Рассмотрим основные типы фильтров, классифицируемых по виду амплитудно-частотных характеристик.
Фильтры нижних частот.
Для фильтров нижних частот (ФНЧ) характерно то, что входные сигналы низких частот, начиная с постоянных сигналов, передаются на выход, а сигналы высоких частот задерживаются.
Приведем примеры амплитудно-частотных характеристик фильтров нижних частот. На рис. 2.52, а показана характеристика идеального (не реализуемого на практике) фильтра (ее иногда называют характеристикой типа «кирпичная стена»). На других рисунках представлены характеристики реальных фильтров.
Полоса пропускания лежит в пределах от нулевой частоты до частоты среза ?с. Обычно частоту среза определяют как частоту, на которой величина А(?) равна 0,707 от максимального значения (т. е. меньше максимального значения на 3 дБ).
Между полосами пропускания и задерживания у реальных фильтров расположена переходная полоса. У идеального фильтра переходная полоса отсутствует.
Фильтры верхних частот.
Фильтр верхних частот характерен тем, что он пропускает сигналы верхних и задерживает сигналы нижних частот.
Частотные характеристики фильтров верхних частот, как и характеристики фильтров нижних частот, многообразны в своих деталях.
Изобразим для иллюстрации две характеристики: идеальную, нереализуемую (рис. 2.53, а), и одну из типичных реальных (рис. 2.53, б). Через ?с и ?з обозначены частоты среза и задерживания.
Полосовые фильтры (полосно-пропускающие).
Изобразим амплитудно-частотную характеристику для идеального (нереализуемого) фильтра (рис. 2.54, а) и одну из типичных реальных характеристик (рис. 2.54, б).
Через ?с1 и ?с2 обозначены две частоты среза, ?0 — средняя частота. Она определяется выражением
?0 = ? (?с1 · ?с2)
Режекторные фильтры (полосно-заграждающие).
Режекторные фильтры не пропускают (задерживают) сигналы, лежащие в некоторой полосе частот, и пропускают сигналы с другими частотами. Изобразим амплитудно-частотную характеристику для идеального (нереализуемого) фильтра (рис. 2.55, а) и одну из типичных реальных характеристик (рис. 2.55, б).
Всепропускающие фильтры (фазовые корректоры).
Эти фильтры пропускают сигналы любой частоты. Построим соответствующую амплитудно-частотную характеристику (рис. 2.56).
Такие фильтры используются в некоторой электронной системе для того, чтобы изменить с той или иной целью фазочастотную характеристику всей системы.
Исходя из приведенного математического описания фильтров, нетрудно сделать вывод, что ход амплитудно-частотной характеристики на достаточном удалении от полосы пропускания прямо определяется порядком фильтра.
Из математического описания следует, что на достаточном расстоянии от полосы пропускания наклон характеристики равен – 20n дБ/дек, где n — порядок фильтра. Наклон – 20 дБ/дек означает, что увеличение частоты в 10 раз приводит к уменьшению коэффициента усиления в 10 раз, а наклон – 40 дБ/дек означает, что увеличение частоты в 10 раз приводит к уменьшению коэффициента усиления в 100 раз.
Из изложенного следует, что если необходимо обеспечить более быстрое изменение коэффициента усиления на удалении от полосы пропускания, то следует увеличить порядок фильтра (но при этом схема фильтра усложняется).