Что такое порядок фильтра

Что такое порядок фильтра

Вспомним школьный курс физики. Основное свойство катушки индуктивности заключается в том, что она сопротивляется быстрым изменениям протекающего через нее тока. Иными словами, на низких частотах ее сопротивление маленькое, а с ростом частоты оно заметно растет. Если включить её последовательно с динамиком, она пропустит на него низкие частоты, но ослабит высокие, и мы получим самый настоящий фильтр нижних частот.

А вот у конденсатора свойства прямо противоположные – он вообще не пропускает через себя постоянный ток, но зато может пропускать переменный. Причем чем выше частота сигнала, тем меньшее сопротивление он ему будет оказывать. Так что если мы включим конденсатор последовательно с твитером, то получим ФВЧ, который ослабит низкие частоты, зато легко пропустит высокие.

Каждый из таких фильтров будет состоять из одного элемента и назваться они будут фильтрами первого порядка. Они простые в расчете, потому что содержат всего по одному элементу – катушке или конденсатору. Если мы захотим сделать фильтры с определенной частотой среза Fc (она определяется по уровню –3 дБ), то нам нужно будет подобрать катушку и конденсатор вот с такими параметрами (индуктивность в мГн, емкость в мкФ):

где Z – это импедансы динамиков (Ом), которые мы собираемся подключить к фильтрам. Часто в расчетах в качестве Z подставляют номинальные импедансы. В общем-то, так действительно можно в первом приближении оценить, какого примерно порядка нам понадобятся катушка или конденсатор, но не более того. Если требуется точный расчет параметров, то для этого нужно знать саму Z-характеристику динамиков, а в формулу подставлять не номинальные значения импедансов, а значения на конкретной частоте Fc.

Недостаток фильтров первого порядка – невысокая крутизна среза, порядка 6 дБ/октава. Иными словами, они не очень «старательно» фильтруют сигнал, а значит, с такими фильтрами широкий диапазон частот будет воспроизводиться и твитером, и мидбасовым динамиком одновременно.

Это плохо из-за того, что динамики, как правило, разносятся в автомобиле на довольно приличное расстояние друг от друга. В результате до ушей будет доходить не то, что они излучают, а некий результат сложения, интерференции. Ну а то, что разные динамики не могут воспроизводить один и тот же сигнал абсолютно одинаково, только усугубляет ситуацию.

Чтобы избавиться от этого недостатка и уменьшить диапазон совместной работы динамиков, применяют фильтры более высоких порядков. Например, если добавить к фильтрам первого порядка еще по одному элементу, то получим уже фильтр второго порядка.

Такой фильтр даёт более крутой спад АЧХ за пределами зоны пропускания, отсюда и более узкая полоса совместной работы.

При дальнейшем добавлении элементов по тому же принципу можно получить фильтры третьего, четвертого и еще выше порядков. Они будут еще лучше справляться с фильтрацией.

И всё бы хорошо, но любые фильтры имеют одну неприятную особенность – они сдвигают сигнал по фазе, задерживают его. На первый взгляд, ничего страшного в этом нет, ведь, к примеру, звуковые процессоры тоже задерживают сигнал. Но дело в том, что процессоры задерживают сигнал «целиком», а у фильтров эта задержка разная на разных частотах. А что получится, если мы в широкополосном музыкальном сигнале одни частоты задержим сильнее других? Форма сигнала, понятное дело, исказится. Такие искажения называются фазовыми. И чем выше порядки фильтров, тем больше эта фазовая неравномерность. Я ни в коем случае не призываю отказываться от фильтров высоких порядков, но к ним лучше относиться с осторожностью.

Источник

Фильтры первого и второго порядка.

Для разделения пищалок и мидбасов по частотам дабы не перегрузить динамики и отсечь не нужные для воспроизведения частоты используют фильтры.

Фильтры бывают различных порядков (первого, второго, третьего…). Рассмотрим самый доступные это фильтр первого порядка и второго порядка.

Фильтр первого порядка.

Для подбора компонентов существует таблица номиналов.

Фильтр первого порядка позволяет отсечь мидбас от пищалки на желаемой частоте раздела к примеру 4000 Гц. При этом мидбас будет играть в нижней части до 4000 Гц, а пищалка в верхней. Крутизна спада (затухания сигнала) для такого фильтра всего лишь 6 дБ/окт. При использовании такого фильтра возникает сдвиг фаз 90 градусов. Которые потребуют коррекции либо смещением компонентов, либо необходима коррекция при помощи временных задержек.

