Сигааплфни кучаттириш

2.1.1.Юқори частотали фильтрлар

Юқори частотали фильтрлар(2.4-расм) да кўрсатилган. Фильтрнинг кириш қисмига мураккаб сигнал берилганда, С₁, С₂, С₃ элементлар унинг паст частотали ташкил этувчи қаршилиги кам бўлиб, сигнални шунтлайди. Шу сабабли, бир неча звенодан ўтган паст частотали сигналнинг амплитудаси жуда кичик бўлиб қолади.

2.4-расм. Юқори частотали фильтрлар а) ва б) уларнинг частота характеристикаси.

Юқори частотали сигналлар С₁, С₂, С₃ дан ўтишда катта қаршиликка учрайди. R₁, L₁, R₂, L₂, L₃, R₃ лар уланган тармоқларнинг юқори частоталарга кўрсатган қаршилиги катта бўлганда сигнал шунтланмайди. Шундай қилиб занжир фильтр вазифасини ўтайди. Бундай занжирнинг қирқиш частотаси бўлади.

Қаршилик ва сиғимдан иборат юқори частотали фильтрлар кенг қўлланилади. RC дан иборат энг оддий юқори частотали фильтр 2.5-расмда келтирилган. Унинг қирқиш частотаси паст частотали фильтрники каби бўлади.

2.5-расм. Юқори частотали RC-фильтрлар а) ва б) уларнинг частота характеристикаси.

2.1.2. Полосали фильтрлар
Боғланган контурдан иборат бўлиб, аниқ бир частотага созланган фильтр поласали фильтр деб аталади. Бундай фильтрнинг частота характрискасидан ўтказиш ва тўсиш полосаси ўзаро кескин ажралган бўлиши учун боғланган контурларнинг мураккаброқ схемасидан фойдаланилади.(2.6.-расм).

2.6-расм.

2.6 а)- расмда келтирилган фильтр иккита контурдан иборат звенолардан тузилган. Контурлардан бири занжирга кетма-кет иккинчиси паралел уланади. Фильтрнинг ишлаш принципини кўриб чиқайлик. Фильтр кириш қисмига паст частотали сигнал берилганда кетма- кет уланган , L₁, R₂, L₂, L₃, R₃ лар қаршилиги катта бўлганлиги туфайли, R₂,L₂,R₄,L₄ лар шунтловчи, таъсир кўрсатганда фильтрнинг чиқиш паст частотали сигналнинг амплутудаси жуда кичик бўлади.

Фильтр кириш қисмига юқори частотали сигнал берилганда С₁,С₃ лар катта қаршилик кўрсатмайди, унга кетма-кет уланган R₁,L₁,R₃,L₃ қаршилик кўрсатади, С₂ ва С₄ лар эса шунтловчи таъсир кўрсатади. Натижада юқори частотали сигнал амплитудаси фильтрнинг чиқиш қисмида жуда кичик қийматга эга бўлади.
Энди фильтр кириш қисмига контурларнинг резонанс частотасига тенг ва унга яқин бўлган частотали сигнал берилган ҳолни кўрайлик. Бу пайтда R₁,C₁,L₁ ва R₃,C₃,L₃ дан иборат контурларда кучланишлар резонанси R₂,C₂,L₂ ва R₄,C₄,L₄ дан иборат контурларда эса токлар резонанси вужудга келади. Шу сабабли кетма-кет уланган контурларда қаршилик кескин камаяди, паралел уланганда эса ортади. Натижада фильтрнинг чиқиш қисмида резонанс частотага яқин бўлган частота сигналлар амплутудаси катта бўлади.
Фильтрдаги звенолар сони ортиши билан ўтказувчи ва тўсувчи полосалар орасидаги чегара тобора аниқ бўлади.
Баъзи ҳолларда радио электрон қурилмаларда маълум бир частотага эга бўлган сигнални ўтказмаслиги мумкин.
Бу вазифани бажарувчи фильтр тўсувчи фильтр деб аталади. 2.7 а)- расмда схемаси келтирилган.

2.7-расм.

