ВУ”КОЛЕЖ ПО ТЕЛЕКОМУНИКАЦИИ И ПОЩИ” Реактивни филтри Изготвил: Милен Симеонов Ф.н.120381

Съдържание Общи сведения за електрическите филтри Верижни реактивни филтри Филтри от типа К Производни филтри тип – m Характерни особености, предимства и недостатъци на m – производните филтри Приложение на реактивните филтри

Общи сведения за електрическите филтри Електрическият филтър е четириполюсник, който пропуска трептения с определени честоти без забележително затихване и спира трептенията с останалите честоти.Съобразно с пропусканата лента филтрите се подразделят на нискочестотни, високочестотни, лентови и режекторни. Нискочестотният фйлтър има лента на пропускане от 0 до ωc

Високочестотния филтър има лента на пропускане от ωc до безкрайност Лентовият филтър, както се подразбира от наименованието му, пропуска трептения с честоти от ωc1 до ωc2

Режекторният (спиращият) филтър спира трептенията с честоти от ωc1 до ωc1, а останалите пропуска с минимално затихване.

Верижните филтри се изграждат чрез свързване на 2 Г звена. Верижни реактивни филтри Верижните филтри се изграждат чрез свързване на 2 Г звена.  

Верижните филтри Т-звено се изграждат чрез свързване на 2 Г звена.   Т-звено

Т звеното се образува от две Г звена Т звеното се образува от две Г звена.Надлъжните съпротивления ca Z1, а напречното е образувано от паралелно свързване на две напречни съпротивления Z2. Характеристичното съпротивление, както е известно от теоретичната електротехника, е Известно е още, че когато филтърът е натоварен с характеристичното съпротивление Константата на предаването е комплексна величина Нейните съставки се наричат съответно: a - константа на затихването; b - фазова константа. Константата на предаването може да се определи чрез елементите на Т звеното в съответствие със зависимостта

Верижните филтри П-звено се изграждат чрез свързване на 2 Г звена.

Константата на предаването е същата, както при Т звеното П звеното също се изгражда от две Г звена но се получава 2Z1, а характеристичното съпротивление е Константата на предаването е същата, както при Т звеното За лентата на пропускане на двете звена a=0, b≠0. По тази причина g=jb или Тъй като cos b 1, съпротивленията Z1 и Z2 трябва да са от различен вид (капацитивно и индуктивно). За лентата на непропускане (спиране) могат да се направят някои изводи. Вече е ясно, че chg е реална величина. Тогава изразът

Филтри от типа К За филтрите от типа К важи следното условие . Числото К е реално и не зависи от честотата. В този смисъл съпротивленията Z1 и Z2 са обратни. - Нискочестотен филтър - Високочестотен филтър - Лентов филтър - Режекторен филтър - Предимства и недостатъци на К – филтрите

Граничните честоти се определят от условията Нискочестотен филтър За тези звена Граничните честоти се определят от условията

Нискочестотен филтър За лентата на пропускане а = 0 и в съответствие с ; се получава За лентата на непропускане в съответствие с

Нискочестотен филтър Графиките на зависимостите на a и b от честотата са

Нискочестотен филтър Т - звено

Нискочестотен филтър П - звено

Високочестотен филтър За това звено важат условията Граничните честоти се определят от условията За лентата на пропускане важи

Високочестотен филтър За лентата на непропускане Графиките на зависимостите на a и b от честотата са

Високочестотен филтър Т - звено

Високочестотен филтър П - звено

Лентов филтър Съпротивленията са Z1 и Z2 Граничните честоти са

За лентата на пропускане важи зависимостта . Зависимостта на константата на затихването от честотата е Фазовата константа е

Лентов филтър-последователно свързани НЧФ и ВЧФ Лентоф филтър – мост на Робинзон – Вин

Режекторен филтър-паралелно свързани НЧФ и ВЧФ Аналогични са разглежданията и изводите за режекторните филтри. Схемата на Г звеното се състои от последователен трептящ кръг, свързан паралелно на входа, а след него в хоризонталния клон е включен паралелен трептящ кръг. Първият има шунтиращо, а вторият - спиращо влияние за лентата около ω0.

Зависимостта на константата на затихването и на фазовата константа от честотата е

Режекторен филтър-паралелно свързани НЧФ и ВЧФ C L Режекторен филтър – мост на Робинзон – Вин

Предимства и недостатъци на К-филтрите Предимства на филтри тип К : Затихването им в лентата на непропускане непрекъснато нараства при отдалечаване от граничните честоти, което е валидно при липса на паразитни реактивни връзки между елементите на филтъра; За реализирането им са необходими сравнително малък брой елементи. Недостатъци на филтри тип К : При тези филтри не се получава рязка граница между лентата на пропускане и лентата на непропускане, което затруднява отделянето на полезните сигнали от смущаващите. Това се избягва чрез използване на многозвенен филтър.

Показан е тризвенен филтър тип К, съставен от еднотипни нискочестотни Т-образни звена. Стръмността на характеристиката a(ω) нараства при увеличение на броя на използуваните звена. Това се вижда от следната графика: Недостатъци на многозвенните филтри са: - усложняване на схемата на филтъра вследствие на увеличения брой на използуваните елементи; - наличието на определено затихване на реалния филтър в лентата на пропускане.

