• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Filtr - elektronika



    Podstrony: 1 [2] [3] [4]
    Przeczytaj także...
    Filtry aktywne nie wykorzystują zazwyczaj własności elementów RLC, ale wzmacniaczy operacyjnych i konwerterów impedancji przy wspomaganiu specjalnymi elementami sterującymi oraz dostarczającymi energię do filtrowanego układu. Zawierają one zarówno obwody RLC, jak również elementy dostarczające energię do filtrowanego układu np. wzmacniacze czy układy nieliniowe.Filtr dolnoprzepustowy – układ elektroniczny, akustyczny lub inny element przetwarzający sygnał (np. odpowiedni algorytm) przepuszczający częstotliwości sygnału poniżej ustalonej częstotliwości granicznej, tłumi składowe widma leżące w górnej jego części. Układ elektryczny zbudowany jest zazwyczaj z cewki i jednego kondensatora lub opornika i kondensatora. Ma jedno pasmo przepustowe i jedno tłumiące. Filtr dolnoprzepustowy jest układem całkującym stratnym. Wielkością charakteryzującą taki układ jest transmitancja, określana jako stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego. Często zapisuje się ją w postaci operatorowej:
    Idealne charakterystyki częstotliwościowe różnych rodzajów filtrów

    Filtr – fragment obwodu elektrycznego lub obwodu elektronicznego odpowiedzialny za przepuszczanie lub blokowanie sygnałów w określonym zakresie częstotliwości lub zawierającego określone harmoniczne.

    Podział filtrów[ | edytuj kod]

    Ze względu na przeznaczenie filtry można podzielić na cztery podstawowe rodzaje (zob. rys. obok):

    Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Wyraża to wzórProstownik jest to element lub zestaw elementów elektronicznych służący do zamiany napięcia przemiennego na napięcie jednego znaku, które po dalszym odfiltrowaniu może być zmienione na napięcie stałe.
  • dolnoprzepustowe,
  • górnoprzepustowe,
  • środkowoprzepustowe,
  • środkowozaporowe.
  • Ze względu na konstrukcję i rodzaj działania filtry można podzielić na:

  • pasywne – nie zawierają elementów dostarczających energii do obwodu drgającego, zawierają tylko elementy RLC:
  • jednostopniowe,
  • wielostopniowe,
  • aktywne – zawierają zarówno elementy RLC, jak również i elementy dostarczające energię do filtrowanego układu np. wzmacniacze, układy nieliniowe.
  • Filtry można również podzielić na typy obwodów w jakich są używane:

    Pasmo zaporowe filtru – umowny przedział częstotliwości o skończonej lub nieskończonej szerokości, dla którego filtr wnosi tłumienie nie mniejsze niż przyjęte minimalne tłumienie dla pasma zaporowego. Składowe widmowe sygnału wejściowego wypadające w przedziale częstotliwości pasma zaporowego są przez filtr tłumione.Prąd tętniący – prąd elektryczny okresowo zmienny, którego wartość średnia całookresowa w ciągu jednego okresu jest różna od zera. Oznacza to, że taki prąd posiada składową stałą.
  • analogowe,
  • cyfrowe.
  • Filtrowanie napięcia tętniącego za pomocą pasywnego filtra dolnoprzepustowego

    Filtry pasywne[ | edytuj kod]

     Osobny artykuł: Filtr pasywny.

    Filtry pasywne są wykonane tylko z pasywnych elementów RLC. Przy odpowiednim połączeniu tych elementów można uzyskać wszystkie typy filtrów widocznych na rys. 1. Prócz tego, filtry pasywne wykonuje się też jako elementy z materiałów piezoelektrycznych z odpowiednio napylonymi elektrodami.

    Prąd stały (ang. direct current, DC) – prąd stały charakteryzuje się stałym zwrotem oraz kierunkiem przepływu ładunków elektrycznych, w odróżnieniu od prądu zmiennego i przemiennego – (AC, ang. alternating current).Mikroprocesor – układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony o wielkim stopniu integracji (LSI) zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według dostarczonego ciągu instrukcji.

