Частотные фильтры

0:01 Друзья всем привет в данном видеоролике. Я расскажу о электрических фильтрах, о частотных фильтрах, то есть это такие устройства, которые частоты одни пропускают, а другие частоты не пропускают, я постараюсь доступно. Объяснить, что такое амплитудно частотная характеристика и фаза, частотная характеристика фильтров, а также приведу простейшие схемы фильтров нижних верхних частот полоса, пропускающих и полоса задерживающих фильтров.

0:32 И так что же такое частотные фильтры? Я попытаюсь объяснить, что делает фильтр. Пока что не будем вдаваться во внутренности фильтра, а представим его неким черным ящиком, ну. Обозначает фильтр, так вот на вход фильтра поступают различные сигналы и некоторые сигналы. Он пропускает, а некоторые сигналы он по какой то причине не пропускает, подавляет.

1:00 Взять, к примеру, фильтр нижних частот фильтры нижних частот, низкие частоты пропускают высокие. Собственно, не пропускает, подавляет вот на вход фильтра поступает низкочастотное колебание. Если то фильтр его без всяких изменений, точно такое же.

1:20 Пропускает, а вот если на вход этого фильтра подать высокочастотное колебание. То он его пропускать не будет, и на выходе фильтры от этого колебания останется. Вот вот, вот вот, совсем совсем маленькая амплитуда, то есть фильтры подавляют сигналы по амплитуде. Что такое амплитуда Амплитуда, это вот насколько как бы? У сигнала сейчас я буду вести речь о саидальных колебаниях, поэтому не лишним будет напомнить, как все насоидальное колебания описывается. Ну, с помощью формы математической вот оно, синусоидальное колебание покрупнее, вы сейчас нарисую.

2:08 Описывается оно вот такой формуле с АЦТ, что означает функция сигнала от времени? Вот если мы берем, берем вот так. Вот у нас время по этой оси, а по этой оси у нас как напряжение. То есть вот функция сигнала от времени вот? М. Синус. Омега т + фи нулевое, какие же детали в этой формуле формуле, что обозначает? Ну, во 1 вот это вот амплитуда, амплитуда, это вот насколько. Сигнал по от равновесного значения отклоняется. То есть она измеряется в данном случае в вольтах у нас амплитуда? Если это сигнал будет звуковой, то она будет измеряться там, ну, в децибелах в относительных. Единицах, как правило, Синус обозначает, что сигнал вот это вот синусоидальной форме. Причем надо сказать, что в радиотехнике, как правило, используют функцию Косинуса, которая по форме в общем то такая же просто. Отличается по фазе, далее идет Омега т, что такое Омега Омега. Это циклическая частота, когда мы говорим о синусоидальных сигналах. Мы используем не классическое понятие частоты, которое было, вот помните, вот такая. Вот буква Ф и которая измерялась в герцах, то есть классическое понятие чистоты. А когда мы имеем дело с сигналами периодическими, то обычно используют циклическую частоту Омега Омега, связано с Ф. Как 2 ПФ?

3:57 И измеряется в единицах измерения радианы за секунду. Вот, как правило, мы везде будем сейчас использовать циклическую частоту. Так вот, Омега, ты это, по сути, насколько это гармошка определяет чистоту, насколько это гармошка синусоиды либо растянута, либо наоборот, она будет такая вот. Более высокочастотное и далее + фи нулевое фи нулевое, это начальная фаза колебания. Например, вот здесь у меня начальная фаза колебания. Ну, пусть будет 0 осталось, ну то есть + фильма. 1 Из главных характеристик фильтров является амплитудно частотная характеристика.

4:47 Амплитудно частотная характеристика-это зависимость амплитуды, сигналов, проходящих через фильтр от частоты. Каким образом ее получили эту амплитудно частотную характеристику? Ну предположим, что у нас фильтры нижних частот. Он обозначается вот таким вот образом. Верхние частоты ну типа перечеркнуто, а Нижний, пожалуйста, мы пропускаем. Так вот, амплитудно частотная характеристика АЧХ, иначе говоря, для фильтра нижних частот выглядит вот так. Здесь будет амплитуда, ну пусть буквы, а может быть, либо буквы у напряжения здесь у нас будет частота.

