Conhecimentos básicos de filtros (I)
Definição de Filtro
Um filtro é um dispositivo de processamento de sinal usado para selecionar ou alterar a composição de uma frequência específica em um sinal de entrada, que atinge o objetivo de reduzir ruído indesejado e interferência aumentando ou suprimindo a amplitude do sinal em uma faixa de frequência específica.
Na fonte de alimentação pode haver uma variedade de fontes de interferência, como ruído de tensão de CA, ruído de alta frequência, harmônicos, etc. Se esses sinais de interferência não forem filtrados, afetarão negativamente o funcionamento normal de equipamentos e sistemas eletrônicos. O objetivo básico do filtro de energia é suprimir ou filtrar esses sinais de interferência através do design do circuito adequado, de modo que o sinal de saída da fonte de alimentação seja mais estável e puro. É geralmente uma rede de capacitores, indução, resistência, elementos magnéticos e os parâmetros de distribuição de indução, capacitores, esta rede permite que algumas frequências passem, outros componentes de frequência para suprimir a atenuação, o filtro é realmente um circuito de seleção de frequência. A filtragem de energia pode efetivamente reduzir o ruído, as flutuações, as harmonias e outros fatores de instabilidade na fonte de alimentação e fornecer um fornecimento de energia mais estável e limpo. Isso ajuda a proteger o equipamento contra interferências e melhora o desempenho e a confiabilidade do sistema.
Classificação de filtros
1.De acordo com as características de frequência (características de amplitude e características de frequência de fase)
Permite a passagem de componentes de frequência abaixo da frequência de corte e suprime os componentes de frequência acima da frequência de corte. A partir da frequência de 0 a F2, as características de amplitude são planas, permitindo que os componentes de frequência abaixo de F2 no sinal passem sem atenuação, enquanto os componentes de frequência acima do trabalho de F2 são consideravelmente atenuados.
Formas principais do circuito do filtro de passagem baixa
Filtro de passagem alta (High Pass Filter)
Permite a passagem dos componentes de frequência acima da frequência de corte e suprime os componentes de frequência abaixo da frequência de corte. Em contraste com o filtro passa-baixo, as características de amplitude da frequência entre f1 e ∞ são planas, de modo que os componentes de frequência do sinal acima de f1 passam quase sem atenuação, enquanto os componentes de frequência abaixo de f1 sofrerão uma atenuação significativa.
Filtro de passagem de banda (Band Pass Filter):
Permite a passagem dos componentes de frequência acima da frequência de corte e suprime os componentes de frequência abaixo da frequência de corte. Em contraste com o filtro passa-baixo, as características de amplitude da frequência entre f1 e ∞ são planas, de modo que os componentes de frequência do sinal acima de f1 passam quase sem atenuação, enquanto os componentes de frequência abaixo de f1 sofrerão uma atenuação significativa.
Características de frequência do filtro de passagem de banda
Filtro de parada de banda (Band Stop Filter)
Características de frequência do filtro de resistência
Filtro de passagem baixa e filtro de passagem alta são duas formas básicas de filtros, outros filtros podem ser divididos em dois tipos de filtros, filtro de passagem baixa e filtro de passagem alta em conjunto para o filtro de passagem de banda, filtro de passagem baixa e filtro de passagem alta em paralelo para o filtro de resistência de banda.
2.Classificação de acordo com as características de perda de energia
Filtro de reflexão (reflective filter)
O filtro reflexivo também é chamado de filtro sem perdas, o princípio de funcionamento é formar uma grande discontinuidade de impedância característica no caminho de transmissão de sinal eletromagnético, de modo que a maior parte da energia eletromagnética é refletida de volta para a fonte do sinal. O filtro reflexivo usa uma rede passiva de elementos de armazenamento de energia como a indutividade L, capacitor C, que tem boas características de seleção de frequência, mas é fácil produzir ressonâncias.