    Najprostszym rodzajem filtra pasywnego, szeroko stosowanego w elektronice, jest filtr dolnoprzepustowy w postaci kondensatora o dużej pojemności połączonego równolegle do filtrowanego napięcia (z ewentualnym szeregowym opornikiem). Urządzenia elektroniczne są często zasilane z sieci energetycznej za pomocą zasilaczy, w których napięcie sieci (o skutecznej wartości 230 V) jest transformowane na niskie napięcie użyteczne (np. 12 V), które jest następnie prostowane za pomocą prostownika dwupołówkowego. Napięcie wyjściowe takiego prostownika ma przebieg tętniący (zobacz rysunek). Dopiero równoległe dołączenie kondensatora o odpowiedniej pojemności powoduje znaczne zmniejszenie amplitudy tętnień, czyli proces filtrowania. Im większa jest pojemność użytego kondensatora, tym napięcie wyjściowe ma przebieg bardziej zbliżony do przebiegu stałego.

    Wartość skuteczna (w j. ang. rms od Root Mean Square – średnia kwadratowa) – statystyczna miara sygnału okresowo zmiennego (najczęściej dotyczy wielkości elektrycznych prądu i napięcia).Połączenie szeregowe (obwód szeregowy) jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym koniec jednego elementu łączy się z początkiem następnego. Połączenie takie tworzy szereg (łańcuch) elementów, w którym prąd elektryczny musi przepływać kolejno przez wszystkie elementy (natężenie prądu ma więc taką samą wartość dla wszystkich elementów w połączeniu szeregowym).

    Jeśli w powyższym układzie elementy C i R zostaną zamienione, wówczas powstanie pasywny filtr górnoprzepustowy.

    Charakterystyka filtra dolnoprzepustowego RC, dla którego amplituda w paśmie tłumienia opada ze stromością 20 dB na dekadę

    W obu przypadkach częstotliwość graniczna filtru wynosi: a charakterystyka amplitudowa w paśmie tłumienia opada o 20 dB na dekadę.

    Filtr Czebyszewa – rodzaj filtru elektrycznego, którego charakterystyczną cechą jest wykorzystanie wielomianów Czebyszewa do aproksymacji charakterystyki częstotliwościowej amplitudowej. Optymalizacja przebiegu charakterystyki częstotliwościowej amplitudowej w filtrach Czebyszewa ma kluczowe znaczenie, przebieg charakterystyki częstotliwościowej fazowej, silnie nieliniowy, ma znaczenie drugorzędne.Zasilacz – urządzenie służące do dopasowania dostępnego napięcia do wymagań zasilanego urządzenia. Ze względu na sposób zmiany wielkości napięcia wyróżnić można:
    Rozdzielacz sygnału antenowego VHF i UHF z telewizora. Wejście na środku, z prawej filtr dolnoprzepustowy, z lewej górnoprzepustowy.

    Przy dużych natężeniach prądu obok kondensatorów stosuje się cewki włączone szeregowo z odbiornikiem, zwane w takim przypadku dławikami. Zmiany prądu w cewce wywołują powstanie napięcia przeciwdziałającego tym zmianom, a tym samym wygładzenie przebiegu napięcia.

    Połączenie równoległe (obwód równoległy) jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym wszystkie końce oraz wszystkie początki elementów są połączone razem. Połączenie takie tworzy odpowiednią ilość gałęzi, w których mogą płynąć różne prądy, ale które zasilane są takim samym napięciem elektrycznym.Obwód elektryczny – układ elementów tworzących drogę zamkniętą dla prądu elektrycznego. Obwód elektryczny tworzą: źródła prądowe i napięciowe, przewody elektryczne, wyłączniki oraz odbiornik. Odwzorowaniem graficznym obwodu jest schemat.

    Para elementów LC dostrojonych do określonej częstotliwości będzie się zachowywać, w zależności od sposobu włączenia do układu, jak filtr środkowoprzepustowy (używany np. do strojenia radiowych odbiorników AM) lub jak filtr środkowozaporowy (używany do tłumienia niepożądanego pasma częstotliwości).

