Полосовой фильтр примиряет противников

Л. – К чему добиваться правильного воспроизведения всех частот, если эту передачу будет покрывать свист помехи?

Н. – Но разве не существует возможности полностью пропустить полосу 9 кгц и не пропустить больше ничего другого вне этой полосы?

Л. – Да, по крайней мере с достаточным приближением. Однако осуществить это при помощи одиночного колебательного контура нельзя. Его резонансная кривая …

Н. – Что это такое? Ты никогда об этом не говорил.

Л. – Так называют кривую, которая показывает, как изменяется в колебательном контуре интенсивность колебаний в зависимости от частоты. Очевидно, что наибольшая амплитуда колебаний в контуре будет в момент резонанса. По мере изменения частоты интенсивность колебаний в контуре более или менее резко падает в зависимости от сопротивления контура по высокой частоте.

Если контур имеет большое сопротивление или, как говорят, обладает большим затуханием, то его резонансная кривая будет иметь более пологую форму (рис. 111) и сможет пропустить большую полосу частот. Но наряду с этим он будет и малоизбирательным.

 

 

Рис. 111. Резонансная кривая контура с большим затуханием; плохая избирательность – хорошее качество воспроизведения.

 

Если, наоборот, контур имеет очень малое затухание (рис. 112), то он пропускает только узкую полосу частот. При высокой избирательности он не пропустит всю совокупность боковых частот. Идеальная резонансная кривая должна была бы иметь форму прямоугольника с шириной 9 кгц. Контур с такой кривой пропускал бы полосу частот только в 9 кгц и ничего другого.

 

 

Рис. 112. Контур с малым затуханием; хорошая избирательность – плохое качество воспроизведения.

 

 

Н. – Если ты говоришь, что такая кривая является идеальной, значит ее невозможно получить?

Л. – Да, но к ней можно приблизиться с помощью так называемых полосовых фильтров.

 

 

Простейшие полосовые фильтры состоят из двух связанных между собой колебательных контуров с малым затуханием, настроенных на несущую частоту. Путем изменения связи между ними можно получить более или менее широкую резонансную кривую, по форме приближающуюся к прямоугольной (рис. 113).

 

 

Рис. 113. Резонансная характеристика полосового фильтра, сочетающая хорошую избирательность с хорошим качеством воспроизведения.

 

Н. – А как осуществить связь между двумя колебательными контурами, составляющими полосовой фильтр?

Л. – Самый простой способ – соединить их индуктивно, что и является трансформатором с настроенными первичной и вторичной обмотками (рис. 114), или осуществить связь при по мощи конденсатора малой емкости (рис. 115). В более сложных фильтрах связь осуществляется через реактивное сопротивление (рис. 116).

 

 

Рис. 114. Полосовой фильтр с индуктивной связью.

 

 

Рис. 115. Фильтр с емкостной связью.

 

 

Рис. 116.  Фильтр со связью через общее реактивное сопротивление Z.

 

Н. – Каким же образом общее сопротивление может служить элементом связи?

Л. – Ток, протекающий в первом контуре, создает на этом сопротивлении падение напряжения, которое приложено ко второму контуру и возбуждает в нем ток. Если сопротивление мало, то и развиваемое на нем напряжение будет малым, что равноценно слабой связи.

Н. – Какой тип реактивного сопротивления применяется чаще всего?

Л. – Чаще всего применяется емкостное (рис. 117) и реже индуктивное сопротивление (рис. 118). Чтобы получить малое емкостное сопротивление, надо включать конденсатор достаточно большой емкости, тем большей, чем меньше частота колебаний.

 

 

 

Рис. 117. Фильтр с общим емкостным сопротивлением.

 

 

Рис. 118. Фильтр с общим индуктивным сопротивлением.

 

Н. – Да я вспоминаю, что емкостное сопротивление уменьшается с повышением частоты и увеличением емкости. Так как индуктивное сопротивление ведет себя диаметрально противоположно, я полагаю, что в фильтрах с индуктивным сопротивлением для получения слабой связи надо включать катушку с малой индуктивностью, тем меньшей, чем выше частота.

Л. – Ты начинаешь рассуждать логически, дружище. Постарайся же разрешить такую несложную задачу. Имеются два фильтра: один – со связью через емкостное, а другой – через индуктивное сопротивление. Пусть настройка обоих связанных контуров фильтра изменяется от низких частот к высоким. Будет ли ширина полосы пропускания каждого из этих фильтров оставаться постоянной?

Н. – Конечно, нет. В фильтре с емкостной связью при увеличении частоты емкостное сопротивление, а следовательно, и связь уменьшаются, вследствие чего полоса пропускания будет сужаться; в фильтре же со связью через индуктивное сопротивление с увеличением частоты связь увеличивается и полоса расширяется.

 

Л. – Браво! Но обрати внимание, что здесь имеется одно очень досадное обстоятельство. Представь себе, что фильтр с емкостной связью используется в качестве элемента связи между двумя каскадами усиления высокой частоты приемника.

Предположи также, что на определенной частоте фильтр имеет установленную полосу частот 9 кгц. Если ты настроишь приемник на более короткие волны, то полоса пропускания уменьшится, избирательность повысится и качество воспроизведения ухудшится.

Н. – Я думаю, что имеется очень простое средство, которое позволит поддержать постоянство полосы пропускания для всего диапазона настройки. Для этого в качестве сопротивления связи достаточно использовать конденсатор и катушку, включенные последовательно (рис. 119). Противоположный характер их сопротивлении будет взаимно компенсировать изменение полосы пропускания.

 

 

Рис. 119. Фильтр с общим индуктивным и емкостным сопротивлениями.

 

Л. – До тебя с таким фильтрами уже работал один ученый. К сожалению, дело обстоит значительно сложнее, так как нужно учитывать разность фазовых сдвигов в емкости и индуктивности.

Имеется, к счастью, другой способ преодолеть эту неприятность. Для этого достаточно использовать полосовые фильтры только в каскадах усиления промежуточной частоты супергетеродинов.

Н. – Клянусь сопротивлением, правильно! В усилителе промежуточной частоты все контуры настроены на одну постоянную частоту, и мы можем не бояться изменения ширины полосы пропускания.

Л. – Однако следует заметить, что в преселекторах супергетеродинов, включаемых между антенной и первой лампой, для подавления помехи по зеркальному каналу пользуются часто полосовыми фильтрами с емкостной связью В этом случае речь идет о подавлении частоты, очень удаленной от частоты настройки. Поэтому полоса пропускания фильтра может быть без каких‑либо осложнений значительно шире 9 кгц.