Фильтр низкой частоты
На рисунке ниже показана схема RC фильтра низкой частоты
Можно показать, что для RC фильтра низкой частоты Uвых = Uвх /(1 + ω2R2С2)1/2. График этой зависимости представлен на рисунке ниже. Такой фильтр называют фильтром низких частот. Точка -3 дБ на характеристике фильтра находится на частоте ƒ = 1/2πRC. Фильтры низких частот находят очень широкое применение. Например, их используют для устранения влияния близлежащих радио - и телевизионных станций (550 кГц - 800 МГц), на работу усилителей звуковых частот и других чувствительных электронных приборов.
На рисунке ниже изображена частотная характеристика фильтра низких частот, но в более общепринятом виде - для вертикальной и горизонтальной осей использован логарифмический масштаб.
Можно считать, что по вертикальной оси откладываются децибелы, а по горизонтальной - октавы (или декады). На таком графике равные расстояния соответствуют равным отношениям величин.
Отметим, что при значительной аттенюации изображенная на графике кривая вырождается в прямую линию с наклоном -20 дБ/декада (инженеры предпочитают выражение « -6 дБ/октава»).
Еще раз рассмотрим характеристику RС - филътра низких частот. Вправо от точки перегиба графика выходная амплитуда убывает пропорционально 1/ƒ. В пределах одной октавы (одна октава, как в музыке, соответствует изменению частоты вдвое) выходная амплитуда уменьшается вдвое, т.е. ослабление составляет - 6 дБ; следовательно, простой RС-фильтр обеспечивает ослабление 6 дБ/октаву. Можно конструировать фильтры, состоящие из нескольких RC - секций: тогда получим значения спада 12 дБ/октава (для двух RС - секций), 18 дБ/октава (для трех секций) и т.д. Так обычно описывают поведение фильтра на частотах, лежащих за пределами полосы пропускания. Если фильтр состоит, например, из трех RС - секций, то его часто называют «трехполюсным».
При работе с многокаскадными фильтрами следует учитывать одну особенность. Каждый новый каскад существенно нагружает предыдущий (так как они идентичны между собой), и это приводит к тому, что результирующая характеристика не является простой совокупностью характеристик составляющих каскадов. Напомним, что при выводе характеристики простого RС - фильтра мы условились, что источник имеет нулевой импеданс, а нагрузка - бесконечный. Один из способов устранения влияния каскадов друг на друга состоит в том, чтобы каждый последующий каскад имел значительно больший импеданс, чем предыдущий. Еше эффективнее использовать в качестве межкаскадных буферов активные схемы на транзисторах или операционных усилителях (ОУ), т.е. строить активные фильтры.