    Wszystkie rodzaje charakterystyk filtrów przedstawionych powyżej mogą być uzyskane za pomocą szeregowego lub równoległego połączenia kilku filtrów. Jednakże tłumienie sygnałów, poza pasmem przenoszenia, dla filtrów pasywnych często jest zbyt małe. Ponadto kaskadowe połączenie kilku filtrów skutkuje znacznym tłumieniem amplitudy, również w paśmie przenoszenia – w takich przypadkach zastosowanie mają filtry aktywne.

    Filtr górnoprzepustowy (ang. high-pass filter) – układ elektroniczny bądź algorytm, który przepuszcza sygnały sinusoidalne oraz składowe widmowe złożonych sygnałów o częstotliwościach powyżej określonej częstotliwości granicznej, a tłumi składowe leżące poniżej.Filtr środkowozaporowy – układ elektroniczny, bądź algorytm nieprzepuszczający częstotliwości sygnału między dwiema ustalonymi wartościami granicznymi. Jest to odwrotność filtru środkowoprzepustowego.
    Przykład aktywnego filtra górnoprzepustowego (wzmacniacz operacyjny zaznaczono czerwonym kolorem)

    Filtry aktywne[ | edytuj kod]

     Osobny artykuł: Filtr aktywny.

    Filtry aktywne zazwyczaj wykorzystują również własności elementów RLC, ale przy wspomaganiu specjalnymi elementami sterującymi oraz dostarczającymi energię do filtrowanego układu. Dzięki temu filtry aktywne charakteryzują się znacznie lepszym tłumieniem w paśmie zaporowym niż filtry pasywne.

    Filtr Butterwortha – filtr charakteryzujący się maksymalnie płaską charakterystyką amplitudową w paśmie przenoszenia. Częstotliwość graniczną filtru wyznacza spadek sygnału o 3 dB. Nachylenie charakterystyki w paśmie zaporowym wynosi: n*6 dB na oktawę, gdzie n – rząd filtru.Filtr środkowoprzepustowy (również: filtr pasmowoprzepustowy, filtr pasmowy) to układ elektroniczny, bądź algorytm przepuszczający składowe widmowe sygnału w określonym przedziale częstotliwości, nazywanym pasmem przepustowym. Pasmo przepustowe filtru środkowoprzepustowego definiuje się jako przedział pomiędzy dolną (fL) i górną (fH) częstotliwością graniczną lub jako przedział leżący wokół określonej częstotliwości środkowej tego filtru, f0. Zależność między częstotliwościami granicznymi oraz częstotliwością środkową i szerokością pasma B wyrażają wzory:

    Przykład górnoprzepustowego aktywnego filtra przedstawiono na rysunku obok. Filtr taki bazuje na wzmocnionych charakterystykach elementów RC. Elementem aktywnym jest tutaj wzmacniacz operacyjny, który posiada odrębne zasilanie (nie pokazane dla czytelności rysunku), i który powoduje częściowe dostarczanie energii do filtrowanego układu.

    Wzmacniacz operacyjny to wielostopniowy, wzmacniacz różnicowy prądu stałego, charakteryzujący się bardzo dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym rzędu stu kilkudziesięciu decybeli i przeznaczony zwykle do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego, który decyduje o głównych właściwościach całego układu (zob. też wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym).Kondensator – jest to element elektryczny (elektroniczny), zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem.

    Istnieje wiele różnych typów filtrów aktywnych, m.in.:

  • filtry Butterwortha,
  • filtry Czebyszewa,
  • filtry Bessela,
  • filtry eliptyczne.
  • Struktury realizacji elektronicznej filtru to m.in.:

  • filtry Sallen-Key,
  • filtry Multiple Feedback (MFB).
  • Najbardziej skomplikowane filtry mogą być skonstruowane z użyciem techniki cyfrowej i sterowane mikroprocesorowo. Jest to jednak odrębna dziedzina nazywana cyfrowym przetwarzaniem sygnałów.

