Grenzfrequenz von Mehrabschnittsfiltern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Der Autor des Artikels spricht über einige Aspekte des Aufbaus von Multi-Link-Frequenz-RC-Filtern und der Auswahl der Elemente dafür.

Wie Sie wissen, ist der Tiefpassfilter (LPF), dessen Schaltung in Abb. 1a leitet Signale von Gleichstrom bis zur Grenzfrequenz (Durchlassband) in die Last und dämpft Signale höherer Frequenz (Dämpfungsband). Als Grenzfrequenz f0 (Abb. 1b) wird diejenige angenommen, bei der die Kurve des Amplitudenfrequenzgangs (AFC) des Filters um 3 dB (genauer gesagt in √) abnimmt2 einmal). Dieser Pegel wurde gewählt, weil bei einer solchen Spannungsänderung die Signalleistung P=U2/r um das Zweifache abnimmt.

Die Grenzfrequenz eines Single-Link-RC-Filters (1. Ordnung) beträgt f0=1/2πτ, wobei τ = RC. Sein Frequenzgang ist sehr flach, im Dämpfungsband beträgt der charakteristische Abfall nur 6 dB pro Oktave (bei Verdoppelung der Frequenz) bzw. 20 dB pro Dekade (zehnfache).

Um die Steilheit der Rezession zu erhöhen, können Sie mehrere in Reihe geschaltete RC-Glieder verwenden. Damit sich die Links nicht gegenseitig beeinflussen, sind sie durch Pufferspannungsfolger getrennt, wie in Abb. 2, a.

Bei einem Zwei-Link-Filter beträgt der Frequenzgangabfall etwa 12 dB/Okt., bei einem Drei-Link-Filter 18 dB/Okt., bei einem Vier-Link-Filter 24 dB/Okt. usw. (Abb. 2). ,b; Auf der vertikalen Achse sind die Werte des normierten Übertragungskoeffizienten aufgetragen. Im Allgemeinen ist der Frequenzgang eines Filters mit mehreren Abschnitten das Produkt des Frequenzgangs seiner Abschnitte, und die Grenzfrequenz nimmt um α = 1/√ abn√2-1 Mal, wobei n die Anzahl der Links ist.

Auf Abb. 2b zeigt eine Abnahme der Grenzfrequenz f0 mit zunehmender Anzahl der Filterabschnitte. Die Tabelle zeigt die Werte von a für Filter mit der Anzahl der Links von 2 bis 10.

Ein solcher Filter kann problemlos auf jedem Verstärker mit beliebiger Verstärkung (größer und kleiner als Eins) implementiert werden, sogar mit unterschiedlichem Verstärkungsvorzeichen (d. h. mit oder ohne Invertierung). Nur der gesamte Spannungsübertragungskoeffizient Ku im Durchlassbereich ist gleich dem Produkt der Koeffizienten aller Verbindungen.

Ein weiterer Vorteil eines solchen Filters ist eine sehr „sanfte“, ohne Schwankungen und Emissionen, Reaktion auf Pegelsprünge des Eingangssignals.

Wenn ein Hochpassfilter auf den RC-Gliedern aufgebaut ist (Abb. 3, a), dann verringert sich nicht die Grenzfrequenz, sondern erhöht sich beim Hinzufügen jedes Glieds (Abb. 3, b), sondern der numerische Wert des Koeffizienten a bleibt gleich.

Eine solche Änderung der Grenzfrequenz muss beim Entwurf eines Geräts mit mehreren Stufen und einer entsprechenden Anzahl von Koppelkondensatoren berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise die Anzahl der Koppelkondensatoren 10 beträgt und die untere Grenzfrequenz 20 Hz betragen soll, dann sollte jeder durch den Kondensator gebildete Tiefpass zusammen mit dem Eingangswiderstand der darauf folgenden Stufe eine Grenzfrequenz haben Frequenz von ca. 5,4 Hz.

Gleiches gilt für die Auswahl der Korrekturkondensatoren OS, die die Charakteristik des Tiefpassfilters bilden. Wenn mehrere solcher Kondensatoren vorhanden sind oder RC-Glieder zwischen den Knoten des Geräts vorhanden sind, die das Frequenzband von oben begrenzen, muss die Grenzfrequenz jedes einzelnen von ihnen höher gewählt werden als die obere Betriebsfrequenz des gesamten Geräts als Ganzes.

Autor: A. Brazhniov, Pensa

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