Česká verze English version Deutsch version
www.amapro.cz & David Bazala [Elektronika]

Otevře webové stránky AmaPro


Otevře hlavní stránku společnosti AmaPro
Internetové stránky určené pro studenty středních a vysokých odborných škol.


amapro.cz/odkazy Projekt eliminuje vyhledávání klíčových slov na komerčních stránkách a v e-schopech.



Nový projekt AmaPro

Filtry

V oblasti vf a nf techniky se používají funkční bloky, které mají za úkol zpracovávat pouze určitá frekvenční pásma. K vymezení pracovní frekvenční oblasti se používají filtry. Filtry dělíme obecně na pasivní a aktivní. Pasivní filtry jsou složeny pouze z RLC součástek. Jejich strmost je určena z parametrů kvalit jednotlivých součástek. Zpravidla bývá strmost nedostačující a výstupní filtrovaný signál ztrácí výkonovou úroveň vůči vstupnímu. Pro kvalitnější filtry se používá součástek RLC zapojených s nějakým aktivním prvkem. Pak mluvíme o aktivních filtrech. Aktivní prvek může být tranzistor nebo operační zesilovač. Používá se i zpětných vazeb, které zvyšují strmost. Základními prvky pro vytvoření filtru je pásmová zádrž a propusť. Jejich obvodovou kombinací vzniká pásmový filtr. Filtr je definován svou frekvenční šířkou (B), která je dána rozdílem horní a dolní frekvence. Parametrem určující kvalitu filtru je strmost. V aktivní oblasti frekvenčního pásma filtru se sleduje i frekvenční stabilita. Požaduje se stabilní frekvenční útlum v celé šíři pásma filtru. Řekli jsme si, že se filtr skládá ze dvou částí. Frekvenční propusti a frekvenční zádrži. Popišme si jednotlivé obvody a potom je spojíme dohromady a popíšeme si vlastnosti vzniklého filtru.



Horní frekvenční propusť

Obr.1: Funkční blokové schéma horní propustí

Horní frekvenční propusť, nebo-li také dolní frekvenční zádrž je obvod, který má za úkol propouštět všechny vysoké frekvence až po námi určenou dolní frekvenci fd. fd nazýváme jako ořezávací, neboť zde je nejdůležitější zlom frekvenčního charakteru propusti. fd je určeno poklesem útlumu o 3 dB od lineární části frekvenční charakteristiky. Frekvence od bodu fd dolů budou filtrem potlačovány.

Obr. 2: Frekvenční charakteristika horní propusti

Z obr. 2 je vidět, že frekvence blízké fd jsou potlačovány méně. Jedná se o strmost, která charakterizuje kvalitu ořezání. Ideální propusť by se chovala tak, že frekvence nad fd by procházely s nulovým útlumem a frekvenční pásmo pod fd by bylo plně potlačeno. Bohužel v praxi tomu tak není. Nejjednodušší horní frekvenční propusť lze sestavit pomocí LC a RC součástek. Obvodové schéma je na obr 3.

a) RC horní propusť

b) LC horní propusť

Obr.3: Ukázky nejjednodušších horních propustí pomocí RLC součástek

Z obvodového zapojení kondenzátoru v horní propusti je patrné, že kondenzátor pracuje jako kapacitní vazba. Odděluje (o proti dolní propusti) statické body předchozího a následujícího obvodu. U obvodu LC je nutno uvážit reálnou hodnotu odporu cívky, která se výrazně projevuje v hodnotě výstupní impedance. Pro další navazující obvod může způsobit problémy s nastavením pracovního bodu v jeho vstupní části. Zpravidla se při LC horní propusti používá jiné vazby než klasické vazby proti zemi. Důvodem je nízká hodnota reálného odporu vinutí cívky.



Dolní frekvenční propusť

Obr.4: Funkční blokové schéma dolní frekvenční propusti

Analogicky k horní frekvenční propusti lze sestavit i dolní frekvenční propusť, nebo-li horní zádrž. Úkolem dolní propusti je propouštět všechny nízké frekvence až po mezní horní fh kmitočet. fh je opět ořezávací frekvence pro vyšší frekvence a platí zde stejné vlastnosti o kvalitě strmosti jako u horní propusti.

Obr.5: Frekvenční charakteristika dolní frekvenční propusti

Specifikou dolní frekvenční propusti je to, že na rozdíl od horní frekvenční propusti propouští i stejnosměrné složky, nebo-li statické body v obvodech. Považujeme-li dolní frekvenční propusť za funkční blok, nesmíme opomenout vlastnosti vazeb mezi předchozím a následujícím funkčním blokem. Použití kapacitní vazby musí být uvědomělé, abychom nenarušili frekvenční charakter dolní propusti. Sériový kondenzátor by pracoval jako dolní zádrž a tím by ořezával nižší kmitočty. Na obr. 6 je frekvenční charakter při použití kapacitní vazby.

