Definición de filtro
Un filtro es un dispositivo de procesamiento de señal que selecciona o cambia la composición de una señal de entrada a una frecuencia específica, y logra el objetivo de reducir el ruido no deseado y la interferencia al mejorar o suprimir la amplitud de la señal en un rango de frecuencia específico.
Puede haber varias fuentes de interferencia en la fuente de alimentación, como ruido de voltaje de CA, ruido de alta frecuencia, armónicos, etc., y estas señales de interferencia afectarán negativamente el funcionamiento normal de los equipos y sistemas electrónicos si no se filtran. El objetivo básico del filtro de potencia es diseñar circuitos apropiados para suprimir o filtrar estas señales interferentes, de modo que la salida de señal de la fuente de alimentación sea más estable y pura. Por lo general, se compone de capacitancia, inductancia, resistencia, componentes magnéticos y la inductancia y capacitancia de los parámetros de distribución, esta red permite que pasen ciertas frecuencias y otros componentes de frecuencia se suprimen y atenuan, y el filtro es en realidad un circuito selectivo de frecuencia. El filtro de energía puede reducir eficazmente el ruido, la fluctuación, los armónicos y otros factores inestables en la fuente de alimentación, y proporcionar una fuente de alimentación más estable y limpia. Esto ayuda a proteger el equipo de interferencias y mejora el rendimiento y la confiabilidad del sistema.
Clasificación de filtros
1. Según las características de frecuencia (características de amplitud-frecuencia y características de fase-frecuencia)
Filtro de paso bajo
Se permite el paso de los componentes de frecuencia por debajo de la frecuencia de corte, y se suprimen los componentes de frecuencia por encima de la frecuencia de corte. A partir de la frecuencia de 0 ~ f2, las características de amplitud-frecuencia son rectas, lo que puede hacer que la señal sea más baja que eso
El componente de frecuencia de f2 pasa sin atenuación, mientras que el componente de frecuencia superior a f2 está muy atenuado.
La forma de circuito principal del filtro de paso bajo
Filtro de paso alto
Se permite el paso de componentes de frecuencia superiores a la frecuencia de corte, y se suprimen los componentes de frecuencia por debajo de la frecuencia de corte. A diferencia del filtro de paso bajo, las características de amplitud y frecuencia son rectas entre las frecuencias f1 ~ ∞, por lo que los componentes de frecuencia de la señal superior a f1 pasan casi sin atenuación, mientras que los componentes de frecuencia por debajo de f1 se atenuarán en gran medida.
Filtro de paso de banda:
Se permite el paso de componentes de frecuencia superiores a la frecuencia de corte, y se suprimen los componentes de frecuencia por debajo de la frecuencia de corte. A diferencia del filtro de paso bajo, las características de amplitud y frecuencia son rectas entre las frecuencias f1 ~ ∞, por lo que los componentes de frecuencia de la señal superior a f1 pasan casi sin atenuación, mientras que los componentes de frecuencia por debajo de f1 se atenuarán en gran medida.
Características de frecuencia del filtro de paso de banda
Filtro de parada de banda
Permite el paso de los componentes de frecuencia situados fuera de un determinado rango de frecuencia y suprime los situados dentro de ese intervalo. En contraste con el filtro de paso de banda, la banda de parada está entre f1 ~ f2, lo que atenúa los componentes de frecuencia de la señal que son más altos que f1 e inferiores a f2, mientras que las señales de otros componentes de frecuencia pasan casi sin atenuación.
Características de frecuencia del filtro de parada de banda
El filtro de paso bajo y el filtro de paso alto son las dos formas básicas de filtro, otros filtros se pueden descomponer en estos dos tipos de filtros, la conexión en serie del filtro de paso bajo y el filtro de paso alto es un filtro de paso de banda, y la conexión paralela del filtro de paso bajo y el filtro de paso alto es un filtro de paso de banda.
2. Clasificación según las características de pérdida de energía
Filtro reflectante
Los filtros reflectantes, también conocidos como filtros sin pérdidas, funcionan según el principio de formar una gran discontinuidad de impedancia característica en la ruta de transmisión de señales electromagnéticas, de modo que la mayor parte de la energía electromagnética se refleja de vuelta a la fuente de señal. El filtro reflectante adopta una red pasiva compuesta por elementos de almacenamiento de energía como el inductor L y el condensador C, que tiene buenas características de selección de frecuencia, pero es fácil de generar resonancia.
