Электрические фильтры. Основные свойства фильтров.
методическая разработка по физике по теме

Государственное образовательное бюджетное учреждение среднего профессионального образования Воронежской области

«Воронежский государственный профессионально-

педагогический колледж»

ПЛАН УРОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА МАЛЫХ ГРУПП

по дисциплине Основы электротехники

ФИО преподавателя Чаплыгина Л.П.

Тема урока: Электрические фильтры. Основные свойства фильтров.

Цели урока

• Образовательная: создать условия для формирования у обучающихся знаний об электрических фильтрах, их классификации и  основных свойствах.
•  Воспитательная: воспитывать дисциплину, аккуратность, добросовестность, воспитывать активность, чувство ответственности и любовь к избранной профессии
• Развивающая: развивать умение у обучающихся анализировать и делать выводы; развивать способности применять теоретические знания на практике

Общие и профессиональная компетенции, запланированные для формирования на данном уроке:

Распределение учебного времени:

Содержание учебной деятельности:

Оценивание студентами своей активности и качества работы на уроке.                                Оценивание студентами своей активности и качества работы на уроке.

Оценивание студентами своей активности и качества работы на уроке.                                     Оценивание студентами своей активности и качества работы на уроке.

Оценивание студентами своей активности и качества работы на уроке.                      Оценивание студентами своей активности и качества работы на уроке.

Опорный конспект                         Электрические Фильтры

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) токов других частот.

Четырёхпо́люсник —  электрическая цепь имеющая четыре точки подключения для соединения с другими цепями. Как правило, две точки являются входом, две другие — выходом. На входные точки подаётся исходный сигнал, с выходных снимается преобразованный.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропускания или полосой прозрачности; 

диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой затухания или полосой задерживания. 

Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание в полосе задерживания.

В качестве пассивных фильтров обычно применяются четырехполюсники на основе катушек индуктивности и конденсаторов.

Фильтры применяются как в радиотехнике и технике связи, где имеют место токи достаточно высоких частот, так и в силовой электронике и электротехнике.

Таблица 1.   Классификация фильтров

• Коэффициентом пульсации  называют отношение амплитуды основной гармоники Umог к среднему значению выпрямленного напряжения на нагрузке:

   параметры

• Отношение коэффициента пульсации на выходе выпрямителя к коэффициенту пульсации на нагрузке определяет степень сглаживания выпрямленного напряжения и называется коэффициентом сглаживания фильтра:

 q=Kп вх/Кп вых = [Um ог вх/Uо вх]:[Um ог вых/Uо вых]

Структура Т- образная и П – образная

Низкочастотный  фильтр (фильтр нижних частот)

Фильтр нижних частот — это такой фильтр, который пропускает частоты меньше некоторой определенной частоты отсечки (fco), но подавляет те частоты, которые больше частоты отсечки.

Диапазон пропускаемых частот 

Рассмотрим схему простейшего низкочастотного фильтра, представленную на    рис. 1,а.

Границы  полосы пропускания определяются неравенством

 ,

которому удовлетворяют частоты, лежащие в диапазоне

Высокочастотный фильтр (фильтр верхних частот) 

Фильтр верхних частот — это такой фильтр, который пропускает частоты, которые больше некоторой определенной частоты отсечки, но подавляет те частоты, которые меньше частоты отсечки

Схема простейшего высокочастотного фильтра приведена на рис. 3,а.

Диапазон пропускаемых частот

Границы  полосы пропускания определяются неравенством

 .

Данному неравенству удовлетворяет диапазон изменения частот

Полосовой фильтр (полосно-пропускающий фильтр)

Полосовой фильтр — это частотночувствительная схема, которая пропускает узкий диапазон частот в окрестности центральной резонансной частоты

Полосовой фильтр формально получается путем последовательного соединения низкочастотного фильтра с полосой пропускания   и высокочастотного с полосой пропускания  ,  причем   .   Схема    простейшего    полосового   фильтра

Диапазон пропускаемых частот

приведена на рис. 5,а, а на рис. 5,б представлены качественные зависимости   для него.

Режекторный фильтр (полосно-задерживающий фильтр)

Режекторный фильтр представляет собой противоположность полосовому фильтру. Он подавляет или устраняет сигналы, частоты которых попадают в узкий диапазон с центральной частотой fc. Все частоты выше и ниже центральной частоты фильтр пропускает с минимальным ослаблением

У режекторного фильтра полоса прозрачности разделена на две части полосой затухания. Схема простейшего режекторного фильтра и качественные зависимости   для него приведены на рис.6. 

Диапазон пропускаемых частот

где 

В заключение необходимо отметить, что для улучшения характеристик фильтров всех типов их целесообразно выполнять в виде цепной схемы, представляющей собой каскадно включенные четырехполюсники. При обеспечении согласованного режима работы всех n звеньев схемы коэффициент затухания   такого фильтра возрастает в соответствии с выражением  , что приближает фильтр к идеальному.

Контрольные вопросы и задачи

1. Для чего служат фильтры?
2. Что такое полосы прозрачности и затухания?
3. Каковы основные параметры фильтров?
4. Как классифицируются фильтры в зависимости от диапазона пропускаемых частот?
5. Почему рассмотренные фильтры нельзя считать идеальными?
6. Как можно улучшить характеристики фильтра?
7. Определить границы полосы прозрачности фильтров на рис. 1,а и 3,а, если       L=10 мГн, а С=10 мкФ.

Ответ:  ,  .

Контрольные вопросы и задачи

1. Для чего служат фильтры?
2. Что такое полосы прозрачности и затухания?
3. Каковы основные параметры фильтров?
4. Как классифицируются фильтры в зависимости от диапазона пропускаемых частот?
5. Почему рассмотренные фильтры нельзя считать идеальными?
6. Как можно улучшить характеристики фильтра?
7. Определить границы полосы прозрачности фильтров на рис. 1,а и 3,а, если       L=10 мГн, а С=10 мкФ.

Ответ:  ,  .

Контрольные вопросы и задачи

1. Для чего служат фильтры?
2. Что такое полосы прозрачности и затухания?
3. Каковы основные параметры фильтров?
4. Как классифицируются фильтры в зависимости от диапазона пропускаемых частот?
5. Почему рассмотренные фильтры нельзя считать идеальными?
6. Как можно улучшить характеристики фильтра?
7. Определить границы полосы прозрачности фильтров на рис. 1,а и 3,а, если       L=10 мГн, а С=10 мкФ.

Ответ:  ,  .

Контрольные вопросы и задачи

1. Для чего служат фильтры?
2. Что такое полосы прозрачности и затухания?
3. Каковы основные параметры фильтров?
4. Как классифицируются фильтры в зависимости от диапазона пропускаемых частот?
5. Почему рассмотренные фильтры нельзя считать идеальными?
6. Как можно улучшить характеристики фильтра?
7. Определить границы полосы прозрачности фильтров на рис. 1,а и 3,а, если       L=10 мГн, а С=10 мкФ.

Ответ:  ,  .