Фильтр это частотно-избирательное устройство, которое пропускает сигналы определенных частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот. Фильтры могут быть классифицированы по ряду признаков:
1) по виду АЧХ они разделяются на: фильтры нижних частот (ФНЧ); фильтры верхних частот (ФВЧ); полосовые фильтры (ПФ); режекторные (заграждающие) фильтры (РЖ). В отдельную группу могут быть выделены фазовые фильтры (ФФ);
2) в зависимости от полиномов, используемых при аппроксимации передаточной функции различают фильтры: критического затухания, Бесселя, Баттерворта, Чебышева;
3) по элементной базе фильтры разделяются на: пассивные и активные фильтры. Активные фильтры включают в схему RLC – фильтра активного элемента, в качестве которых часто используются операционные усилители.
Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) различных фильтров представлены на рис. 2.23.
Фильтр нижних частот – пропускает низкие частоты и задерживает высокие (рис. 2.23, а), фильтр верхних частот – задерживает низкие частоты и пропускает высокие (рис. 2.23, б), полосовой фильтр – пропускает полосу частот от ω1 до ω2 и задерживает те частоты, которые расположены выше или ниже этой полосы частот (рис. 2.23, в), режекторный фильтр – задерживает полосу частот от ω1 до ω2 и пропускает частоты, расположенные выше или ниже этой полосы частот (рис. 2.23, г).
В указанных фильтрах коэффициент передачи и фазовый сдвиг зависят от частоты входного сигнала. Фильтры, у которых коэффициент передачи остается постоянным, а фазовый сдвиг зависит от частоты, называются фазовыми фильтрами.
Рис. 2.23
Как упоминалось ранее, в зависимости от аппроксимирующего полинома фильтры разделяются на фильтры критического затухания, Бесселя, Баттерворта, Чебышева. При изложении принципа построения аппроксимирующих функций фильтров как основу обычно используют ФНЧ. На рис. 2.24 показаны АЧХ указанных фильтров нижних частот.
Рис. 2.24
АЧХ ФНЧ Баттерворта имеет довольно длинный горизонтальный участок и резко спадает за частотой среза. Переходная характеристика такого фильтра при ступенчатом входном сигнале имеет колебательный характер. С увеличением порядка фильтра колебания усиливаются.
Характеристика фильтра Чебышева спадает более круто за частотой среза. В полосе пропускания она имеет волнообразный характер с постоянной амплитудой. Колебания переходного процесса при ступенчатом входном сигнале сильнее, чем у фильтра Баттерворта.
Фильтр Бесселя характеризуется меньшей длиной горизонтального участка, чем фильтр Баттеворта и более пологим спадом АЧХ за частотой среза, чем фильтры Баттерворта и Чебышева. Данный фильтр обладает оптимальной переходной характеристикой (переходный процесс практически не имеет колебаний).
Фильтр критического затухания обладает значительно худшей амплитудно-частотной характеристикой по сравнению с фильтром Бесселя, но не имеет перерегулирования. В общем фильтр критического затухания уступает фильтру Бесселя в отношении качества отработки входного ступенчатого сигнала.