Значителната неравномерност на характеристичното съпротивление на К филтрите в лентата на пропускане. Нелинейността на фазовата им характеристика b (ω) в лентата на препускане Недостатъците на К - филтрите са избягнати при т. нар. m-производни филтри Нискочестотен К филтър и производени филтри с честоти ωгр и ω∞

Честотната характеристика a(ω) на разглежданите производни филтри и на техния прототип - нискочестотния K - филтър

Производни филтри. Стойностите на елементите и свойствата на филтрите от разглеждания тип, зависят от специално въведен бездименсионен параметър т, за това разглежданите производни филтри се наричат филтри тип т. Съпротивлението Z1m се отличава от Z1 с един множител т, който е положително число Характеристичните съпротивления ZTm и ZT трябва да са еднакви Създаването на т производните филтри се основава на К филтрите.

m трябва да попада в интервала от 0 до 1 Г звено на К филтър Г звено на m производен филтър Граничните честоти на двата вида филтри са:

При определена честота образуваният от Z2m последователен трептящ кръг е в резонанс, което означава, че Z2m → 0, а затихването а →∞ . Графики, които показват зависимостта на a, ZT/R0 и R0/ZП от f/f0 . За параметър е използувано числото m.

Недостатъците на К филтрите се преодоляват в определена степен чрез свързване на входа и изхода на Г звена от m филтри Първият случай е на верижно свързани Т звена на К филтри, а вторият — на П звена.

Характерни особености, предимства и недостатъци на m - производните филтри. Последователно-производните и паралелно-производните филтри тип т имат еднакви характеристики a(ω) и К(ω); Честотните характеристики ZTm (ω) на последователно-производния филтър и характеристиката ZПm(ω) на паралелно-производния филтър тип т са еднакви със зависимостите съответно ZT (ω) и ZП(ω) на изходните К – филтри; При подходяща стойност на параметъра т характеристиките ZПm(ω) на последователно-производните филтри и ZTm(ω) на паралелно-производните филтри зависят в лентата на пропускане значително по-малко от честотата, отколкото характеристиките ZП(ω) и ZT(ω) на изходните К - филтри.

Последователно-производните филтри тип т- Г- образни При паралелно включване на филтрите предимство има П-образната схема на последователно-производните звена в сравнение с Т-образната схема на паралелно-производните звена; П-образната схема на последователно-производния филтър и Т-образната схема на паралелно-производния филтър тип т могат да се съгласуват със съответните К - филтри, ако се използуват Г - образните полузвена на производните филтри. Последователно-производните филтри тип т- Г- образни Нискочестотен филтър Високочестотен филтър

Лентов Лентов фитър Заграждащ филтър

Последователно-производните филтри тип т- Т- образни Нискочестотен Нискочестотен фитър Нискочестотен Нискочестотен Високочестотен филтър Високочестотен

Лентов филтър Заграждащ филтър

Предимствата на филтрите тип m в сравнение с К – филтрите са следните: Чрез тях може да се получат честотни характеристики a(ω) и К(ω) с голяма стръмност, която нараства с намаляване стойността на параметъра m. Характеристичното съпротивление на П - образната схема на последователното - производния филтър и характеристичното съпротивление на Т - образната схема на паралелно – производния филтър тип m се изменят малко в лентата на пропускане, което обезпечава добро съгласуване на филтъра с товара. Недостатъци на филтрите тип m в сравнение с К – филтрите са следните: Имат сложна схема и трудна настройка. Фазово честотната им характеристика b(ω) е нелинейна, като кривината на тази характеристика расте с намаляване на т. Честотите на безкрайното затихване ω∞1 и ω∞2 на лентовия и на заграждащия производен филтър са зависими една от друга. Намалението на затихването му а в честотната област от лентата на непропускане, в която двете рамена на филтъра имат еднакъв характер.

За избягване на този недостатък се препоръчва конструирането на т. нар За избягване на този недостатък се препоръчва конструирането на т.нар.комбинирани филтри , които се състоят от няколко верижно свързани т - производни звена с различни стойности на параметъра т и едно или повече К - звена.

Честотните характеристики на нискочестотно т -производно звено

Честотните характеристики Крива 1 - комбиниран филтър Крива 2 - тризвенен нискочестотен филтър

Приложение на реактивни филтри. Реактивните филтри за ниски честоти имат недостатъци, които ги правят неприложими или най – малко нежелани в съвременните комуникационни системи при ниски и средни честоти. Те са обемисти, тежки, технологично несъвместими с микроминиатюризацията на останалите елементи. Не издържат на ускорения, удари и вибрации. Влияят се от електромагнитни и електростатични полета. В същото време са незаменими при СВЧ системи. Топологии на микролентовата линия(ММЛ) на най-често срещани СВЧ Кондензатори

Бобини Еквивалентни схеми Тези елементи се изготвят от къси отрязъци от МЛЛ (l <L /8) с различни характеристични съпротивления.

СВЧ филтри, включващи елементи с разпределени параметри, еквивалентни електрически схеми и честотни характеристики на работното затихване L. Нискочестотен филтър

Високочестотен филтър

Лентов филтър

Заграждащ филтър

Най-често срещаните в СВЧ интегралните схеми топологии на МЛЛ Кондензатори Бобини Трептящи кръгове

Благодаря за вниманието