Фильтр второго порядка.

Крутизна спада для такого фильтра 12 дБ/окт. При использовании такого фильтра возникает сдвиг фаз 180 градусов. Которые потребуют коррекции, как вариант это смена полярности динамиков.

Спасибо что дочитали! Всем добра и ровных дорог! Да прибудет с вами автозвук! Если считаете данную запись полезной нажмите поделиться.

Комментарии 22

Приветствую! Скажи пожалуйста, т.е чтобы динамик нч играл до 100гц а потом плавно затухал — достаточно катушки 6,4мГ (миллиГенри?), верно?

Не сильно понятно присутствие на НЧ индуктивности. В параллельном фильтре первого порядка. Я понял бы если бы НЧ был широкополосник. Ну и по мимо фильтров надо учитывать чувствительность НЧ и ВЧ, и добавлять сопротивление на ВЧ головку т.к. у них чувствительность обычно за 100.
Лучше использовать последовательный фильтр первого порядка, а не параллельный, чтобы не получить ужас из АЧХ.
Аудиофилы называют любителей автозвука родственниками с колхоза.

Лучше всего, если позволяет бюджет, строить поканалку, с фильтрацией каждого отдельно канала через процессор) А если бюджет поет романсы, то пилим фильтры, методом подбора)

Не финансы должны быть. Мозги.
Сейчас продаются куча разных компонентов — транзисторы, резисторы и другая прибулда. Очень не дорого.
Куча калькуляторов в интернете.
Паяльник в руки и вперёд.

Не сильно понятно присутствие на НЧ индуктивности. В параллельном фильтре первого порядка. Я понял бы если бы НЧ был широкополосник. Ну и по мимо фильтров надо учитывать чувствительность НЧ и ВЧ, и добавлять сопротивление на ВЧ головку т.к. у них чувствительность обычно за 100.
Лучше использовать последовательный фильтр первого порядка, а не параллельный, чтобы не получить ужас из АЧХ.
Аудиофилы называют любителей автозвука родственниками с колхоза.

Такая схема подключения (последовательная) натуральное ОВНО!
Я её уже строил 30 лет назад, когда в школе учился.

Здравствуйте. это МикроФарад и МикроГенри (или милли)?

В таблице представлены номиналы ёмкости и индуктивности, я правильно понимаю на вч и нч одни и те же номиналы, только схема подключения разная?

нашел калькулятор для фильтра НЧ
нашел в Красноярске где купить катушку индуктивности и конденсатор… и подставил их параметры в калькулятор
получилось вот что:
(параметры которые можно изменить это индуктивность и емкость)

Индуктивность катушки L1 10 микрогенри мкГн µH
Ёмкость конденсатора С1 2200 микрофарад мкФ µF
получилось:
Частота среза фильтра Fср 1517.48 Гц
Характеристическое сопротивление 0.07 Ом

Даров. У меня саб босэ без усилка. Хочу сделать фильтр только для низких частот что нужно сделать. Транзистор на 133 микрофорат?

Привет, смотри ответ ниже.

Подсчитай сам вот ссылка на калькулятор www.aie.sp.ru/Calculator_filter.html

Привет всем подскажите как правильно подобрать фильтры? Хочу сделать чтобы овалы играли только бас. А в дверях средина и высокие. Авто седан ставить в багажник саб пока не вижу смысла. Маг обычный не процессорный. Всем спасибо за помощь)

Привет, можно катушки намотать и будет тебе фильтр первого порядка, можно еще конденсатор подцепить и будет фильтр второго, срез круче получается. А так в идеале купить магнитолу линейки 100 от пионер, а они уже умеют резать. Там режим сабвуфера есть, т.е. блины подключенные на тыловой канал будут как саб работать.

привет, подскажи на схеме С-это конденсатор а L-?

Источник

Опции темы

Поиск по теме

Отображение

Кроссоверы— это устройства в звуковых системах, которые создают нужные рабочие частотные диапазоны для динамиков. Динамики сконструированы таким образом, чтобы работать в определенном частотном диапазоне. Они не приемлют частоты, не входящие в эти рамки. Если на высокочастотный динамик (твитер) подать низкую частоту, то звуковая картина испортится, а если сигнал еще и мощный, то твитер «сгорит». Высокочастотные динамики должны работать только с высокими частотами, а низкочастотные динамики должны получить от общего звукового сигнала только низкочастотный диапазон. Оставшаяся средняя полоса достается среднечастотным динамикам (мидвуферы). Следовательно, задача кроссоверов заключается в разделении звукового сигнала на нужные (оптимальные) частотные полосы для соответствующих типов динамиков.