Obr.6: Vliv vazebního kondenzátoru na nižší frekvence dolní propusti

Použití kapacitní vazby způsobí oddělení statických bodů v obvodě, ale omezí nižší kmitočty pod hranicí fcv. Dle velikosti kapacity vazebního kondenzátoru bude udána frekvence fcv. Nevyžadují-li funkční obvodové zapojení průchodu nízkých frekvencí, lze kapacitní vazbu použít s ohledem na nejnižší možný pracovní kmitočet.

Na obr. 7 jsou obvodová zapojení nejjednodušších dolních propustí tvořena kombinací RC a LC součástkami. Porovnáme-li opticky kombinaci RLC součástek, vidíme jednoduché prohození o proti horní propusti. Pro jednoduchost zjištění, o jakou zádrž se jedná, můžeme použít vlastnosti kondenzátoru. Kondenzátor propouští vyšší frekvence. Kondenzátor dle zapojení obr. 7 propouští vf tak, že je zkratuje, nebo-li způsobuje jejich zánik. Naopak kondenzátor dle zapojení na obr. 3 vf propouští na výstup.

a) RC dolní propusť

b) LC dolní propusť

Obr.7: Ukázky nejjednodušších dolních propustí pomocí RLC součástek



Frekvenční pásmová propusť

Za pomocí kombinace dolní a horní propusti lze sestavit filtr, který propouští pouze určené frekvenční pásmo. Hranice dolní a horní frekvence propouštěné filtrem jsou dány jednotlivým naladěním obou propustí. Rozdíl horní a dolní frekvence nám udává šířku propouštěného pásma. Filtry mají v elektronice své místo a setkáváme se s nimi téměř v každé oblasti. U vf obvodů se filtrů používá velmi často. Nároky na kvalitu filtrů jsou různé. Definujícím parametrem kvality filtrů jsou strmosti. Nejčastěji používané filtry jsou pomocí RLC součástek. Hodnotu strmosti potom udávají kvality LC součástek. U kondenzátoru se jedná o ztrátový činitel a u cívek o velikost reálného odporu vinutí cívky. Obecně platí, že čím je vyšší reálný odpor cívky, tím méně strmější jsou frekvenční charakteristiky. V případě umělého snížení strmosti se používá rezistoru, který je připojen sériově k cívce.

Obr.8: Frekvenční charakteristika propusti

Na obr.8 je nakreslena frekvenční charakteristika propusti, která nám ukazuje frekvenční pásmo, které je dáno v oblasti mezi frekvencemi dolní a horní ořezávací frekvence jednotlivých propustí. Šířka frekvenčního propouštěného pásma je dána poklesem o 3 dB. Tato hodnota je informační, ale nespecifikuje kvalitu filtru. Kvalitu filtru lze matematicky vyjádřit poklesem úrovně (v dB) o určitý frekvenční odstup (oktávu). Na obr.9 jsou znázorněny různě kvalitní filtry. Nejlépe je kvalita filtru pozorovatelná opticky, ale musíme akceptovat případnou logaritmickou stupnici a řádové hodnoty frekvencí.

Obr. 9 : Ukázky strmostí různých kvalitních filtrů

Na obr. 9a je znázorněna strmost ideálního filtru. Té přirozeně nelze v praxi dosáhnout. Na obr. 9b je strmost vysoká. Jsou-li kladeny vysoké požadavky na strmost, lze pomocí speciálních zpětnovazebních obvodů s OZ (aktivní filtry) dosáhnout kvalitnějších strmostí. Nejjednodušší filtry lze sestavit pomocí základních RLC součástek. Mluvíme pak o pasivních filtrech (obr. 9c).

Obr.10: Pasivní frekvenční horní propusť

Na obr.10 je schéma nejjednodušší frekvenční propusti sestavená z kondenzátorů. Dolní frekvenci určuje kondenzátor Cs, který propouští všechny vyšší frekvence. Horní frekvenci propuštěného pásma určuje svou hodnotou Cp, který všechny vyšší frekvence potlačuje (zkratuje). Hranice ořezávacích frekvencí musí být takové, aby vytvořily požadované propouštěné frekvenční pásmo. Jedná se o nejjednodušší a velmi často používaný filtr. Jeho kvalita je dána parametry kondenzátoru. V obvodovém zapojení většího elektrického obvodu se nám může stát, že nepoznáme funkční zapojení těchto kondenzátorů a nebudeme respektovat jeho vliv. Snadno se může stát, že kondenzátory budeme považovat za vazební. Metoda, která je popisována, je členění části obvodů do funkčních bloků a má tuto situaci řešit.



