Filtr lze definovat s odkazem na různé oblasti, jako je chemie, optika, strojírenství, modelování turbulencí, strojírenství, výpočetní technika, filozofie a zpracování signálu. Vezměme v úvahu filtry pro zpracování signálu, filtr lze definovat jako zařízení sloužící k odstranění zbytečné části nebo částí signálu. Toto odstranění nepotřebných částí signálu se nazývá proces filtrování. Tyto filtry pro zpracování signálu jsou rozděleny do různých typů, jako jsou elektronické filtry , digitální filtry a analogové filtry.
Analogové filtry
Analogový filtr se obvykle používá v elektronice a považuje se za základní stavební kámen zpracování signálu. Tyto analogové filtry se používají k oddělení zvukových signálů před aplikací na reproduktory. K oddělení a sloučení několika telefonních hovorů do jednoho kanálu lze použít analogové filtry. Výběr konkrétní rozhlasové stanice z rádiového přijímače odmítnutím všech ostatních kanálů lze provést pomocí analogových filtrů.
Kontinuálně se měnící signály (analogové signály) lze provozovat pomocí pasivních lineárních elektronických analogových filtrů, které se skládají z pasivních prvků, jako jsou rezistory, kondenzátory a induktory. Tyto analogové filtry se často používají k povolení určitých frekvenčních složek odmítnutím jiných z analogových nebo spojitých časových signálů.
Typy analogových filtrů
Lineární analogové filtry lze uvést jako filtry síťové syntézy, filtry impedance obrazu a jednoduché filtry. Filtry pro síťovou syntézu jsou opět klasifikovány jako Butterworthův filtr, Čebyševův filtr, eliptický filtr nebo Cauerův filtr, Besselův filtr, Gaussův filtr, filtr Optimum „L“ (Legendre) a filtr Linkwithz-Riley. Filtry impedance obrazu jsou dále klasifikovány jako filtr s konstantou k, filtr odvozený od m, obecné filtry obrazu, síť Zobel, mřížkový filtr, ekvalizér s překlenutým zpožděním T, filtr složeného obrazu a filtr typu mm’. RC filtr, RL filtr, LC filtr a RLC filtr se nazývají jako jednoduché filtry.
Návrh analogového filtru
Konstrukce analogového filtru zahrnuje funkce přenosu analogového filtru, póly a nuly analogových filtrů, frekvenční odezvu analogových filtrů, výstupní odezvu a různé typy analogových filtrů. Metody filtrování návrhu analogového filtru jsou klasifikovány jako přenosové funkce založené na modelech filtrů Butterworth, Čebyšev a eliptický filtr s řádem „n“.
Butterworthův filtr
Design filtru Butterworth
The Butterworthův filtr nebo filtr maximálně ploché velikosti má plošnou (matematicky co nejvíce) frekvenční odezvu. Na níže uvedeném obrázku (včetně ideální frekvenční odezvy) je „cihlová zeď“ analogového nízkoprůchodového filtru (Butterworth), kterou lze definovat jako standardní aproximace pro různé pořadí filtrů.
Butterworthův filtr ideální frekvenční odezva
Pokud zvýšíme pořadí filtru Butterworth, zvýší se také kaskádové fáze designu filtru Butterworth. Jak je tedy znázorněno na obrázku výše, odezva filtru a cihlové zdi se blíží. Obecně jsou lineární analogové filtry realizovány pomocí různých topologií, filtr Butterworth lze realizovat pomocí topologie Cauer nebo topologie Sallen-key.
Čebyševův filtr
Chebysevovy filtry jsou pojmenovány po Pafnufy Čebyševovi, který odvodil matematické výpočty Čebyševovy filtry . Chyba mezi charakteristikou idealizovaného filtru a skutečným filtrem může být snížena pomocí vlastnosti Čebyševova filtru.
Čebyševův filtr
Tyto Čebyševovy filtry jsou dále klasifikovány jako Čebyševovy filtry typu 1 a typu 2. Filtry typu 1 jsou základního typu a zesílení nebo amplitudová odezva je funkcí úhlové frekvence n-tého řádu analogového nízkoprůchodového filtru (LPF - pokud uvažujeme analogové filtry). Filtr typu 2 Chebyshev je neobvyklý typ a je inverzním filtrem.
Druhy Čebyševova filtru
Jednoduché analogové filtry
RC filtr
Obvod RC filtru
Jednoduché elektrické obvody rezistor-kondenzátor poháněné zdrojem proudu nebo napětí fungují jako analogové filtry. Tyto RC filtrační obvody se používají k filtrování signálu tak, že blokují konkrétní frekvence a umožňují průchod dalších frekvencí. Obvod RC filtru lze připojit sériově RC obvod nebo paralelní RC obvod, jak je znázorněno na obrázku výše.
LC filtr
Obvod LC filtru
Jednoduchý elektrický obvod induktor-kondenzátor funguje jako LC filtr, který se také nazývá laděný obvod nebo rezonanční obvod nebo obvod nádrže. Tento LC obvod se také chová jako elektrický rezonátor. LC obvody se používají ke generování signálů nebo ke sbírání signálů na konkrétní frekvenci. LC filtr lze připojit jako sériový LC obvod nebo paralelní LC obvod, jak je znázorněno na obrázku výše.
RL filtr
Filtrační obvod RL
Jednoduchý elektrický obvod odpor-induktor funguje jako obvod filtru RL, který je poháněn zdrojem proudu nebo napětí a je vyroben z odporu a induktoru. Filtr RL lze připojit jako sériový obvod RL nebo paralelní obvod RL, jak je znázorněno na obrázku výše.
RLC filtr
Filtrační obvod RLC
Jednoduchý elektrický obvod odpor-induktor-kondenzátor funguje jako obvod filtru RLC, odpor, kondenzátor a induktor lze zapojit do série nebo paralelně a vytvořit tak sérii RLC-filtr nebo paralelní RLC-filtr. Tento RLC filtrační obvod se tvoří jako harmonický oscilátor pro proud a rezonuje jako LC obvod. Zde však lze oscilace rozložit zavedením rezistoru a tento efekt se nazývá tlumení.
Chcete se dozvědět podrobně o praktickém designu analogových a digitálních filtrů? Pokud máte zájem o návrh projekty elektroniky poté sdílejte své názory, komentáře, dotazy a návrhy v sekci komentáře níže.