Кроссоверы четвертого порядка. Кроссоверы Баттерворта четвертого порядка имеют высокую чувствительность равную 24 дБ на октаву, что резко уменьшает взаимовлияние динамиков в области разделения частот. Сдвиг по фазе составляет 360 градусов, что фактически означает его отсутствие. Однако величина фазового сдвига в данном случае непостоянна и может привести к неустойчивой работе кроссовера. Эти кроссоверы практически не применяются на практике.
Оптимизировать конструкцию кроссовера четвертого порядка удалось Линквицу и Рили. Данный кроссовер состоит из двух последовательно соединенных кроссоверов Баттерворта второго порядка для твитера, и тоже самое для басового динамика. Чувствительность их также равна 24 дБ на октаву, однако уровень выходного сигнала на каждом фильтре меньше на 6 дБ, чем уровень выходного сигнала кроссовера. Кроссовер Линквица-Рили не имет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не работающих в одной физической плоскости. Эти кроссоверы по сравнению с другими конструкциями дают самые лучшие акустические характеристики.

Конструирование пассивных кроссоверов

Пассивные и активные кроссоверы

Настройка активного кроссовера

В этой таблице приведены начальные величины частот среза для различных типов динамиков при настройке активных кроссоверов.

Источник

Коэффициенты (Coefficients) – см. Коэффициенты фильтра (Filter Coefficients).

Коэффициенты фильтра (Filter Coefficients) – набор постоянных, также называемых весами элементов (tap weights), используемые при фильтрации сигнала цифровым фильтром. Проектирование цифрового фильтра – это задача определения коэффициентов фильтра, которые бы обеспечивали желаемую частотную характеристику. Для КИХ-фильтра по определению коэффициенты являются значениями импульсной характеристикой фильтра.

Относительное затухание (Relative Attenuation) – затухание, измеренное относительно наибольшего значения амплитуды. Наибольший уровень сигнала (минимальное затухание) обычно задается относительно уровня в 0 ДБ, при этом остальные значения амплитуды на кривой частотной характеристики имеют отрицательные значения (в ДБ).

Переходная область (Transition Region) – область частот между полосой пропускания и полосой задерживания цифрового фильтра. Рисунок 4 иллюстрирует переходную область для фильтра нижних частот. Иногда переходная область также называют переходной полосой (transition band).

Полосовой фильтр (Bandpass Filter) – фильтр, изображенный на рис.5, который пропускает одну полосу частот и ослабляет частоты выше и ниже этой полосы.

Порядок фильтра (Filter Order) – число, описывающее самый высокий показатель степени числителя или знаменателя передаточной функции цифрового фильтра. Для КИХ-фильтров – знаменателя передаточной функции нет и порядок фильтра – это просто число элементов, входящих в структуру фильтра. Для БИХ-фильтров – порядок фильтра равен числу элементов задержки в структуре фильтра. Как правило, чем выше порядок фильтра, тем лучше АЧХ фильтра.

Пульсации (Ripple) – Пульсации показывают колебания в полосе пропускания или полосе задерживания на кривой амплитудно-частотной характеристики фильтра в дБ. Эллиптические фильтры или фильтры Чебышева имеют равно-волновые характеристики, то есть пульсации (колебания) постоянны по амплитуде во всей их полосе пропускания. Производные от АЧХ фильтров Бесселя и Баттерворта не имеют пульсаций в полосе пропускания. Пульсации в полосе задерживания иногда называют также внеполосными пульсациями (out-of-band ripple).

Пульсации в полосе пропускания (Passband Ripple) – пульсации или колебания амплитудно-частотной характеристики в пределах полосы пропускания фильтра. Неравномерность в полосе пропускания, измеряемая в дБ, проиллюстрирована на рисунке 4. (См. Неравномерность (Ripple)).

Рис. 4. Частотная характеристика цифрового фильтра низких частот, с обозначением неравномерности в полосе пропускания и ослабления в области непропускания.

Режекторный фильтр (полосно – заграждающий фильтр, Band Reject Filter) – это фильтр, который ослабляет одну полосу частот и пропускает полосы частот ниже и выше её. Рис.5 изображает частотную характеристику идеального режекторного фильтра. Этот тип фильтра иногда называют также узкополосным режекторным фильтром (фильтр-пробка, notch filter).

