Четырехполюсники, электрические фильтры (стр. 4 из 6)
Пример 2. Рассчитать и построить графики
при следующих исходных данных:R=100 Ом – сопротивление нагрузки;
r=5 Ом – внутреннее сопротивление источника.
Оценить коэффициент прямоугольности передаточной функции по мощности.
Результаты расчетов представлены на Рис.2.4 и Рис.2.5.
Из этих рисунков видно, что передаточная функция по мощности при частоте ν=0 принимает значение H(0)=0,98, а затем плавно уменьшается с увеличением частоты. Коэффициент прямоугольности этой функции составляет всего П=0,545. Это означает, что данный фильтр соответствует идеальному фильтру на 54,5%.
Сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями изменяется от 0 до 900. При этом выходное напряжение опережает входное.
2.4.2 Синтез емкостного фильтра нижних частот первого порядка
Синтез (проектирование) любого технического устройства начинается с разработки технического задания (ТЗ), в котором приводятся исходные данные и формулируются требования к устройству.
Применительно к ФНЧ-1 техническое задание на его проектирование можно изложить следующим образом:
1. Спроектировать емкостной фильтр нижних частот, схема которого приведена на Рис.3.2.
2. На вход фильтра подаются сигналы синусоидальной формы, частота которых изменяется от 0 до ∞.
3. Сопротивление нагрузки R, а внутреннее сопротивление источника r, (R>>r).
4. Передаточная функция по напряжению на нижней границе полосы пропускания (f1=0) должна принимать значение, близкое к единице, а на верхней границе f2 передаточная функция должна принимать значение H(f2)=H1.
5. Определить потребное значение емкости, рассчитать АЧХ и ФЧХ фильтра, оценить коэффициент прямоугольности передаточной функции по мощности.
В условиях данной задачи неизвестной величиной является только емкость, которую достаточно просто можно найти из уравнения передаточной функции. Однако, в интересах общности изложения последующего материала воспользуемся передаточной функцией в параметрической форме (2.14), из которой найдем значение приведенной частоты n2, на которой передаточная функция (2.12) принимает заданное значение H1:
L  |
Z1
Z2CR
Рис.2.8. Электрическая схема Г-образного ФНЧ
Работа Г-образного ФНЧ:
при
приНа малых частотах индуктивное сопротивление мало, а емкостное сопротивление велико, поэтому ток проходит в нагрузку с малым ослаблением, не ответвляясь в емкость.
На больших частотах индуктивное сопротивление велико, а емкостное сопротивление мало. Ток, прошедший через индуктивность, закорачивается емкостью. Поэтому выходное напряжение мало.
Определим АЧХ и ФЧХ Г-образного ФНЧ, рассматривая его как Г-образный 4х-П, нагруженный активным сопротивлением R.
Комплексные сопротивления плеч фильтра:
Коэффициенты формы А:
Уравнение связи входного и выходного напряжений (1.6) принимает вид:
- действительная часть; 
- мнимая часть.
достигает своего максимума, равного 1,86, а затем плавно уменьшается, Этот всплеск передаточной функции может быть желательным или нежелательным в зависимости от конкретного назначения фильтра.
значительно меньше и при 
он вовсе отсутствует.
Г-образного ФНЧ целиком определяется значением коэффициента нагрузки Q, который, в свою очередь, зависит от комбинации значений RLC-элементов. Следовательно, путем соответствующего выбора LC-элементов можно изменить форму кривой передаточной функции.