Автор статті розповідає про деякі аспекти побудови багатоланкових частотних RC-фільтрів і вибору елементів для них.
Як відомо, фільтр нижніх частот (ФНЧ), схема якого зображена на рис. 1 ,а, пропускає в нафузку сигнали від постійного струму до частоти зрізу (смуга пропускання) і послаблює сигнали більш високої частоти (смуга загасання). За частоту зрізу f0 (рис. 1 ,б) приймають таку, на якій крива амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) фільтра знижується на 3 дБ (точніше в √2 разів). Цей рівень вибирають тому, що при такому зміні напруги потужність сигналу P=U2/r зменшується в 2 рази.
Частота зрізу одноланкового (1-го порядку) RC-фільтра дорівнює f0=1/2πτ, де τ = RC. Його АЧХ дуже полога, загасання в смузі спад характеристики - всього 6 дБ на октаву (при зміні частоти в два рази) або 20 дБ на декаду (в десять разів).
Для збільшення крутизни спаду можна застосовувати кілька RC-ланок, включених послідовно. Для того щоб ланки не впливали одне на інше, їх поділяють буферними повторювачами напруги, як показано на рис. 2, а.
У двузвенного фільтра спад АЧХ буде дорівнює приблизно 12 дБ/окт, у трьохланкового - 18 дБ/окт, у четырехзвенно-го - 24 дБ/окт і так далі (мал. 2,б; по вертикальній осі відкладено значення нормованого коефіцієнта передачі). В загальному випадку АЧХ багатоланкового фільтра буде твором АЧХ його ланок, а частота зрізу зменшиться в α = 1/√n√2-1 раз, де n - число ланок.
На рис. 2, б показано зменшення частоти зрізу f0 із збільшенням числа ланок фільтра. У таблиці вказані значення а для фільтрів з числом ланок від 2 до 10.
Такий фільтр може бути легко виконаний на будь-яких підсилювачах з будь-яким коефіцієнтом посилення (більше і менше одиниці), навіть з різним знаком посилення (тобто з інвертуванням або без нього). Просто загальний коефіцієнт передачі по напрузі Ки в смузі пропускання буде дорівнює добутку коефіцієнтів усіх ланок.
Ще одна перевага такого фільтра - дуже "м'які", без вагань і викидів, реакція на скачки рівня вхідного сигналу.
Якщо на RC-ланках будують фільтр нижніх, а верхніх частот (рис. 3,а), то частота зрізу при додаванні кожної ланки буде не зменшуватися, а збільшуватися (рис. 3, б), але чисельне значення коефіцієнта а залишається колишнім.
Така зміна частоти зрізу необхідно враховувати при проектуванні пристрою з кількома ступенями і відповідним числом розділових конденсаторів. Якщо, наприклад, кількість розділових конденсаторів дорівнює 10, а нижня частота зрізу повинна бути дорівнює 20 Гц, то кожен ФНЧ, утворений конденсатором разом з вхідним опором наступного за ним ступені, повинен мати частоту зрізу приблизно 5,4 Гц.
Те ж відноситься і до вибору коригувальних конденсаторів ОС, що формують характеристику ФНЧ. Якщо таких конденсаторів кілька або є RC-ланцюга між вузлами пристрої, що обмежують частотну смугу зверху, частоту зрізу кожної з них необхідно вибирати вище верхньої робочої частоти всього пристрою в цілому.
Автор: А. Бражниов, р. Пенза