Фильтр кириш қисмига паст частотали сигнал берилса L₁, R₁, L₃, R₃ орқали бемалол ўта олади, С₂, С₄ лар сигналнинг шунтлашга йўл қўймайди. Фильтрга юқори частотали сигналлар берилганда, сигнал С₁, С₃ лар орқали фильтрнинг чиқиш қисмига ўтади. R₂, L₂, R₄, L₄ лар сигналнинг шунтлашига йўл қўймайди.
Энди фильтрнинг кириш қисмига контур резонанс частотасига тенг ёки яқин бўлган частотали сигнал берилса, L₁,R₁,C₁ ва L₃,R₃,C₃ дан иборат контурларда токлар резонанси L₂,R₂,C₂ ва L₄,R₄,C₄ контурларнинг қаршилиги камаяди. Натижада шу полосага тўғри келган сигналларнинг амплитудаси фильтрнинг чиқиш қисмида звенолар сони ортган сари фильтрнинг частота характирискаси идеал ҳолатга яқинлашиб боради.

2.2. Пьезоэлектрик фильтрлар

Пьзоэлектрик фильтрлар. Умумий физика курсидан маьлумки, баьзи бир кристаллар электр майдонига қуйилганда, улар механик деформацияга учрайди. Кристаллни пластина шаклида қирқиб, уни ўзгарувчан электр майдонга жойлаштирилса, у гоҳ сикилиб, гоҳ кенгайиб тебранма ҳаракатга келади. Бу ҳодиса пъезоэлектрик эффект деб аталади. Пьезоэлетрик зффектга эга бўлган кристалларга кварц, сегмент тузи, титанатбарий, ниабатлитий ва шунга ўхшаш кристаллар киради. Кварц крисгалидан ясалган пластина доира ва тўртбурчак шаклида X ёки Y кристалл график ўкларга нисбатан перпендикуляр ҳолда қирқилиб, унинг икки томони ток ўтказадиган модда билан қопланади (масалан, кумуш). Сўнгра бирор пласмас қобиқ ичига жойлаштирилиб, ток ўтказадиган соҳаларидан металл ўтказгич чиқарилади. Бу система кварц резонатори деб юритилади. Пластинанинг хусусий тебрниш частотаси пластина қалинлигига боғлиқ бўлади. Пластина қалинлиги ортиши билан резананс частотаси камая боради. Кварц резонаторлари ташқи муҳит ҳарорати ўзгариши билан ўз резонанс частотасини деярли ўзгартирмайди. Шу сабабли кварц резонаторлари ёрдамида частота ўтказиш полосаси кичик бўлган фильтрларни тузиш мумкин. Пластина Х, Y ўкларига нисбатан қирқилишига қараб, ундаги тебранишлар бўйлама ёки кўндаланг бўлиши мумкин. Шу билан бирга резонаторда асосий резонанс частотали тебранишлардан ташқари унинг 1,3,5 гармоникаларига тенг бўлган тебранишларни ҳам ҳосил килиш мумкин. Шу сабабли фильтрни резонаторнинг асосий частотасидан ташқари унинг гармоникаларига тўғри келадиган частоталарга ҳам мослаш мумкин. Умумий ҳолда резонаторнинг эквивалент схемасини қуйидагича ифодалаш мумкин (11.1-расм). Бунда СО резонатор электродлари орасидаги хусусий сиғим, L_I, C₁, R_l, L₂ С₂, R₂ лар частотаси асосий ва гармоникаларига мос келадиган контурлар. Агар фильтр сифатида фақат асосий частота ёки аниқ бир гармоникадан фойдаланилса, резонатор бир контурли ҳолда ифодаланади (2.8.б)-расм). 2.8.в)-расмда резонаторнинг принципиал схемаларда белгиланиш шакли келтирилган.



2.8-расм. Резонаторнинг эквивалент схемалари: а)кўп контурли, б) бир контурли, в) схематик белгиси.


Резонаторнинг асллиги жуда юқори бўлади. Масалан, кварц кристалл резонаторнинг асллиги 10⁶ Пьезокерамикли резонаторники бир неча минг атрофида бўлади. Шуни эьтиборга олиб ,эквивалент схемадаги R₁, R₂ ларни ҳисобга олмаса ҳам бўлади. Лекин қолган L_I, C_O, C₁ лар орасидаги муносабатни аниқлаш осон эмас. Умумий ҳолларда С_О/С₁ нисбат аниқланиши мумкин ҳолос Бу нисбатнинг минимал қиймати кварц резонаторлари асосий частотаси учун 125 га, керамикли резонаторларда 20-30 атрофида бўлади.
Пьезоэлектрик резонаторлар иштирокида ясалган фильтрлар «Нарвон» ва «Кўприк» схемаларида қурилади. «Нарвон» схемасида бўйлама ва кундаланг шохчалар элементар резонаторлар билан алмаштирилади ва қўшимча сиғимлар уланади. Бунда ҳосил бўлган фильтрнинг частота ўтказиш полосаси жуда кичик бўлади. Унинг нисбий кенглиги


