Пассивный полосовой фильтр
Полосовой фильтр отделяет определенный диапазон частот от других в пределах определенной группы частот. Некоторые сложные электрические схемы могут оказаться неподходящими для прохождения через них очень низких частот с частотой 0 Гц или очень высоких частот. Пассивный полосовой фильтр выполняет функции частотной избирательности в зависимости от последовательной комбинации резисторов и конденсаторов в их цепи. Они блокируют как нижние, так и верхние частоты за пределами их избирательного диапазона полосы пропускания. Эти фильтры состоят из фильтров нижних и верхних частот.
Строительство
Типичный полосовой фильтр должен представлять собой две RC-цепи, как показано ниже:
Одна сеть RC используется последовательно, а другая сеть RC используется параллельно. Значениями частоты среза можно управлять с помощью резисторов и конденсаторов, используемых в схеме полосового фильтра. Он может обеспечивать широкий диапазон частот или узкий диапазон частот, в зависимости от значений частоты среза. Поэтому определенный диапазон полос пропускания частот называется полосой пропускания.
Кривая частотной характеристики
Кривая частотной характеристики показана ниже. Кривая частотной характеристики показывает два предела частоты среза: нижний предел частоты среза fL и верхний предел частоты среза fH. Все частоты ниже нижней частоты среза fL блокируются до тех пор, пока выходной сигнал полосового фильтра не поднимется со скоростью 20 дБ/декада. Затем выходной сигнал достигает максимального значения 70,7% и остается постоянным для определенного диапазона частот до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел частоты fH. Выходной сигнал снова начинает падать с наклоном -20 дБ/декада.
Максимальное усиление -3 дБ обозначено как при восходящей, так и при нисходящей тенденции на рисунке ниже. Следовательно, среднее геометрическое этих двух частотных точек обеспечивает точку резонанса или точку центральной частоты.
Резонансная частота
Среднее геометрическое верхней частоты среза и нижней частоты среза выражается как:
fr представляет собой центральную частоту, тогда как fh представляет верхнее значение частоты среза, а fl обозначает нижнее значение частоты среза.
Сдвиг фазы
Полосовые фильтры являются фильтрами второго порядка. Это означает наличие в его схеме двух комбинаций пассивных элементов. Фазовый угол фильтров второго порядка будет в два раза больше фазового угла фильтров первого порядка. Это означает, что фазовый угол в полосовом фильтре должен составлять 180 градусов. Фазовый сдвиг показывал +90 градусов до центральной частоты и -90 градусов после точки центральной частоты.
Верхняя и нижняя частоты среза
Значения верхней и нижней частоты можно рассчитать так же, как расчеты частоты в фильтрах нижних и верхних частот. Общее выражение дается следующим образом:
Пример:
Должен быть разработан полосовой фильтр, который пропускает частоты от 5 до 40 кГц. Предполагая, что резисторы имеют сопротивление 20 кОм, рассчитайте номиналы конденсаторов и нарисуйте окончательный полосовой фильтр.
Используя общее выражение верхней и нижней частоты среза:
Значение конденсатора верхних частот можно рассчитать, используя нижний предел частоты:
Значение конденсатора нижних частот можно рассчитать, используя верхний предел частоты:
Заключение
Полосовые фильтры работают по принципу пропускания избирательного диапазона частот, блокируя все более низкие или более высокие. По своей конструкции они состоят как из фильтров нижних частот, так и из сетей фильтров верхних частот.