Filtro absorbente
El uso de elementos de filtro con pérdida, de modo que la energía de la señal de perturbación en el filtro, para lograr el propósito de suprimir la interferencia, también conocida como filtro con pérdida, el filtro de absorción puede evitar el filtro de reflexión debido al efecto de parámetros parásitos o al desajuste de impedancia causado por la resonancia, pero su selectividad de frecuencia es pobre. El filtro de absorción utiliza material de ferrita u otros materiales con pérdidas para pasar o enrollar cables en materiales de ferrita de varias formas, y utiliza su inductancia y pérdida por corrientes de Foucault del campo magnético para bloquear la propagación de señales de perturbación.
3. Clasificados según la norma de "mejores características de aproximación".
Filtro Butterworth
Los requisitos se hacen a partir de las características de amplitud-frecuencia, independientemente de las características de fase-frecuencia. El filtro Butterworth tiene una característica de amplitud plana máxima, que se caracteriza por una curva de respuesta de frecuencia máximamente plana en la banda de paso sin ondulación, mientras que la banda de detención de frecuencia disminuye gradualmente a cero.
El filtro de paso bajo de Butterworth se puede expresar mediante la siguiente fórmula para la frecuencia al cuadrado de la amplitud:
Filtro Chebyshev
El filtro de Chebyshev, también conocido como "filtro de Chebyshev", es un filtro que fluctúa ondulaciones como la amplitud de la respuesta de frecuencia en la banda de paso o banda de parada. El filtro Chebyshev proviene de la distribución Chebyshev y es en honor al matemático ruso Bavniti. Lepovich. Chebyshev.
El filtro de Chebyshev decae más rápido que el filtro de Butterworth en la zona de transición, pero las características de amplitud-frecuencia de la respuesta de frecuencia no son tan planas como este último. El error entre las curvas de respuesta de frecuencia del filtro de relación de corte y el filtro ideal es mínimo, pero hay fluctuaciones de amplitud dentro de la banda de paso.
Filtro de Chebyshev tipo I, la relación entre la amplitud y la frecuencia del filtro de Chebyshev puede ser expresada por las siguientes compañías:
Filtro Chebyshev tipo II:
También conocido como filtro recíproco de Chebyshev, se usa con menos frecuencia porque la velocidad de corte de frecuencia no es tan rápida como la del Tipo I y no requiere más componentes electrónicos. El filtro Chebyshev tipo II no tiene fluctuaciones de amplitud en la banda de paso, solo en la banda de parada.
La función de transferencia del filtro Chebyshev tipo II es:
Filtro Bessel
El filtro Bézier es el que tiene la amplitud y la respuesta de fase más planas. La respuesta de fase del paso de banda es casi lineal. Los filtros Bessel se utilizan en equipos de audio porque proporcionan una cantidad igual de retardo a todas las frecuencias por debajo de su frecuencia de corte, donde el ruido fuera de banda debe eliminarse sin comprometer la relación de fase de múltiples señales en la banda. La función de transferencia que describe el filtro de paso bajo del filtro Bézier es la siguiente:
La no idealidad del filtro
Filtro ideal:
Un filtro ideal es un filtro que puede hacer que la amplitud y la fase de la señal en la banda de paso no se distorsionen, y el componente de frecuencia en la banda de parada se atenúe a cero, y hay una línea divisoria clara entre la banda de paso y la banda de parada. Es decir, las características de amplitud-frecuencia de un filtro ideal en la banda de paso deben ser constantes, la pendiente de las características de fase-frecuencia debe ser constante y las características de amplitud-frecuencia fuera de la banda de paso deben ser cero.
Características de amplitud y frecuencia de fase de un filtro ideal
Filtros reales:
No existe un filtro ideal, y no debe haber un límite estricto entre la banda de paso y la banda de parada en el diagrama de características de amplitud-frecuencia del filtro real. Hay una banda de transición entre la banda de paso y la banda de parada, y las frecuencias dentro de la banda de transición no se suprimen completamente, solo se atenúan. Al diseñar el filtro, se espera que la banda de transición sea lo más estrecha posible, es decir, que los componentes de frecuencia fuera de la banda de paso se atenúen lo más rápido posible.