • Frecvența de tăiere 300 Hz, frecvențele mai mari sunt tăiate;
  • Tensiune de alimentare 9-30 Volti;
  • Filtrul consumă 7 mA.

Sistem

Circuitul filtrului este prezentat în următoarea figură:


Lista de piese:
  • DD1 - BA4558;
  • VD1 - D814B;
  • C1, C2 - 10 uF;
  • C3 - 0,033 uF;
  • C4 - 220 nf;
  • C5 - 100 nf;
  • C6 - 100 uF;
  • C7 - 10 uF;
  • C8 - 100 nf;
  • R1, R2 - 15 kOhm;
  • R3, R4 - 100 kOhm;
  • R5 - 47 kOhm;
  • R6, R7 - 10 kOhm;
  • R8 - 1 kOhm;
  • R9 - 100 kOhm - variabil;
  • R10 - 100 kOhm;
  • R11 - 2 kOhm.

Realizarea unui filtru trece-jos

O unitate de stabilizare a tensiunii este asamblată folosind rezistența R11, condensatorul C6 și dioda zener VD1.


Dacă tensiunea de alimentare este mai mică de 15 volți, atunci R11 ar trebui exclus.
Adunatorul semnalului de intrare este asamblat pe componentele R1, R2, C1, C2.


Poate fi exclus dacă la intrare este furnizat un semnal mono. În acest caz, sursa de semnal trebuie conectată direct la al doilea contact al microcircuitului.
DD1.1 amplifică semnalul de intrare, iar DD1.2 asamblează direct filtrul în sine.


Condensatorul C7 filtrează semnalul de ieșire, un control al sunetului este implementat pe R9, R10, C8, poate fi, de asemenea, exclus și semnalul poate fi eliminat din piciorul negativ al lui C7.
Ne-am dat seama de circuit, acum să trecem la realizarea plăcii de circuit imprimat. Pentru aceasta avem nevoie de laminat din fibra de sticla de 2x4 cm.
Fișier placa de filtrare trece-jos:

(descărcări: 420)



Slefuiți cu șmirghel cu granulație fină până devine lucioasă și degresați suprafața cu alcool. Imprimăm acest desen și îl transferăm pe textolit folosind metoda LUT.



Dacă este necesar, vopsiți potecile cu lac.
Acum ar trebui să pregătiți o soluție pentru gravare: dizolvați 1 parte de acid citric în trei părți de peroxid de hidrogen (respectiv proporție 1:3). Adăugați un vârf de sare în soluție; este un catalizator și nu este implicat în procesul de gravare.
Cufundam placa în soluția pregătită. Așteptăm ca excesul de cupru să se dizolve de la suprafața lui. La sfârșitul procesului de gravare, ne scoatem placa, o clătim cu apă curentă și îndepărtam tonerul cu acetonă.


Lipiți componentele folosind această fotografie ca ghid:


In prima versiune a desenului nu am facut gaura pentru R4, asa ca l-am lipit de jos acest defect este eliminat in documentul de download.
Pe partea din spate a plăcii trebuie să lipiți un jumper: