Дополнительных предложений от читателей рассылки не последовало,
поэтому в ближайших выпусках будем рассматривать ФИЛЬТРЫ. Сейчас
просто поговорим о фильтрах - зачем, как, почему, и т.п.
Аналоговая электроника
Вопрос фильтрации сигнала, как аналогового, так и цифрового, всегда
насущен, поскольку (посмотрим на всё это философски), фильтрация
сигнала - есть его обработка. Причём, я думаю, что этот тип обработки
сигналов применяется чаще всего. Без него не обходится НИ ОДНО
устройство.
Ну, скажете, - загнул! Ни одно!
Да. Ни одно. Поскольку сглаживающий конденсатор в цепи питания тоже
является своего рода фильтром. Фильтром низких частот. Посему, "как
ни крутис, а без фильтров нам не обойтис!" :)
Какими же бывают, эти загадочные создания? Немного проклассифицируем:
- на какой-либо диапазон, который "упирается" либо в бесконечность
высоких частот, либо в "конечность" низких. Это - фильтры высоких и
низких частот соответственно (ФВЧ и ФНЧ).
- только на диапазон определённых частот, отличных от бесконечности и
нуля - на полосу. Причём здесь отмечают как полосовые фильтры
(выделяющие определённую полосу частот), так и заграждающие
("пробки") - "убивающие" какой-либо частотный диапазон.
........
Про цифровые фильтры говорить не будем. Это отдельная тема, которая,
впрочем, во многом пересекается с аналоговой. Причём, как известно, в
"цифре" мы ограничены только производительностью системы и её
разрядностью, поэтому там у разработчика гораздо больше свободы -
насколько хватит фантазии, знаний математики и вычислительной
мощности! :)
........
Продолжим рассказ об аналоговых фильтрах.
Можно было бы к моей скудной классификации прибавить ещё один пункт -
что-то типа "гибридных". Но я не стал. Понятно, что используя
компоненты, перечисленные в первых двух (и единственных) пунктах,
можно построить систему практически любой сложности. Вопрос только в
согласовании каскадов.
Ещё один момент. Велик и могуч русский язык! И в этом его сила, и
слабость...
Словосочетание "фильтр высоких частот", если анализировать его с (.)
зрения языка, будет означать "устройство, которое отфильтровывает
высокие частоты, и пропускает более низкие". Аналогия проста. Ведь
фильтры для дыма, песка, микроорганизмов, людей (!), отфильтровывают
то, для чего они предназначаются - дым, песок ..., а всё остальное
пропускают. (Хотя есть воздушные или водяные фильтры, которые
пропускают ЧИСТЫЙ воздух и воду, а задерживают всё остальное).
Как говорится - полный бардак! Но мы-то путаться не будем! Мы точно
знаем, что ФНЧ, фильтруя сигнал, глушит верхние, а пропускает нижние
частоты.
Самое "удобное" название - заграждающие фильтры. Тут разночтений нет.
Понятно, что эти устройства "преграждают" путь какой-либо группе
частот.
........
Фильтры также можно поделить на те, которые содержат активные
элементы, или те, которые содержат ТОЛЬКО пассивные элементы.
Умные люди говорят, что они принципиально отличаются крутизной
характеристик, наличием искажений, их характером, и т.п.
Я такого различия (в классификации) делать не буду. Объясню почему.
Любой активный фильтр обязательно имеет в составе своей схемы ту или
иную пассивную цепочку, результат работы которой хорошо предсказуем.
Только наличие активности позволяет "накачать", или "накрутить"
характеристику для того или иного типа сигнала. Это как в случае с
умножителем напряжения. Помните? Схемка-то одна, и принцип её работы
един, только вот "опирать" её мы можем на любое напряжение, и
выбирать для неё источник накачки можем также любой. Вот и с
фильтрами - то же самое.
В активных фильтрах (по аналогии с умножителями), эти элементарные
фильтрующие цепочки "опираются" уже не на "землю", допустим, а на
какой-то усиленный сигнал, который идёт со входа (опять же, через
другой фильтр). Вот за счёт этого и повышается крутизна
характеристик.
Поэтому схемы так называемых АКТИВНЫХ фильтров я бы назвал схемами
усилителей, имеющих во входных цепях, либо в цепях обратной связи
элементы фильтров (тех, что называют пассивными). Вот так.
Ну а "навернуть" схему активного фильтра можно по-разному. И с
помощью транзистора, и на ОУ, и с использованием диодов, логических
элементов. Насколько хватит фантазии!
Конечно, всю эту фантазию можно классифицировать, но занятие это
достаточно сложное и умозрительное, поскольку любая схема фильтра -
есть произведение искусства!
........
Вернёмся к основной классификации.
Фильтрующих цепочек не так уж и много. Все они используют реактивные
свойства индуктивностей, либо (чаще) конденсаторов. Как правило, в
этих схемах есть элемент, на котором должен гаснуть "ненужный" сигнал
(составляющая). Это - резистор.
Схем (базовых) фильтров, повторюсь, - не много. Все они приводятся в
учебниках по электронике. В хороших учебниках они собраны даже в
таблички.
Думаю, что нет надобности останавливаться на рассмотрении принципов
работы дифференцирующих и интегрирующих цепочек (простейших ФНЧ и
ФВЧ). Но если кого-то из читателей заинтересуют эти аспекты -
спрашивайте. Я с удовольствием рассмотрю любой предложенный вопрос.
........
Наибольший интерес, на мой взгляд, представляют собой заграждающие
фильтры. Их не очень любят. В литературу они попадают гораздо реже.
Да и то - в "идеальных" примерах, реализовать на практике которые
практически невозможно.
В последующих выпусках рассылки я поведу речь о фильтрах-пробках.
(Часто так называют заграждающие фильтры, использующие резонансные
схемы, хотя данное название нигде чётко не определяется. В ГОСТ
"пробки" пока не попали.)
Рассылка "Электроника. Образ жизни" для тех, кто увлекается
разработкой и ремонтом электронных схем. Она и для специалистов по
аналоговой технике, и для "цифровиков". Каждый радиолюбитель сможет
найти здесь что-то своё - узнать новости, спросить, где можно найти
или скачать документацию к микросхеме, поделиться хитростями (как
отремонтировать телефон, "оживить" компьютер), отгадать кроссворд по
электронной тематике.
В рассылке можно будет задать свои вопросы по телефонии, цифровой и
аналоговой схемотехнике, микроконтроллерам, интерфейсам,
радиолюбительской технологии, программированию, интернету.
Посоветоваться, как написать программу /*для контроллера или под
какое-либо устройство*/. Главное - проявить смелость и послать свой
вопрос.
"Электроника. Образ жизни" и для тех, кто ещё учится (с её помощью вы
сможете написать реферат о том, что же такое резистор или
конденсатор!), для тех, кто преподаёт, для тех, кто работает на
заводе, в лаборатории или в офисе.
Если Вы чувствуете, что электроника - это ваш образ жизни -
присоединяйтесь!