5:42 И вот здесь, вот у нас есть определенная. Омега частота среза, что такое частота среза до частоты среза? Этот фильтр все сигналы пропускают, а свыше частоты среза этот фильтр сигналы пропускать уже не будет. Ну, для Френча это справедливо. Ну, предположим, частота среза у нас там 1 килогерц.

6:10 То есть получается все сигналы с частотой до 1 килогерца спокойненько? Через этот фильтр без изменения амплитуды будут проходить, но, допустим, там 50. 500 Герц сигнал какой зашел. Такой же точно он и выйдет. А вот сигнал, например, там полтора килогерца 15.00 Герц, он зашел вот такой памкетуде. Это полтора килогерца. А вышел он по амплитуде, какой то вот такой совсем маленький. Так вот, амплитудно частотная характеристика, по сути, она позволяет нам посмотреть на графически. До какой частоты сигнала будут проходить без проблем свыше какой? Частоты эти сигналы будут подавляться сразу. Хочу сказать, что идеальная характеристика фильтра нижних частот должна быть слепа до определенной частоты. Все пропускаем без проблем, потом оба и больше уже ничего не пропускаем. Но параметры реальных электронных элементах они не могут так сделать, и поэтому всегда характеристика имеет вот такой. Вот спад не вертикально, а с определенным углом наклона. Так вот каким же образом можно получить? Амплитудно частотную характеристику. Наверное, всем понятно, что можно просто взять некий фильтр, если вы не знаете его амплитудно частотную характеристику и начать подавать на него синусоидальные колебания, начиная там от.

7:51 0 Герц, там 10 герц, 20 герц, 30 герц и смотреть. Если это будет фильтр нижних частот, до определенной частоты сигнала будут проходить без изменений, а потом сигналы. Свыше частоты среза, вы же и не знаете, но вы ее определить можете, как вы просто будете подавать очередной сигнал. А он уже раз и по амплитуде чуть поменьше.

8:12 Чем зашел, вышло, а еще выше частоту поставить, а он еще чуть поменьше выйдет, а еще частоту увеличить, и он еще поменьше. Так вот, частота среза определяется на уровне, ты 3 децибела.

8:34 Вот это вот ослабление 0 децибел получается. То есть фильтр сигнала не ослабляет 0 децибел? А если у нас как пошло ослабление, то вот на уровне ты децибела, считай, что фильтр уже все нормально. Сигналы пропускать не будет, как еще можно вот эту частоту срезов. Вольт, как в более понятных там вольтах, то есть, например, 0 707 от исходной амплитуды.

9:03 То есть, например, у нас сигнал зашел по амплитуде, ну 5 вот. Давайте 10 вот где будет для ровного счета, будет 10. Вот 10 вот зашло, 10 вот на выходе вышло все окей. Сигнал проходит, а тут мы послали сигнал высокой частоты, было 10 вольт, а? А на выходе осталось 7 целых там, ну 7 вольт. Мы поняли, что вот свыше этой частоты уже сигналы будут все сильнее и сильнее подавляться. То есть вот она частота среза на уровне, 0 707 вот вот у нас размах 10.

9:41 Вот у нас 0 707 это 7 вольт, если для ровно счета брать. Вот у нас она частота среза электрические цепи. В частности, фильтры характеризуются фазы частотной характеристики, что же это такое фаза? Частотная характеристика, это зависимость, фазы синусоидальных колебаний, которые проходят через этот фильтр от их частоты. То есть также точно мы возьмем какой нибудь фильтр нижних частот?

10:08 Будем подавать на него колебания. Разной частоты. И будем строить характеристику, но здесь уже мы будем смотреть не на то, как изменилась амплитуда, а будем смотреть на то, как изменилась фаза. С изменением частоты. Сигналы до определенной частоты у нас будут проходить и никак по фазе не меняться. Зашел такой сигнал с выхода на выходе, точно такой же сигнал также точно по фазе сдвинутой выше, а свыше постепенно изменяет частоту. Мы будем наблюдать то, что сигнал на выходе. Будет чуть чуть по фазе, например, запаздывать он начнет. Вот красная копия, то есть я рисую здесь и копию, и оригинал, чтобы показать вот этот фазовый сдвиг. Сигнал начинает чуть чуть запаздывать по фазе еще большую частоту, увеличивая сигналов, которые проходят.