атрофида бўлади.
Частота ўтказиш полосаси кенг бўлган фильтр ҳосил килиш учун кўприк схемадан фойдаланилади ва фильтрга қушимча индуктивликлар уланади

2.3. Электромеханик фильтрлар

Бундай фильтрларнинг пьезоэлектрик фильтрлардан фарқи шундаки, резонатор элементлари факат механик кўринишда булмасдан, балки улар орасидаги алоқа ҳам механик равишда амалга оширилади. Электромеханик фильтрнинг блок схемаси 2.9-расмда келтирилган. Киришдаги ўзгартиргич электр тебранишларни




механик тебранишларга, яъни ток ва кучланишни, тезлик-v_m ва куч F_m га айлантириб беради. Механик тебранишлар ўзгартиргичдан сўнг фильтрнинг механик қисмига узатилади. У резонатор ва уларнинг боғловчи элементлардан ташкил топган. Фильтрланган механик тебранишлар охирги блокда. Яна электр тебранишларга айлантирилади.
Резонаторлар одатда темир-никель қотишмасидан стержен ёки диск шаклида тайёрланади. Улар бир-бири билан қисқа симлар орқали туташтирилади. Туташтирувчи сим материали резонатор материали билан бир хил бўлади. Ўзгартиргичлар магнитострикция ёки пъезоэлектрик ҳодисага асосланиб ишлайдиган ўзгартиргичларнинг ўзаклари ферритдан, пъезоэлектрик ўзгартиргичлар эса пъезокерамикадан ясалади. Электромеханик фильтрлар занжир тузилишига эга бўлиб, нарвон шаклидаги электр эквивалент схемасига эга бўлади.

2.10-расм.Магнитострикция ҳодисага aсосланиб ишлайдиган фильтрлар.

Магнитострикция ҳодисасига aсосланиб ишлайдиган ўзгартиргичларда бўйлама тебранишлар ҳосил килувчи узунлиги ярим тўлқин узунлигига эга бўлган стержен киришидаги резонатор ишлатилади.
Резонаторларни бир-бирига боғловчи симлар узунлиги чорак тўлқин узунлигига тенг бўладиган килиб танланади. Бундай кўринишга эга бўлган резонаторлардан кўп звеноли фильтр ясаш максадга мувофик эмас, чунки фильтр ўлчамлари катталашиб кетади. Бундай ҳолларда резонатор буралма тебранишлар ҳосил килувчи диск шаклида ясалиб, боғловчи симлар узунлиги ҳам қисқартирилади.
Пъезоэлектрик эффектга асосланиб ишлайдаган фильтрлар яхлит ҳолда пъезоэлектрик материалдан пластина шаклида ясалади. Бундай фильтрларда резонатор вазифасини иккита электрод орасидаги соҳа бажарса, боғловчи вазифасини электродлар орсидаги соҳа ўтайди. Бундай фильтрларнинг механик конструкцияси пишиқ бўлиб, тайёрлаш анча қулайдир. Кейинги вақтларда акустоэлектроника соҳаси ривожланиши билан материал сиртидагина ҳосил бўладиган механик (акустик) тебранишлардан фойдаланган ҳолда, анча юқори частотали фильтрларни ишлаб чикаришга муваффақ бўлинди.
Қуйидаги жадвалда акустик тебранишлар ёрдамида ишлайдиган фильтрларнинг турлари, частота ўтказиш полосаси ва сигналнинг сусайиши келтирилган

2.11 –расм.

Жадвал

2.4. RC – занжирли актив фильтрлар

Микроэлектроника асосидаги радиоэлектрон қурилмаларда ишлатиладиган фильтрларнинг ўлчамлари кичик бўлиши талаб қилинади. Шунинг учун бу ерда ўлчами катта бўлган ғалтакли пассив LC – занжирини ишлатиб бўлмайди. Электромеханик фильтрларнинг ўлчами ҳам интеграл микросхемалар ўлчамига нисбатан катта бўлганлигидан, уларни қўллаш қўйилган талабга жавоб бермайди. Шу сабабли микроэлектроника соҳасида пассив фильтрларга нисбатан актив фильтрлардан фойдаланиш мақсадга мувофиқ бўлади. Бу фильтрларда операцион кучайтиргичлар ишлатилиб, уларда тескари боғланиш вужудга келади. Операцион кучайтиргичларни тузилиши, ишлаш принципи кейинги бобларда кўриб ўтилади.