    Sygnał ciągły – sygnał, który ma ciągłą dziedzinę, to znaczy jest zdefiniowany dla każdej wartości argumentu (najczęściej czasu) w skończonym lub nieskończonym przedziale.Opornik, rezystor (z łac. resistere, stawiać opór) – najprostszy element bierny obwodu elektrycznego, wykorzystywany jest do ograniczenia prądu w nim płynącego. Jest elementem liniowym: występujący na nim spadek napięcia jest wprost proporcjonalny do prądu płynącego przez opornik. Przy przepływie prądu zamienia energię elektryczną w ciepło. Idealny opornik posiada tylko jedną wielkość, która go charakteryzuje – rezystancję. W praktyce występuje jeszcze pojemność wewnętrzna oraz wewnętrzna indukcyjność, co, np. w technice wysokich częstotliwości (RTV), ma duże znaczenie (jest to tzw. pojemność oraz indukcyjność pasożytnicza). W technologii bardzo wysokich częstotliwości – kilkuset megaherców (MHz) i powyżej – właściwości pasożytnicze typowego rezystora muszą być traktowane jako wartości rozproszone, tzn. rozłożone wzdłuż jego fizycznych wymiarów (zobacz: schemat zastępczy).


    Podstrony: 1 [2] [3] [4]




    Warto wiedzieć że... beta

    Radioodbiornik (odbiornik radiowy, odbiornik radiofoniczny, radio) – urządzenie elektroniczne służące do odbioru audycji radiowych. Audycje wysyłane są przez stacje nadawcze jako fale radiowe zmodulowane sygnałem akustycznym (mowa, muzyka, efekty dźwiękowe). Stosowana bywa modulacja amplitudy (starsze rozwiązanie) lub modulacja częstotliwości. Zadaniem odbiornika jest zamiana informacji zawartej w falach radiowych na napięcie elektryczne, a następnie na dźwięk.
    Dławik - cewka indukcyjna z rdzeniem magnetycznym lub rzadziej bez rdzenia (powietrzna), zapobiegająca nagłym zmianom natężenia prądu elektrycznego lub służąca do ograniczenia prądu przemiennego bez strat mocy, jakie występowałyby gdyby elementem ograniczającym była rezystancja. Idealny dławik nie pobiera mocy czynnej; w rzeczywistości straty mocy na dławiku wiążą się z niezerową rezystancją uzwojeń, emisją promieniowania oraz z prądami wirowymi i innymi źródłami strat w rdzeniu. W elektronice określenie dławik stosowane jest z reguły do cewek o dużej reaktancji dla wymaganego zakresu częstotliwości, może też być synonimem dowolnej cewki indukcyjnej. Zwykle dławik współpracuje z kondensatorami tworząc filtry dolnoprzepustowe.
    Pasmo przenoszenia (także: pasmo przepustowe) – zakres częstotliwości, w którym tłumienie sygnału jest nie większe niż 3 dB (spadek amplitudy o 3 dB w stosunku do amplitudy początkowej). W paśmie przenoszenia amplituda osiąga wartość nie mniejszą niż 70,7% swojej wartości maksymalnej.
    Składowa harmoniczna jest pojęciem często używanym w teorii sygnałów. Jest to składowa szeregu Fouriera analizowanego sygnału (poza składową zerową zwaną składową stałą). Składowa harmoniczna jest częścią reprezentacji sygnału w dziedzinie widmowej (częstotliwości). Sygnał okresowy spełniający warunki Dirichleta można przedstawić jako sumę sinusoidalnych przebiegów oraz składowej stałej.
    Filtry pasywne są to filtry wykonane tylko z pasywnych elementów RLC. Przy odpowiednim połączeniu elementów można uzyskać wszystkie typy filtrów. Filtry pasywne wykonuje się też jako elementy z materiałów piezoelektrycznych z odpowiednio napylonymi elektrodami.
    Sygnał dyskretny – model wielkości zmiennej, która jest określona tylko w dyskretnych chwilach czasu. Najczęściej jest to sygnał powstały poprzez próbkowanie sygnału ciągłego.
    Układ elektroniczny lub obwód elektroniczny – zbiór elementów elektronicznych dyskretnych lub scalonych połączonych elektrycznie tak, aby realizowały określoną funkcję.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.025 sek.