Рис. 5 Обозначение фильтров и их частотные отклики (a) Режекторный фильтр; (б) Полосовой фильтр.

Спад (Rolloff) – этот термин используется для описания крутизны, или наклона, характеристики фильтра в области перехода от полосы пропускания к полосе задерживания. О некоторых цифровых фильтрах говорят, что они имеют спад 12 ДБ/октава – имеется в виду, что первая октава от частоты f до 2f, будет иметь ослабление на 12 ДБ больше, чем ослабление фильтра на частоте f. Вторая октава, 4f, будет ослаблена на 24 ДБ больше, и так далее.

Структурная схема (Structure) – этот термин, используемый в цифровой обработке сигналов. Относится к блок-схеме, показывающей как устроен цифровой фильтр. Рекурсивная структура фильтра – такая, в которой имеет место обратная связь и используются предыдущие значения выходного сигнала фильтра вместе с предыдущими значениями входного сигнала для вычисления текущего выходного сигнала. БИХ-фильтры почти всегда описываются при помощи рекурсивной структуры фильтров. Нерекурсивная структура фильтров – такая, в которой при вычислении текущего выходного сигнала используются только предыдущие входные сигналы. КИХ-фильтры почти всегда описываются при помощи нерекурсивной структуры.

Фазочастотная характеристика (Phase Response) – разность фаз для различных частот между входным и выходным синусоидальными сигналами на данной частоте. ФЧХ, иногда называемая фазовой задержкой (phase delay), обычно изображается в виде кривой, показывающей сдвиг фазы фильтра как функцию от частоты.

Фильтр верхних частот (ФВЧ, Highpass filter) – фильтр, который пропускает высокие частоты и ослабляет низкие, как показано на рисунке F-5(a).

Рис. 6. Обозначение фильтров и частотные отклики:

Все мы имели возможность ознакомиться с высокочастотной фильтрацией в нашей повседневной жизни. Обратите внимание, что происходит, когда мы усиливаем верхние звуковые частоты (или ослабляем нижние звуковые частоты) на наших домашних стереосистемах. Обычный диапазон частотного отклика звукового усилителя изменяется и дает нам повышенный и резкий (tinny) звук, поскольку подчеркиваются высокочастотные составляющие мелодии.

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Фильтры. Вновь. По порядку…

Профессиональный рецепт Огюста Родена наилучшим образом подходит для нашей темы. А тема была давно обещана читателям. Вновь (поскольку «вспомнить всё») разобраться с электрическими фильтрами во всех формах, в которых они применяются в нашей узкой отрасли.

…взять глыбу мрамора и отсечь от нее всё лишнее…
Огюст Роден

ОТСЕКАЯ ЛИШНЕЕ

Любой фильтр, в сущности, делает со спектром сигнала то же, что Роден с мрамором. Но в отличие от творчества скульптора замысел принадлежит не фильтру, а нам с вами.

Нам с вами по понятным причинам больше всего знакома одна сфера применения фильтров — разделение спектра звуковых сигналов для последующего воспроизведения их динамическими головками (нередко мы говорим «динамиками», но сегодня материал серьёзный, поэтому к терминам будем тоже подходить со всей строгостью). Но эта область использования фильтров, наверное, всё же не основная и совершенно точно, что не первая в историческом плане. Не будем забывать, что электроника когда-то называлась радиоэлектроникой, и первоначальной её задачей было обслуживание нужд радиопередачи и радиоприёма. И даже в те детские годы радио, когда сигналы сплошного спектра не передавались, а радиовещание ещё называлось радиотелеграфией, возникла потребность повышения помехозащищённости канала, и решена эта задача была за счёт использования фильтров в приёмных устройствах. На передающей стороне фильтры применялись для ограничения спектра модулированного сигнала, чем также удалось повысить надёжность передачи. В конце концов, краеугольный камень всей радиотехники тех времён, резонансный контур — не что иное, как частный случай полосового фильтра. Поэтому можно сказать, что вся радиотехника началась с фильтра.

