Фильтры верхних частот

Простейший пассивный фильтр верхних частот — дифференцирующее RC-звено (рис. 3.32, а), коэффициент передачи которого:

где К ((о) = (от f 1 + шЧ²] ^,/2; <�р (со) = arctg [сох]^-1; т = RC.

Избирательность однозвенного пассивного /?С-фильтра низка и составляет 6 дБ/окт. Использование многозвенных разделенных повторителями /?С-фильтров, как и в случае фильтров нижних частот, позволяет увеличить избирательность.

Однако значительно большую избирательность можно получить в многозвенных LC-фильтрах.

Схема простейшего LC-фильтра приведена на рис. 3.32, б.

LC-элементы этого фильтра определяются по формулам:

где/" — нижняя граничная частота полосы пропускания.

В области сравнительно низких частот (ниже 100 кГц) фильтры верхних частот обычно выполняются активными и в зависимости от вида фильтруемых сигналов могут быть фильтрами Баттерворта, Чебышева или Бесселя (в зависимости от соотношений параметров составляющих их компонентов).

Принципиальная схема фильтра верхних частот с использованием умеренной положительной связи приведена на рис. 3.32, в.

Особенностью фильтра является то, что в нем (относительно дуального ему фильтра нижних частот, см. рис. 3.29, г) заменены местами резисторы и конденсаторы. При этом для фильтров Баттерворта все параметры остаются прежними: и коэффициенты передачи К₀, и граничные частоты, — но они становятся уже нижними граничными со,. Сохраняется и крутизна спада К (о) на переходном участке.

Для фильтров Чебышева и Бесселя значения коэффициентов передачи К₀ также не изменяются, но коэффициенты в значениях частоты меняются на обратные. В частности, для двухполюсного фильтра.

Рис. 3.32. Фильтры верхних частот: простейший на основе ЯС-элементов (а;, на основе LC-элементов активный с положительной обратной связью (в) с двухпетлевой цепью отрицательной обратной связи (г).

верхних частот Чебышева, имеющего неравномерность коэффициента передачи в полосе пропускания 0,5 дБ, коэффициент усиления К₀ = 1,842 остается без изменения, а граничная частота полосы пропускания определяется как

Для двухполюсного фильтра верхних частот Бесселя К₀ = 1,268 (т. е. также не изменяется), а вот со, = 1,27A/RC.

Недостатки активных фильтров верхних частот с ограниченной по глубине положительной обратной связью те же, что и подобных им фильтров нижних частот, т. е. существенная чувствительность к изменениям температуры и напряжений источников питания. Поэтому в настоящее время чаще используются активные фильтры с многопетлевой отрицательной обратной связью.

На рис. 3.32, г дана схема такого двухполюсного фильтра Баттерворта верхних частот с двухпетлевой цепью отрицательной обратной связи. Коэффициент передачи фильтра:

где р = j (jy_f. со_н = 0,225/R₂C₂ — нижняя граничная частота полосы пропускания.

В общем случае, изменяя соотношения параметров /?С-комионентов, можно, как и ранее, получить любой другой вид амплитудно-частотной характеристики.

Контрольные вопросы.

• 1. Как изменится амплитудно-частотная характеристика фильтра верхних частот (рис. 3.32, а), если сопротивления резисторов будут выбраны равными: /?_д = 10 Ом, /?_Б = 1000 кОм?
• 2. Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику фильтра, составленного из последовательно соединенных фильтра верхних частот и компенсационного фильтра, выполненного на основе точно такого же фильтра верхних частот. Сравните полученную характеристику с характеристикой фильтра, рассмотренного вами в вопросе 3 к п. 3.7.