11:13 У нас сигнал еще больше вот оригинал. Амплитуда при этом может не меняться, мы амплитуду даже не смотрим, а по фазе этот сигнал еще больше начинает запаздывать. Тут плохо видно, идея, наверное, понятно и фазы. Частотная характеристика для сигнала будет выглядеть какими вот таким вот образом. Для фильтра фазочатотных характеристиках вот каким то таким образом. По конструкции частотные фильтры могут быть одноэлементные, далее г. образные, т. образные, п. образные.

11:56 И многоцветные. Многозвенные, соответственно, как выглядеть будет на одноэлементный фильтр одноэлементный фильтр будет выглядеть как просто как, например? Вот индуктивность, включенная в электрическую цепь. Соответственно, такой фильтр четырехполюсный должен быть обязательно такой фильтр, это. Будет фильтр нижних частот индуктивность на высоких частотах, имеет высокое реактивное сопротивление, а на низких частотах она сопротивление. Этой активной имеет очень мало, и поэтому низкочастотный сигнал через нее будет спокойненько пробегать аналогично одноэлементный фильтр.

12:39 Верхних частот будет выглядеть вот так, то есть. Те просто конденсатор, включенный в цепь конденсатор. Низкочастотные сигналы, по сути, не пропускают, а высокочастотные сигналы могут спокойненько через него проходить. Вот одноэлементный фильтр г. образный фильтр. Так г. Предполагается, что у него конструкция вот такого формата. Напоминает букву Г только развернутую в обратную сторону т образный фильтр. Т образный фильтр будет выглядеть, как вот так, например, элементы соединены в форме буквы Т.

13:39 П образный аналогично будут элементы в форме буквы П. П. Образный. Ну вот, типа вырисовывается буква П. Из элементов и фильтры многозвенные, как правило, представляют собой несколько последовательно включенных контуров. Там п образных, например, или несколько подключенных последовательно т образных фильтров.

14:20 Так вот, непосредственно переходим к фильтрам. И 1 конечно же, у нас будет фильтр нижних частот. Фильтры правильно как раз говорить фильтры нижних частот. Они низких частот, потому что низкие частоты, как сказать 20:50 там герц нижние частоты. То есть до определенной частоты фильтр пропускает, а свыше определенной частоты фильтра не пропускает, то. Есть ПНЧ, у него может быть частота среза, например, там 100 мегагерц, а свыше 100 мегагерц он не пропускается 50 мегагерц. Это уже высокая частота, так вот очага для фильтра нижних частот я уже ее приводил, но еще раз нарисую выглядит вот таким вот образом.

15:12 Здесь у нас амплитуда, здесь у нас частота и очага выглядит вот так. Вот у какого нибудь фильтра нижних частот соответственно, как эти фильтры изготовляются. Я приведу 2 простейших схемы РЦ и ЛЦ фильтра нижних частот схема РЦ фильтра, ну.

15:34 РЦ, понятно, да что будет сопротивление и конденсатор? Соответственно, у нас здесь будет. Прошу прощения, Эльцефито, соответственно, здесь у нас будет катушка, здесь у нас будет. Сопротивление. Как эта схема будет работать, я уже говорил, что индуктивность имеет высокое реактивное сопротивление на высоких частотах и низкое реактивное сопротивление на низких частотах. Если что, напоминаю формулу для реактивного сопротивления катушки, она будет такая 2.

16:18 Пи, эф Эль. Так вот получается в соответствии с этой очага до определенной частоты среза. Все сигналы будут проходить без проблем через эту катушку индуктивности, а низкочастотные. Высокочастотные сигналы будут в этой катушке индуктивности вязать, то есть получается вот так, вот будет сильно опа. Низкочастотный сигнал будет проходить так, а высокочастотный сигнал свыше частоты среза этой катушкой индуктивности будет очень сильно подавлять. И здесь же еще есть вот дополнительно сопротивление это сопротивление. Она что делает, она шунтирует на себя?