Конечно, первые фильтры были пассивными, состояли они из катушек и конденсаторов, а с помощью резисторов удавалось получить нормированные характеристики. Но все они обладали общим недостатком — их характеристики зависели от импеданса той цепи, которая стоит за ними, то есть цепи нагрузки. В простейших случаях импеданс нагрузки можно было поддерживать достаточно высоким, чтобы этим влиянием можно было пренебречь, в других случаях взаимодействие фильтра и нагрузки приходилось учитывать (между прочим, расчёты зачастую велись даже без логарифмической линейки, просто в столбик). Избавиться от влияния импеданса нагрузки, этого проклятия пассивных фильтров, удалось с появлением активных фильтров.

Изначально предполагалось посвятить этот материал целиком и полностью пассивным фильтрам, их в практике инсталляторов приходится рассчитывать и изготавливать своими силами несравнимо чаще, чем активные. Но логика потребовала, чтобы мы всё же начали с активных. Как ни странно, потому что они проще, что бы ни казалось при первом взгляде на приводимые иллюстрации.

Хочу быть понятым верно: сведения об активных фильтрах не призваны служить исключительно руководством по их изготовлению, такая надобность появляется далеко не всегда. Гораздо чаще возникает нужда понять, как работают уже имеющиеся фильтры (главным образом — в составе усилителей) и почему они не всегда работают так, как нам бы хотелось. И здесь, действительно, может прийти мысль о ручной работе.

Принципиальные схемы активных фильтров

В простейшем случае активный фильтр представляет собой пассивный фильтр, нагруженный на элемент с единичным коэффициентом передачи и высоким входным импедансом — либо на эмиттерный повторитель, либо на операционный усилитель, работающий в режиме повторителя, то есть с единичным усилением. (Можно реализовать и катодный повторитель на лампе, но ламп я, с вашего позволения, касаться не буду, если кому интересно — обратитесь к соответствующей литературе). По идее, не возбраняется таким способом построить активный фильтр любого порядка. Поскольку токи во входных цепях повторителя очень малы, то, казалось бы, элементы фильтра могут быть выбраны очень компактными. Все ли? Представьте себе, что нагрузкой фильтра является резистор 100 Ом, вы хотите сделать фильтр НЧ первого порядка, состоящий из единственной катушки, на частоту 100 Гц. Каков должен быть номинал катушки? Ответ: 159 мГн. Какая уж тут компактность. И главное, что омическое сопротивление такой катушки может оказаться вполне сравнимым с нагрузкой (100 Ом). Поэтому о катушках индуктивности в схемах активных фильтров пришлось забыть, другого выхода просто не было.

Для фильтров первого порядка (рис. 1) я приведу два варианта схемной реализации активных фильтров — с ОУ и с эмиттерным повторителем на транзисторе n-p-n типа, а вы уж сами при случае выберете, с чем вам проще будет работать. Почему n-p-n? Потому, что их больше, и потому, что при прочих равных условиях в производстве они получаются несколько «лучше». Моделирование проводилось для транзистора КТ315Г — единственного, наверное, полупроводникового прибора, цена на который до последнего времени была точно такая же, как и четверть века назад — 40 копеек. Фактически вы можете использовать любой n-p-n транзистор, коэффициент усиления которого (h21э) не намного ниже 100.

Рис. 1. Фильтры ВЧ первого порядка

Резистор в цепи эмиттера (R1 на рис. 1) задаёт ток коллектора, для большинства транзисторов его рекомендуют выбирать примерно равным 1 мА или немного меньше. Частоту среза фильтра определяет ёмкость входного конденсатора C2 и общее сопротивление параллельно включённых резисторов R2 и R3. В нашем случае это сопротивление составляет 105 кОм. Надо только следить, чтобы оно было значительно меньше, нежели сопротивление в цепи эмиттера (R1), умноженное на показатель h21э — в нашем случае это примерно 1200 кОм (в действительности при разбросе значений h21э от 50 до 250 — от 600 кОм до 4 МОм). Выходной конденсатор добавлен, что называется, «для порядка» — если нагрузкой фильтра будет входной каскад усилителя, там, как правило, уже стоит конденсатор для развязки входа по постоянному напряжению.