Frekvenční pásmová zádrž

Analogicky opačnou frekvenční charakteristiku o proti pásmové propusti lze sestavit i pásmovou zádrž. Tento filtr se používá v případě, kdy potřebujeme zamezit průchodu nějaké frekvenční oblasti dále do obvodů. Šířka pásma je opět dána rozdílem horní a dolní ořezávací frekvence. Problematika strmosti je stejná jako u ostatních filtrů. Pásmovou zádrž lze provozovat jako aktivní a pasivní funkční blok. Definují se parametry odstupu potlačeného signálu k průchozímu. U pasivních zádrží dochází vlivem filtrace k poklesu úrovně signálu.

Obr.11: Frekvenční charakteristika pásmové zádrže

Pásmových propustí a zádrží se velmi často používá v televizní a vf technice. Ačkoliv lze v praxi použít jednoduchých zádrží, používají se složitější a kombinované zapojení RLC součástek. Filtr je potom složen z mnoha součástek a jeho optické vnímání ze schématu je obtížné. Důvodem složitějších zádrží jsou vyšší nároky na strmost. Pro nás složitější zapojení filtru představuje funkční blok, pro které jsou určeny vstupně výstupní parametry.


Považujeme-li filtr za funkční blok a budeme-li na něj aplikovat parametry funkčních bloků, musíme akceptovat další obvodový vliv. Jedním ze základních parametrů funkčního bloku je tvarové zkreslení. Známe-li průběh a charakter vstupního signálů, můžeme určit i charakter výstupního signálu. Problém nastává ve funkčním zapojení součástek. Stejného obvodového zapojení součástek lze použít pro i jiné účely. Využití funkčního bloku zvaného filtru je v obvodech nf a vf signálu, který je zpravidla superponován na určitou hodnotu napětí. Podstatný je průběh a hodnota frekvence signálu, eventuelně jeho frekvenční šířka. U harmonických signálů je vliv filtru na tvarové zkreslení minimální. Filtr ovlivňuje útlumy jednotlivých frekvencí. U neharmonických superponovaných signálů (pila, obdélník) může filtr působit jako integrační a derivační člen, který způsobuje tvarové zkreslení. Kdybychom k filtru připojili signál digitálního charakteru (log1,0), způsobil by filtr znatelné tvarové zkreslení.



  • Katalog součástek : Rezistory, potenciometry Tesla
  • Barevné značení odporů TESLA
  • Články o rezistoru jako odporu
  • Poruchy rezistoru v obvodech


  • Katalog součástek : Kondenzátory Tesla
  • Barevné značení diskových kondenzátorů
  • Barevné značení kondenzátorů TESLA
  • Články o kondenzátorech
  • Poruchy kondenzátoru v obvodech


  • Články o cívce a indukčnosti
  • Poruchy cívek v obvodech


  • Abecední seznam všech článků Vyhledání pojmů ve článcích




    Polovodičová technika
    Analýzy a navrhování obvodů s polovodičovými součástkami.
    elektronika/polovodicova_technika
    Lineární obvody
    Lineární a diskrétní součástky v zapojeních
    ar/konstrukce_ar_3/obsah_ar3.php
    Řazení typů součástek
    Abecední katalog součástek
    katalog_abc_soucastky.php
    Lineární součástky
    Starší zapojení, zdroje a zesilovače
    ar/konstrukce_ar_3/rejstrik.php
    Mezní hodnoty součástek
    Maximální a minimální hodnoty proudu a napětí, závěrné proudy a průrazná napětí
    mezni_hodnoty/obsah.php
    Prodejci součástek
    Seznam firem prodávajících elektronické součástky
    katalogy/prodejci_soucastek/
    Digitální součástky
    Příklady užití integrovaných obvodů v praktických obvodech
    konstrukce_ar_2/rejstrik.php
    Elektronické obvody
    Setřídění elektronických obvodů dle funkcionality zapojení
    katalogy/fb_csm/index.php
    Články o elektronice
    Seznam zajímavých článků z prostředí elektroniky
    internet/elektronika.php
    Otevře stránky Fulltextové vyhledávání na celém serveru
    Digitalizované odborné knihy
    Velká encyklopedie pojmů a zkratek
    Česko - anglicko - německý technický slovník
    Klasický katalog firem, služeb a stránek
    OnLine překladač  vět a textů (nepoužívá Google)
    Stránky pro chvíle oddechu od studia, relaxace
    Katalog českých firem dle technologií
    Internetový odkazník
    Otevře hlavní stranu pro oddíl elektroniky




     Wikipedie   Seznam stránek   Kapitoly témat   Významné servery   Klíčová slova 








    Otevře hlavní stranu společnosti AmaPro

    Všechna práva vyhrazena. Určeno jen pro osobní využití. Bez předchozího písemného souhlasu správce www.amapro.cz je zakázána jakákoli další publikace, přetištění nebo distribuce jakéhokoli materiálu nebo části materiálu zveřejněného na www.amapro.cz a to včetně šíření prostřednictvím elektronické pošty. Články, jejichž přímým autorem není amapro.cz lze publikovat pouze se souhlasem jejich majitelů či administrátoru příslušného webu.