2.12 -расм. RC – занжирли актив фильтрлар .

Бу фильтрларда битта қаршилик , битта сиғим ва операцион кучайтиргич мавжуд. Бу фильтр учун :
(2.3)

деб ёзиш мумкин.

ω₀=
Бу фильтрда қаршилик ва сиғимни ўрни алмаштирилса , паст частотали фильтр юқори частотага айланади. Бу фильтр параметрлари iω нинг биринчи даражасига пропорционал бўлганлигидан биринчи тартибли фильтр деб аталади.
Фильтр таркибида эламентлар кўпайган сари унинг параметрлари (iω)² га пропорционал бўлади. Масалан, 2.11 а) -расмда келтирилган фильтрни кўриб чиқайлик.

2.11-расмда. Иккинчи тартибли а) пассив ва б) актив фильтр.

Тугунларидан чиқаётган токлар учун
–Y₁U₂+(Y₁+Y₂+Y₃)*U₂-Y₃*U₃=0
–Y₃U₂+(Y₃+Y₄)*U₃ =0
тенгламаларни ёзиш мумкин. U₃=U_чик белгилашни киритиб, тенгламалардан U₂ ни қисқартирилса,
(2.4)

бўлади. Бу тенглама паст частотали фильтрни ифодалаши учун каср сурати частотага боғлиқ бўлмаслиги, яъни Y₁ ва Y₃ актив қаршилик характерига эга бўлиши керак. Махражда Y₁ ва Y₃ қатнашмаган фақат битта хад Y₂ *Y₄ кўпайтма бор. Демак, махражда (iω)² га пропорционал бўлган ҳад бўлиши учун Y₂ ваY₄ сиғим характерига эга бўлиши лозим. (12.2) тенгламага Y₁=1/R₁, Y₃=1/R₃, Y₂=iωC₂ ва Y₄=iωC₄ белгилаш киритсак,

(2.5)
ҳосил бўлади. Шу йўл билан 2.11. б) -расмдаги актив фильтр учун
(2.6)
муносабатни олиш мумккин.
Актив фильтрга мисол тариқасида 2.12 -расмда частота ўтказиш полосаси 15.9 Гц бўлган паст частотали фильтр схемаси келтирилган.

2.12-расм. Паст частотали актив RC-фильтр.

Биринчи ва иккинчи тартибли фильтрлар комбинациясидан ихтиёрий тартибли фильтр қуриш мумкин.

2.13 -расмда учинчи тартибли актив фильтр схемаси кўрсатилган. У биринчи ва иккинчи тартибли фильтрлар комбинациясидан иборат.

2.13-расм. Учинчи тартибли актив фильтрлар.

Частотали актив фильтр. Частота ўтказиш поласалари бир-бирига туташ бўлган юқори ва паст частотали фиьтрларни ўзаро улаб, полосали фильтрларни ҳам ҳосил қилиш мумкин. Мана шундай полосали фиьтрлардан бирининг схемаси 2.14. а) -расмда келтирилган. Схема учун тугунлардаги токлар тенгламасини ёзиб, юқоридаги ўхшаш амаллар бажарилгандан сўнг.

2.14 – расм. Полосали актив фильтр.

а) умумий схемаси, б) частота ўтказиш полосаси 1,59 Гц бўлган икинчи тартибли

(2.7)
тенгликни оламиз. Y₁÷Y₅ лар ўрнига масофалар қўйилса,


С₂, . С₄R ₅ . R= (2.8)
(С₂ + С₄). R = (2.9)
(2.10)

Масала. Марказий частотаси 15,9 Гц, частота ўтказиш полосаси 1,59 Гц бўлган иккинчи тартибли фильтрни ҳисоблаш талаб қилинади. Марказий частотага тўғри келган кучайтириш коэффиценти 20 га тенг бўлиши керак.

Ҳисоблашларни (12.7)÷ (12.9) формулалар ёрдамида олиб борилса, номаълумлар сони бешта,тенгламалар сони учта бўлганлигидан иккита элемент ихтиёрий равишда танлаб олинади. Масалан, С₂, = С₄=1 мкФ қилиб олинганда.
R= ;
R= M;




келиб чиқади. Шу парметрларга эга бўлган фильтр 2.14 б) -расмда келтирилган.