Filtr to układ o strukturze czwórnika, którego zadaniem jest przepuszczanie sygnału (np. napięciowego) bez tłumienia w określonym paśmie częstotliwości (pulsacji) oraz tłumienie tego sygnału dla częstotliwości (pulsacji) poza tym pasmem. Filtry stosuje się zarówno w układach elektronicznych, jak i energetycznych (m.in. do filtracji wyższych harmonicznych generowanych przez przekształtniki energoelektroniczne).
Pasmo pulsacji filtra, w którym jest przepuszczany sygnał, nazywamy pasmem przepustowym, natomiast zakresem częstotliwości, w którym następuje tłumienie sygnału – pasmem tłumieniowym (Rys. 5.1). Częstotliwość oddzielająca oba te pasma nosi nazwę częstotliwości granicznej filtra (pulsacji granicznej filtra ). Ze względu na budowę i zastosowanie filtra może występować kilka pulsacji granicznych.
RWnztZ36LArTF
Ilustracja przedstawia schemat oraz wykres. W centrum schematu znajduje się prostokąt. W środku prostokąta widnieje symbol fali z ukośną kreską przedzielającą falę na pół. Z lewego boku wychodzą prostopadle dwie równoległe do siebie linie. Między liniami napis: u jeden w nawiasie omega. Z prawego boku, do zewnątrz, wychodzą prostopadle dwie równoległe do siebie linie. Między liniami napis u dwa, w nawiasie omega. Wykres: Oś pionowa wykresu to ka w nawiasie omega, oś pozioma omega. Na pionowej osi zaznaczona jest wartość jeden przez pierwiastek z dwóch. Na poziomej osi wartość omega gie. Poza granicą wartości omega gie znajduje się pasmo tłumieniowe. Na wykresie umieszczona została linia startująca od wartości jeden na osi pionowej, przechodzi ona przez punkt przecięcia wartości jeden przez pierwiastek z dwóch oraz omega gie, po czym opada dalej do dołu, kończąc na wartości zero osi pionowej. Obszar nad jedynką do granicy wyznaczonej przez omega gie opisany jest jako pasmo przepustowe.
Rys.5.1 Symbol ogólny filtrów oraz położenie pasm częstotliwości na przykładzie filtra dolnoprzepustowego
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Rwbfit5d3X6c4
Ilustracja przedstawia cztery ułożone koło siebie kwadraty. Opisane są kolejno literami a, be, ce oraz de. Z prawego i lewego boku każdego z kwadratów wychodzi na połowie jego długości, prostopadle do boku, krótka linia do zewnątrz. W kwadracie a znajdują się dwa znaki o falistym kształcie. Na górnej fali znajduje się ukośna kreska przedzielająca falę na pół. W kwadracie be znajdują się dwa znaki o falistym kształcie. Na dolnej fali znajduje się ukośna kreska przedzielająca falę na pół. W kwadracie ce znajdują się trzy znaki o falistym kształcie. Na górnej oraz dolnej fali znajduje się ukośna kreska przedzielająca falę na pół. W kwadracie de znajdują się trzy znaki o falistym kształcie. Na środkowej fali znajduje się ukośna kreska przedzielająca falę na pół.
Rys.5.2 Symbole filtrów: a) dolnoprzepustowy, b) górnoprzepustowy, c) środkowoprzepustowy, d) środkowozaporowy
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Dla każdego filtra określana jest transmitancja częstotliwościowa, definiowana jako stosunek wartości sygnału wyjściowego (napięcia lub prądu) do wartości sygnału wejściowego w zależności od zmian częstotliwości:
Najczęściej transmitancja częstotliwościowa jest wyrażana w decybelach [dB]:
W zależności od zastosowanych elementów budowy filtrów wyróżnia się:
filtry pasywne składające się tylko z elementów pasywnych LC lub RC;
filtry aktywne, w których obok elementów pasywnych znajdują się elementy aktywne, takie jak np. wzmacniacze operacyjne (pozwala to na znacznie większą swobodę w projektowaniu charakterystyki częstotliwościowej).