В схеме фильтра на ОУ здесь (как и в последующем) использована модель TL082C, поскольку этот операционный усилитель очень часто применяется для построения фильтров. Впрочем, можно брать едва ли не любой ОУ из тех, что нормально работают с однополярным питанием, предпочтительнее с входом на полевых транзисторах. Здесь также частота среза определяется соотношением ёмкости входного конденсатора C2 и сопротивлением параллельно включённых резисторов R3, R4. (Почему параллельно включённых? Потому, что с точки зрения переменного тока плюс питания и минус — одно и то же.) Соотношение резисторов R3, R4 определяет среднюю точку, если они будут немного различаться, это не трагедия, это лишь означает, что сигнал максимальной амплитуды начнёт ограничиваться с одной стороны несколько раньше. Фильтр рассчитан на частоту среза 100 Гц. Чтобы её понизить, надо увеличить либо номинал резисторов R3, R4, либо емкость C2. То есть номинал изменяется обратно пропорционально первой степени частоты.

В схемах фильтра НЧ (рис. 2) на пару деталей больше, поскольку входной делитель напряжения не используется как элемент частотно-зависимой цепи и добавляется разделительная ёмкость. Для понижения частоты среза фильтра надо увеличивать входной резистор (R5).

Рис. 2. Фильтры НЧ первого порядка

Разделительная ёмкость имеет нешуточный номинал, так что без электролита обойтись будет трудно (хотя можно ограничиться плёночным конденсатором 4,7 мкФ). Следует учитывать, что разделительная ёмкость совместно с C2 образуют делитель, и чем она меньше, тем выше ослабление сигнала. Как следствие, несколько смещается и частота среза. В некоторых случаях можно обойтись без разделительного конденсатора — если, к примеру, источником является выход другого каскада фильтра. А вообще стремление избавиться от громоздких разделительных конденсаторов и явилось, наверное, основной причиной перехода от однополярного питания к двухполярному.

На рис. 3 и 4 показаны частотные характеристики фильтров ВЧ и НЧ, схемы которых мы только что рассмотрели.

Рис. 3. Характеристики фильтров ВЧ первого порядка

Рис. 4. Характеристики фильтров НЧ первого порядка

Весьма вероятно, что у вас уже возникли два вопроса. Первый: а что это мы так плотно занялись изучением фильтров первого порядка, когда для сабвуферов они не годятся вовсе, да и для разделения полос фронтальной акустики, если верить высказываниям автора, они применимы, мягко говоря, не часто? И второй: а почему автор не упомянул ни Баттерворта, ни его однофамильцев — Линквица, Бесселя, Чебышева, в конце концов? На первый вопрос я пока отвечать не буду, чуть позже вам всё станет ясно. Сразу перехожу ко второму. Баттервортом со товарищи были определены характеристики фильтров от второго порядка и выше, а частотная и фазовая характеристика фильтров первого порядка всегда одна и та же.

Итак, фильтры второго порядка, с номинальной крутизной спада 12 дБ/окт. Такие фильтры повсеместно делаются с использованием ОУ. Можно, конечно, обойтись и транзисторами, но для того, чтобы схема работала точно, приходится учитывать много всего, и в результате простота оказывается чисто мнимой. Известно энное количество вариантов схемной реализации таких фильтров. Я даже не скажу какое, поскольку любое перечисление всегда может оказаться неполным. Да и нам оно мало что даст, поскольку по-настоящему углубляться в теорию активных фильтров нам вряд ли имеет смысл. Тем более что в построении фильтров усилителей участвуют по большей части лишь две схемные реализации, можно даже сказать, что полторы. Начнём с той, которая «целая». Это так называемый фильтр Саллена — Ки (Sallen — Key).

Рис. 5. Фильтр ВЧ второго порядка

Здесь, как и всегда, частота среза определяется номиналами конденсаторов и резисторов, в данном случае — C1, C2, R3, R4, R5. Обратите внимание, для фильтра Баттерворта (ну наконец-то!) номинал резистора в цепи обратной связи (R5) должен быть вдвое меньше номинала резистора, включённого в «землю». Как обычно, в «землю» получаются включенными резисторы R3 и R4 параллельно, и суммарный номинал их 50 кОм.

Теперь несколько слов как бы в сторону. Если у вас фильтр не перестраиваемый, проблем с подбором резисторов не будет. Но если вам надо плавно менять частоту среза фильтра, нужно одновременно изменять два резистора (у нас их три, но в усилителях питание двухполярное, и там один резистор R3, номинала такого же, как наши два R3, R4, включённые параллельно). Специально для таких целей выпускаются сдвоенные переменные резисторы разного номинала, но они и дороже, и не так их много. Кроме того, можно разработать фильтр с очень близкими характеристиками, но у которого оба резистора будут одинаковыми, а ёмкости C1 и C2 — разными. Но это хлопотно. А теперь давайте посмотрим, что будет, если взять фильтр, рассчитанный на среднюю частоту (330 Гц) и начать менять лишь один резистор — тот, который в «землю». (Рис. 6).