17:04 Часть сигналов, но РЦ фильтры не особо эффективны, потому что сопротивление оно прекрасно пропускает и высокие, и низкие частоты, поэтому более эффективно схема лЦ фильтра. Когда у нас в комбинации используются и. Катушка и конденсатор. В этом случае все работает вот так, до частоты среза низкочастотные колебания спокойно проходят. Через этот фильтр через конденсатор низкочастотные колебания пройти не могут и поэтому конденсатор. Ну, для них фактически непреодолимая фрегата, там чуть чуть может быть что то просачивается, а вот начиная с. Частоты среза получается у нас во 1 индуктивность очень жестко начинает подавлять высокочастотные колебания, а во 2 для высокочастотных колебаний конденсатор вовсе не непреодолим, он преодолим, получается и вы.

18:07 Высокочастотные колебания, вместо того чтобы попадать куда то дальше, в цепь, ну или на нагрузку, на какую то вот эти высокочастоты колебаний будут до попадания в. Нагрузку уходить вот шунтироваться через этот вот конденсатор. Получается такая очень простая и достаточно эффективная схема. Перейдем к фильтру верхним числом.

18:33 Фильтр верхних частот будет выглядеть ну фактически похожим образом. Частотная характеристика у фильтра верхних частот, разумеется, обратно, а чихать фильтра нижних частот. Петуда. До определенной частоты фильтр верхних частот ничего не пропускает до частоты среза, но, а свыше частоты среза фильтры верхних частот. Все начинает прекрасно пропускать схема фильтра верхних частот будет выглядеть аналогично, то есть вот можно брать РЦ.

19:20 Схему тогда это будет выглядеть как конденсатор. Для низкочастотных колебаний конденсатор плохо преодолим, а вот высокочастотные колебания свободно конденсатор могут проходить, ну и излишки, как сказать. То, что прошло через конденсатор, они будут шунтироваться через вот это. Вот сопротивление, но опять же более эффективная и более популярная схема эльце В.

19:51 Когда у нас стоит конденсатор и. Катушка индуктивности. В этом случае все работает как низкочастотные колебания. Через конденсатор проходить не будут высокочастотные, спокойненько через этот конденсатор. Будут проходить для высокочастотных колебаний же, наоборот, получается. Катушка индуктивности будет являться непреодолимым барьером и сюда. Соответственно, они шунтироваться не будут, а то низкочастотное, что пролезло все таки через конденсата будет прекрасно проходить через катушку. Индуктивности и сливаться вот сюда, не попадая на нагрузку на всякий случай. Кстати, еще приведу формулу реактивного сопротивления конденсатора.

20:42 Единица на Единица на 2 пи ФЦ получается, если мы брали формулу реактивного сопротивления катушки? Она была вся в числителе, то здесь формула реактивного сопротивления. Она вся в знаменате, но как раз вот обратные свойства у катушки и конденсатора. Таким образом, низкие частоты и не проходят, верхние частоты проходят.

21:12 Следующие фильтры это будет полосы, пропускающие и полосы, задерживающие фильтры, называют это все дело полосовые фильтры, полосопропускающий фильтр. Имеет вот такую вот амплитудное частотную характеристику. Амплитуда частота и, как мы видим, на схеме у этого фильтра должно быть. Ну как минимум 2 частоты среза не как минимум в смысле, а вообще 2 частоты среза до полосы пропускания и после полосы пропускания омега среза 1 и омега среза 2. Как правило, полосы, пропускающие полосы, задерживающие фильтры, строятся на основе лице колебательного контура лице контур. Это тема довольно обширные, когда нибудь я, возможно, сделаю. Про это видео, а пока что я даю в описании к видео ссылочку на нормальную такую статью, где рассказано про контуры более подробно. А я же лишь поясню, что колебательный контуры лице.

