Novinky - Vlastnosti pásmového filtru

Pasivní pásmové propustné filtrylze vytvořit spojením dolní propusti s horní propustí

Pasivní pásmová propust lze použít k izolaci nebo filtrování určitých frekvencí, které leží v určitém pásmu nebo rozsahu frekvencí. Mezní frekvenci neboli bod ƒc v jednoduchém pasivním RC filtru lze přesně regulovat pomocí jediného rezistoru zapojeného v sérii s nepolarizovaným kondenzátorem a v závislosti na způsobu jejich zapojení se získá buď dolní, nebo horní propust.

Jednoduché využití těchto typů pasivních filtrů spočívá v aplikacích nebo obvodech audio zesilovačů, jako jsou například výhybkové filtry reproduktorů nebo regulátory tónů předzesilovačů. Někdy je nutné propustit pouze určitý rozsah frekvencí, které nezačínají na 0 Hz (DC) nebo nekončí v nějakém horním bodě vysoké frekvence, ale nacházejí se v určitém rozsahu nebo pásmu frekvencí, ať už úzkém nebo širokém.

Propojením neboli „kaskádováním“ jednoho obvodu dolní propusti s obvodem horní propusti můžeme vytvořit další typ pasivního RC filtru, který propouští vybraný rozsah nebo „pásmo“ frekvencí, které může být buď úzké, nebo široké, a zároveň zeslabuje všechny frekvence mimo tento rozsah. Tento nový typ uspořádání pasivního filtru vytváří frekvenčně selektivní filtr, běžně známý jako pásmová propust nebo zkráceně BPF.

Na rozdíl od dolní propusti, která propouští pouze signály z nízkofrekvenčního rozsahu, nebo horní propusti, která propouští signály z vyššího frekvenčního rozsahu, pásmová propust propouští signály v určitém „pásmu“ nebo „rozptylu“ frekvencí, aniž by zkreslovala vstupní signál nebo vnášela další šum. Toto frekvenční pásmo může mít libovolnou šířku a je běžně známé jako šířka pásma filtru.

Šířka pásma je běžně definována jako frekvenční rozsah, který existuje mezi dvěma specifikovanými mezními body frekvence (ƒc), které jsou 3 dB pod maximálním středem nebo rezonančním vrcholem, zatímco ostatní body mimo tyto dva body zeslabují nebo utlumují.

Pro široce rozptýlené frekvence pak můžeme jednoduše definovat termín „šířka pásma“, BW, jako rozdíl mezi bodem spodní mezní frekvence (ƒcLOWER) a vyšší mezní frekvence (ƒcHIGHER). Jinými slovy, BW = ƒH – ƒL. Aby pásmová propust správně fungovala, musí být mezní frekvence dolní propusti vyšší než mezní frekvence horní propusti.

„Ideální“ pásmová propust lze také použít k izolaci nebo filtrování určitých frekvencí, které leží v daném pásmu, například k potlačení šumu. Pásmové propustě jsou obecně známé jako filtry druhého řádu (dvoupólové), protože mají ve svém obvodu „dvě“ reaktivní složky, kondenzátory. Jeden kondenzátor v dolní propustě a druhý kondenzátor v horní propustě.

Bodeův graf neboli křivka frekvenční odezvy výše ukazuje charakteristiky pásmové propusti. Zde je signál utlumen na nízkých frekvencích, přičemž výstup se zvyšuje se sklonem +20 dB/dekádu (6 dB/oktávu), dokud frekvence nedosáhne „dolní mezní hodnoty“ ƒL. Při této frekvenci je výstupní napětí opět 1/√2 = 70,7 % hodnoty vstupního signálu neboli -3 dB (20*log(VOUT/VIN)) vstupu.

Výstup pokračuje s maximálním zesílením, dokud nedosáhne „horního mezního bodu“ ƒH, kde výstup klesá rychlostí -20 dB/dekádu (6 dB/oktávu) a zeslabuje tak veškeré vysokofrekvenční signály. Bod maximálního zesílení výstupu je obecně geometrický průměr dvou hodnot -3 dB mezi dolním a horním mezním bodem a nazývá se hodnota „střední frekvence“ nebo „rezonančního vrcholu“ ƒr. Tato geometrická průměrná hodnota se vypočítá jako ƒr² = ƒ(HORNÍ) x ƒ(DOLNÍ).

Apásmový filtrje považován za filtr druhého řádu (dvoupólový), protože má ve své obvodové struktuře „dvě“ reaktivní složky, pak bude fázový úhel dvojnásobný oproti dříve známým filtrům prvního řádu, tj. 180°. Fázový úhel výstupního signálu PŘEDBÍHÁ vstupní signál o +90° až do střední nebo rezonanční frekvence, v bodě, kde se stává „nulou“ stupňů (0°) nebo „ve fázi“, a poté se s rostoucí výstupní frekvencí mění na zpoždění vstupu o -90°.

Horní a dolní mezní frekvenci pro pásmovou propust lze nalézt například pomocí stejného vzorce jako pro nízkofrekvenční i vysokofrekvenční filtry.