Войти
Разделитель телевизионного сигнала, состоящий из фильтра высоких частот (слева) и фильтра низких частот (справа). Антенна подключается к винтовым зажимам слева от центра. Электронные фильтры представляют собой тип фильтра обработки сигналов в виде электрических цепей. В этой статье рассматриваются фильтры, состоящие из сосредоточенных электронных компонентов, в отличие от фильтров с распределенными элементами. То есть с использованием компонентов и взаимосвязей, которые при анализе можно считать существующими в одной точке. Эти компоненты могут быть в дискретных корпусах или частью интегральной схемы.
. Электронные фильтры удаляют нежелательные частотные составляющие из подаваемого сигнала, усиливают полезные или и то, и другое. Они могут быть:
Наиболее распространенные типы электронные фильтры - это линейные фильтры, независимо от других аспектов их конструкции. См. Статью о линейных фильтрах для получения подробной информации об их конструкции и анализе.
Самые старые формы электронных фильтров пассивные аналоговые линейные фильтры, построенные с использованием только резисторов и конденсаторов или резисторов и катушек индуктивности. Они известны как однополюсные полюсные RC- и RL-фильтры соответственно. Однако эти простые фильтры имеют очень ограниченное применение. Многополюсные ЖК-фильтры обеспечивают больший контроль формы отклика, полосы пропускания и переходных полос. Первым из этих фильтров был фильтр с постоянным k, изобретенный Джорджем Кэмпбеллом в 1910 году. Фильтр Кэмпбелла представлял собой лестничную схему, основанную на теории линии передачи. Вместе с улучшенными фильтрами от Отто Зобеля и других эти фильтры известны как фильтры параметров изображения. Большой шаг вперед был сделан Вильгельмом Кауэром, который основал область сетевого синтеза примерно во время Второй мировой войны. Теория Кауэра позволяла создавать фильтры, которые точно следовали некоторой заданной частотной функции.
Пассивные реализации линейных фильтров основаны на комбинациях резисторов (R), катушек индуктивности (L) и конденсаторы (C). Эти типы в совокупности известны как пассивные фильтры, поскольку они не зависят от внешнего источника питания и не содержат активных компонентов, таких как транзисторы.
. Катушки индуктивности блокируют высокочастотные сигналы и проводят низкочастотные сигналы, в то время как конденсаторы действуют наоборот. Фильтр, в котором сигнал проходит через катушку индуктивности или в котором конденсатор обеспечивает путь к земле, обеспечивает меньшее ослабление низкочастотных сигналов, чем высокочастотные сигналы, и поэтому фильтр нижних частот. Если сигнал проходит через конденсатор или имеет путь к земле через катушку индуктивности, то фильтр обеспечивает меньшее затухание высокочастотных сигналов, чем низкочастотные сигналы, и поэтому является фильтром верхних частот. Резисторы сами по себе не обладают частотно-избирательными свойствами, но добавляются к индукторам и конденсаторам для определения постоянных времени цепи и, следовательно, частот, на которые она реагирует.
Катушки индуктивности и конденсаторы являются реактивными элементами фильтра. Количество элементов определяет порядок фильтра. В этом контексте LC-настроенная схема, используемая в полосовом или полосовом фильтре, считается одним элементом, даже если она состоит из двух компонентов.
На высоких частотах (выше примерно 100 мегагерц ) иногда катушки индуктивности состоят из отдельных петель или полосок листового металла, а конденсаторы состоят из смежных полос металла. Эти индуктивные или емкостные металлические части называются шлейфами.
Электронный фильтр нижних частот, реализованный с помощью RC-цепи Простейшие пассивные фильтры, RC и фильтры RL включают только один реактивный элемент, за исключением гибридного LC-фильтра, который характеризуется индуктивностью и емкостью, объединенными в одном элементе.
L-фильтр состоит из двух реактивных элементов, одного последовательно, а другого параллельно.
π-фильтр нижних частот 
T-фильтр верхних частот Трехэлементные фильтры могут иметь топологию «T» или «π» и в любой геометрии Возможны низкочастотные, высокочастотные, полосовые или полосовые характеристики. Компоненты могут быть выбраны симметричными или несимметричными в зависимости от требуемых частотных характеристик. Т-фильтр верхних частот на иллюстрации имеет очень низкий импеданс на высоких частотах и очень высокий импеданс на низких частотах. Это означает, что его можно вставить в линию передачи, что приведет к пропусканию высоких частот и отражению низких частот. Аналогично, для проиллюстрированного π-фильтра нижних частот схема может быть подключена к линии передачи, передавая низкие частоты и отражая высокие частоты. Используя фильтр, производный от m с правильными оконечными сопротивлениями, входное сопротивление может быть достаточно постоянным в полосе пропускания.