22:18 Может быть последовательным и колебательный контур может быть параллельным. У контуры есть резонансная частота, то есть это собственная частота, с которой конденсатор и катушка индуктивности обмениваются между собой энергией, зависит резонансная частота. От размера индуктивности и емкости, то есть чем больше объем конденсатора и больше индуктивность катушки. Тем частота будет меньше и наоборот, если у вас малого объема конденсатор. Маленькая индуктивность у катушки, то частота резонанса в контуре будет высокая, то есть суть в том, что собственная частота контра. Это резонансная частота на резонансной частоте, вот. Этот вот контур без проблем пропускает сигнал на резонансной частоте, а на всех других частотах сигнал пропускать не будет. Фактически, то есть уже готовый фактически фильтр вот такой. А колебательный контур, наоборот, он на резонансной частоте сигналы не пропускает, а вот на всех других частотах, кроме резонансный. Он спокойненько пропускает себе через себя сигнал. Почему у параллельных контуры на резонансной частоте не пропускает колебания? Они просто в нем вязнут дело в том, что если сюда попадает сигнал с резонансной частотой, то он начинает. Возбуждать в контуре колебаний и вся энергия сигнала, которая поступает на резонансной частоте. Она растрачивается на создание колебаний внутри этого контура на выход, ничего. Фактически не остается, потому что так токи напряжения противоположны по фазе и друг друга подавляет. Схема такого полоса, пропускающего фильтра, будет выглядеть вот таким вот образом.

24:08 Смотрите, у нас последовательно соединенные 2 контура ц 1 или 1 и ц 3 эти последовательности, эти последовательная контура. Сигнал на резонансной частоте через себя без всяких проблем пропустят. А вот параллельный колебательный контур, он соответственно. Через себя сигнал на резонанс частоте пропускать не будет. В свою очередь, если сигнал на фильтры попадает отличный от резонансной частоты во 1, его подавляет этот контур. То, что там про сочилась, все равно у него же не крутые характеристики у контура, а вот.

24:43 У фильтра не очень крутые характеристики, соответственно, часть сигнала будет все равно подсачиваться. Каких то плохих, ненужных нам, скажем, неплохих и. Ненужных нам и то, что подточилось у резонансного контура параллельного очень низкое сопротивление для всех сигналов, кроме сигнала на рязанской частоте оно. Будет получаться, сбрасываться через этот контр и уходить вот сюда, в нагрузку не будет попадать. Но если все таки что то и после этого прошло, то у нас есть. Еще 1 контур, который уж точно уже дальше подавит все, что осталось, и пройдет только наш единственный сигнал на той частоте резонансной, которую мы хотим.

25:21 Полоса, задерживающий фильтр. Полусозадерживающий фильтр имеет амплитудно частотную характеристику обратную. То есть получается у него Омега срезы 1? Омега срезы 2 амплитуда про это и Сипа, это чистота. Мы должны соединить контура в обратном порядке. И как эта схема работает, у нас же получается задача нашего полоса, задерживающего фильтра не дать проходить сигнал на определенной частоте, мы подбираем. Контуры таким образом, чтобы та частота, которую мы не хотим пропускать, была резонансной для этого контура и включаем параллельно 2 контура ц 1 и ц 3.

26:23 Включаем, то есть получается, сигнала все будут спокойно здесь проходить, кроме сигнала на вот этой вот резонансной частоте. Если же сигнал на резонансной частоте не совсем хорошо подавится, то у последовательного. Контура очень низкое сопротивление сигналу на резонансной частоте. Получается, сигнал не нужный нам за шунтируется через эту ветку, а для всех остальных сигналов, наоборот, здесь получается через эти. Контурации 1 или 1 и с этой эль 3 будет свободный проход? А вот этот контур сигнала на всех частотах, кроме резонанс, не пропускать не будет. Ну и то есть получается, вот мы задерживаем ровно 1 полосу частот, ну я. Надеюсь, как то понятно постарался рассказать. Вот как работают фильтры, и если вы будете рассматривать схемы более сложных фильтров, везде, в общем, то используются вот эти вот принципы, которые я сейчас изложил.

27:21 Итак, я постарался максимально доступно, как мне кажется, рассказать, как работают простейшие фильтры. Безусловно, в сети очень много информации о том, какие бывают фильтры, как они работают. Но возможно, кому то именно мое видео покажется наиболее. Понятным, если это так, то не забудьте поставить лайк в следующих видео. Я постараюсь рассказать о каких нибудь еще интересных электрических схемах, которые позволят лучше понимать базовые понятия электроники и теории электрической связи всем пока.

Расшифровка сделана автоматически (Yandex SpeechKit) и может содержать ошибки в терминах.