Filtros de Absorção (Absorptive Filters)
O uso de elementos de filtro com perda, de modo que a energia do sinal de perturbação é consumida no filtro, a fim de suprimir a interferência, também conhecido como filtro com perda, filtro de absorção pode evitar o filtro de reflexão devido ao efeito de parâmetro parasitário ou impedância não correspondente causada pela ressonância, mas sua seletividade de frequência é pobre. O filtro de absorção usa materiais de ferrite ou outros materiais de perda para passar o fio ou enrolá-lo em várias formas de materiais de ferro, usando sua perda de turbilhão indutiva e de campo magnético para bloquear a propagação do sinal de perturbação.
3、Classificação de acordo com os critérios de "melhor característica de aproximação"
Filtro de Butterworth (Butterworth Filter)
Os requisitos são feitos a partir das características de amplitude e frequência, independentemente das características de frequência de fase. O filtro Butterworth tem a característica de amplitude máxima plana, caracterizada por que a curva de resposta de frequência na banda de passagem é máxima plana, sem ondulações, e na banda de resistência diminui gradualmente para zero.
O filtro passa-baixo de Butterworth pode ser representado pela fórmula da frequência do par quadrado da seguinte amplitude:
Filtros de Chebyshev (Chebyshev Filter)
O filtro Chebyshev, também conhecido como "filtro Chebyshev", é um filtro que responde a flutuações de onda como a amplitude de frequência em uma faixa de passagem ou barreira. O filtro de Chebicechev é derivado da distribuição de Chebicechev e foi criado em homenagem ao matemático russo Pavnity Lebovich Chebicechev.
O filtro Chebyshev decaia mais rápido na zona de transição do que o filtro Butterworth, mas as características de amplitude da resposta de frequência são menos planas do que o último. O erro entre as curvas de resposta de frequência do filtro de proporção e do filtro ideal é mínimo, mas há flutuações de amplitude na banda de passagem.
A relação entre a amplitude e a frequência dos filtros de Chebyshev pode ser expressa pelas seguintes empresas:
Tipo II Filtro Chebyshev:
Também conhecido como o filtro recíproco Chebyshev, é menos comum, porque a velocidade de corte de frequência não é tão rápida quanto o tipo I e não requer mais componentes eletrônicos. O filtro Chebyshev Tipo II não tem flutuações de amplitude na banda de passagem, mas apenas flutuações de amplitude na banda de impedância.
A função de transferência do filtro de Chebyshev Tipo II é:
Filtro de Bessel (Bessel Filter)
Os filtros de Bézier são os que têm a maior amplitude e resposta de fase. A resposta de fase da passagem é quase linear. Os filtros de Bézier são usados em equipamentos de áudio devido à propriedade de fornecer uma quantidade igual de atraso para todas as frequências abaixo de sua frequência de corte, onde o ruído fora da banda deve ser eliminado sem comprometer a relação de fase de vários sinais na banda. A função de transferência do filtro de passagem baixa de Bézier é descrita da seguinte forma:
Outras classificações de filtros
A não-idealidade do filtro
Filtros ideais:
O filtro ideal é um filtro que pode fazer com que a amplitude e a fase do sinal na banda de passagem não sejam distorcidas e os componentes de frequência na banda de impedância sejam degradados a zero, e há uma linha divisória clara entre a banda de passagem e a banda de impedimento. Em outras palavras, as características de amplitude do filtro ideal na banda de passagem devem ser constantes, a inclinação das características de frequência de fase é constante e as características de amplitude fora da banda de passagem são zero.
Características de amplitude e frequência do filtro ideal
Filtro real:
O filtro ideal não existe, e no gráfico de características de amplitude do filtro real, não deve haver um limite rígido entre a banda de passagem e a banda de impedância. Existe uma faixa de transição entre a banda de passagem e a faixa de retenção, e as frequências dentro da faixa de transição não são completamente suprimidas, mas apenas atenuadas. O projeto do filtro espera que a faixa de transição seja mais estreita, o melhor, ou seja, espera-se que o componente de frequência fora da banda de passagem decaia o mais rápido possível, o projeto do filtro real, sempre através de uma variedade de métodos para aproximar o filtro ideal.