Рис. 6. Перестройка фильтра ВЧ

Согласитесь, нечто подобное мы многократно видели на графиках в тестах усилителей.

Схема фильтра НЧ похожа на зеркальное отображение фильтра ВЧ: в обратной связи стоит конденсатор, а в горизонтальной полке буквы «Т» — резисторы. (Рис. 7).

Рис. 7. Фильтр НЧ второго порядка

Как и в случае с фильтром НЧ первого порядка, добавляется разделительный конденсатор (C3). Величина резисторов в цепи создания локальной «земли» (R3, R4) влияет на величину затухания, вносимого фильтром. При указанном на схеме номинале аттенюация около 1,3 дБ, думаю, с этим можно мириться. Как всегда, частота среза обратно пропорциональна номиналу резисторов (R5, R6). Для фильтра Баттерворта номинал конденсатора в обратной связи (C2) должен быть вдвое больше, чем ёмкость C1. Поскольку номинал резисторов R5, R6 один и тот же, для плавной перестройки частоты среза подходит почти любой сдвоенный подстроечный резистор — именно поэтому во многих усилителях характеристики фильтров НЧ более стабильны, нежели характеристики фильтров ВЧ.

На рис. 8 показаны амплитудно-частотные характеристики фильтров второго порядка.

Рис. 8. Характеристики фильтров второго порядка

Вот теперь можно вернуться к тому вопросу, который остался без ответа. Схему фильтра первого порядка мы «проходили» потому, что активные фильтры создаются в основном путём каскадирования базовых звеньев. Так что последовательное соединение фильтров первого и второго порядка даст третий порядок, цепочка из двух фильтров второго порядка даст четвёртый и так далее. Поэтому я приведу лишь два варианта схем: фильтр ВЧ третьего порядка и фильтр НЧ — четвёртого. Тип характеристики — Баттерворт, частота среза — те же 100 Гц. (Рис. 9).

Рис. 9. Фильтр ВЧ третьего порядка

1. По известной частоте среза фильтра задаться одним из характерных номиналов (R или C) и вычислить второй номинал, используя зависимость:

Поскольку ассортимент номиналов конденсаторов, как правило, более узкий, разумнее всего задаться базовым значением ёмкости C (в фарадах), а по нему определить базовое значение R (Ом). Но если у вас, к примеру, есть пара конденсаторов 22 nF и несколько штук на 47 nF, никто не мешает вам брать и те, и эти — но в разных частях фильтра, если он составной.

2. Для фильтра первого порядка формула (1.1) даёт сразу значение резистора. (В нашем конкретном случае получаем 72,4 кОм, округляем до ближайшего стандартного значения, получаем 75 кОм.) Для базового фильтра второго порядка вы точно так же определяете стартовое значение R, но для того, чтобы получить действительные значения резисторов, надо будет воспользоваться таблицей. Тогда номинал резистора в цепи обратной связи определится как

а номинал резистора, идущего в «землю», будет равен

Единичкой и двойкой в скобках обозначены строки, относящиеся к первому и второму каскадам фильтра четвёртого порядка. Можете проверить: произведение двух коэффициентов в одной строке равно единице — это, действительно, обратные величины. Впрочем, мы договорились в теорию фильтров не лезть.

Расчёт номиналов определяющих компонентов фильтра НЧ осуществляется сходным образом и по той же таблице. С той только разницей, что в общем случае вам придётся танцевать от удобного номинала резистора, а номиналы конденсаторов подбирать по таблице. Конденсатор в цепи обратной связи определится как

а конденсатор, соединяющий вход ОУ с «землёй», как

Пользуясь вновь приобретёнными знаниями, рисуем фильтр НЧ четвёртого порядка, который уже вполне можно применить для работы с сабвуфером (рис. 10). На схеме я на этот раз привожу расчётные значения емкостей, без округления до стандартного номинала. Это чтобы вы могли себя проверить при желании.

Рис. 10. Фильтр НЧ четвёртого порядка

Я до сих пор ни слова не сказал о фазовых характеристиках, и правильно сделал — вопрос этот отдельный, отдельно им и займёмся. В следующий раз, вы же поняли, мы только начинаем…

Рис. 11. Характеристики фильтров третьего и четвёртого порядка

Источник