Многоэлементные фильтры обычно строится как релейно-контактная сеть. Их можно рассматривать как продолжение L-, T- и π-дизайнов фильтров. Больше элементов необходимо, когда желательно улучшить некоторые параметры фильтра, такие как подавление полосы задерживания или крутизна перехода от полосы пропускания к полосе задерживания.
Активные фильтры реализованы с использованием комбинации пассивных и активных (усиливающих) компонентов и требуют внешнего источника питания. Операционные усилители часто используются в конструкциях активных фильтров. Они могут иметь высокую добротность и могут достигать резонанса без использования катушек индуктивности. Однако их верхний предел частоты ограничен полосой пропускания усилителей.
Существует множество технологий фильтрации, отличных от сосредоточенной компонентной электроники. К ним относятся цифровые фильтры, кварцевые фильтры, механические фильтры, фильтры поверхностных акустических волн (SAW), фильтры объемных акустических волн (BAW)., гранатовые фильтры и атомные фильтры (используются в атомных часах ).
Передаточная функция 
.Передаточная функция всех линейных инвариантных во времени фильтров, построенных из сосредоточенных компоненты (в отличие от распределенных компонентов, таких как линии передачи), будет соотношением двух многочленов в 
Электронные фильтры можно классифицировать по технологии, используемой для их реализации. Фильтры, использующие технологию пассивного фильтра и активного фильтра, могут быть дополнительно классифицированы по конкретной топологии электронного фильтра, используемой для их реализации.
Любая передаточная функция фильтра может быть реализована в любой топологии электронного фильтра.
Некоторые общие топологии схем:
Исторически сложилось так, что Конструкция линейного аналогового фильтра развивалась с помощью трех основных подходов. Самые старые конструкции представляют собой простые схемы, в которых основным критерием проектирования была добротность схемы . Это отражало применение фильтрации радиоприемником, поскольку Q была мерой частотной избирательности схемы настройки. С 1920-х годов фильтры начали разрабатываться с точки зрения изображения, главным образом исходя из требований телекоммуникаций. После Второй мировой войны доминирующей методологией был сетевой синтез. Первоначально использовавшаяся высшая математика требовала публикации обширных таблиц значений полиномиальных коэффициентов, но современные компьютерные ресурсы сделали это ненужным.
Фильтры низкого порядка могут быть разработаны путем непосредственного применения базовой схемы законы, такие как законы Кирхгофа, для получения передаточной функции. Такой анализ обычно проводится только для простых фильтров 1-го или 2-го порядка.
Частотная характеристика фильтра RL Этот подход анализирует участки фильтра с точки зрения того, что фильтр находится в бесконечной цепочке идентичных участков. Его преимущества заключаются в простоте подхода и возможности легко расширяться до более высоких порядков. Его недостаток заключается в том, что точность прогнозируемых откликов зависит от оконечной нагрузки фильтра в импедансе изображения, что обычно не имеет места.
Постоянный k отклик фильтра с 5 элементами 
сетевой фильтр Цобеля (постоянный R), 5 секций 
отклик фильтра на основе m, m = 0,5, 2 элемента 
отклик фильтра на основе m, m = 0,5, 5 элементов Подход синтеза сети начинается с требуемого передаточная функция, а затем выражает это как полиномиальное уравнение входного импеданса фильтра. Фактические значения элементов фильтра получаются путем разложения этого полинома на дробную или непрерывную дробь. В отличие от метода изображения, нет необходимости в схемах согласования импеданса на оконечных устройствах, поскольку влияние оконечных резисторов учитывается с самого начала.
Вот изображение, сравнивающее фильтры Баттерворта, Чебышева и эллиптические фильтры. Все фильтры на этом рисунке являются фильтрами нижних частот пятого порядка. Конкретная реализация - аналоговая или цифровая, пассивная или активная - не имеет значения; их результат будет таким же.
Как видно из изображения, эллиптические фильтры резче, чем все остальные, но они показывают рябь по всей полосе пропускания.
 | На сайте Wikimedia Commons есть материалы, относящиеся к Электронные фильтры. |
