Книга предназначена для инженерно-технических работников скязи (проводной и радиосвязи) и может служить пособием для студентов высших учебных заведений и техникумов.
ВВЕДЕНИЕ
Впервые для связи электрические фильтры были применены капитаном русской армии Г. Г. Игнатьевым, который изобрел способ одновременного телефонирования и телеграфирования по одному проводу. Этот способ был основан на принципе частотного разде.чения телефонных и телеграфных токов при помощи простейших фильтров. Свое изобретение Г. Г. Игнатьев демонстрировал в 1880 г. в Киевском университете.
Поворотным моментом в развитии техники дальней связи было изобретение радио в 1895 г. русским ученым А. С. Поповым.
Применяя радиопринципы, была разработана многоканальная высокочастотная аппаратура связи для работы по проводным воздушным и кабельным линиям связи, по линиям электропередачи, а позже по радиолиниям.
Одновременно с усовершенствованием многоканальной аппаратуры дальней и радиосвязи совершенствуются и создаются новые типы электрических фильтров.
В настоящее время применение фильтров настолько широко и разнообразно, что нет возможности даже перечислить все области их применения.
Так, при многократном уплотнении воздушных и кабельных линий связи, а также при радиосвязи в случае связи по радиорелейным линиям разделение токов отдельных каналов осуществляется электрическими фильтрами. С их помощью производится подключение высокочастотной аппаратуры к линиям электропередач, устранение различного рода помех. Электрические фильтры нашли широкое применение и в электроизмерительной технике, например, для выделения узкой полосы частот в анализаторах напряжения.
Электрические фильтры работают в области как самых низких, так и самых высоких частот.
Так как качество электрических фильтров в значительной степени определяет качество работы аппаратуры, в которой они применяются, то вопросу теории и расчета электрических фильтров уделяется особое внимание. Теория электрических фильтров была разработана К. В. Вагнером, Дж. А. Кембелом, О. Цобелем, а так же советскими учеными Э. В. Зеляхом, Я. И. Великиным, С. С. Коганом, В. Н. Листовым и др.
Существуют две теории фильтров.
Первая была предложена в 1915 г. и основывалась на анализе конкретных схем идеальных реактивных четырехполюсников. Разработанный на основе этой теории метод расчета фильтров дает возможность рассчитать элементы и электрические характеристики простых схем фильтров.
Вторая теория, начало разработки которой относится к 1937 г., основана на нахождении оптимальных (наивыгоднейших) параметров схемы фильтра по заданной характеристике собственного или рабочего затухания. На основе этой теории советсткие ученые разработали аналитический метод расчета фильтров. Преимуществом этой теории является то, что она позволяет получить схему фильтра, удовлетворяющую заданным условиям при минимальном числе элементов. Кроме того, она является общей для цепочечных и мостиковых фильтров.
Более полное использование линий связи стало возможным благодаря наличию фильтров с большой крутизной характеристики затухания. В таких фильтрах применяются катушки и конденсаторы с малыми потерями. Минимальные потери в катушках достигаются правильным их конструктивным выполнением, а также применением новых магнитных материалов для сердечников: магнито-диэлектрики из пермаллоя, альсифера, карбонильного железа и нового магнитного материала феррита.
В тех случаях, когда из-за потерь в элементах фильтров, выполненных из обычных индуктивностей и емкостей, невозможно получить желаемые электрические характеристики, применяются в качестве элементов пьезоэлектрические резонаторы, обладающие весьма малыми потерями.
В последние годы в различной аппаратуре начали
4
применяться безиндукционные электрические фильтры, состоящие из активных сопротивлений и конденсаторов. Эти фильтры в сочетании с электронной лампой (усилителем) обладают хорошими электрическими характеристиками при работе на самых низких частотах. Например, можно изготовить качественный узкополосный фильтр со средней частотой полосы пропускания в несколько герц. Конструирование таких фильтров не вызывает никаких затруднений.
Для облегчения изучения электрических фильтров в начале книги приведены необходимые сведения теории двухполюсников и четырехполюсников.
Предлагаемая книга не претендует на исчерпывающее освещение всех вопросов, связанных с расчетами и теорией электрических фильтров, поэтому все замечания по этой книге, направленные в адрес издательства, будут приняты автором с благодарностью.
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение............................ 3
Глава 1 Двухполюсники
§ 1. Основные определения и классификация двухполюсников . . 7
§ 2. Одноэлементные реактивные двухполюсники........ 9
§ 3. Двухэлементные реактивные двухполюсники........ 10
§ 4. Трехэлементные реактивные двухполюсники ........ 13
§ 5. Четырехэлементные реактивные двухполюсники ...... 23
§ 6. Многоэлементные реактивные двухполюсники. Обобщенный
реактивный двухполюсник................... 29
§ 7. Приведение реактивных двухполюсников.......... 35
§ 8. Расчет двухполюсников с реактивными элементами по заданной частотной зависимости................ 36
Глава 2 Четырехполюсники
§ 1. Основные определения и классификация четырехполюсников ............................... 38
§ 2. Общие уравнения передачи и параметры четырехполюсников 40 § 3. Входное и характеристическое сопротивление четырехполюсника ............................... 43
§ 4. Затухание, фазовый сдвиг и постоянная передачи четырехполюсника ........................... 46
§ 5. Затухание вследствие отражения............... 52
§ 6. Рабочее и вносимое затухание четырехполюсника..... 55
§ 7. Затухание эхо и затухание несогласованностей четырехполюсника ............................. 62
§ 8. Каскадное (цепочечное) соединение четырехполюсников по принципу согласованности характеристических сопротивлений.......................... 64
§ 9. Уравнения передачи н параметры основных схем четырехполюсников Т-образный четырехполюсник.......... 66
§ 10. Эквивалентность основных схем четырехполюсников ... 73 § 11. Трансформатор как четырехполюсник............ 77
513
§ 1. Основные определения и классификация электрических
фильтров............................ 85
§ 2. Условия пропускания цепочечных фильтре»........ 87
§ 3. Определение фильтров типа /\................ 90
§ 4. Фильтры нижних частот.................... 91
§ 5. Фильтры верхних частот................... 102
§ 6. Полосовые фильтры...................... 108
§ 7. Заграждающие фильтры.................... 115
§ 8. Недостатки и преимущества фильтров типа К ....... 120
Глава 4 Производные фильтры
§ 1. Методика получения фильтров типа т............ 123
§ 2. Частотные зависимости затуханий фильтров типа «г .... 127
§ 3. Фазовые характеристики фильтров типа т......... 130
§ 4. Частотные зависимости характеристических сопротивлений
фильтров типа m....................... 131
§ 5. Фильтры нижних частот типа т............... 136
§ 6. Фильтры верхних частот типа т.............. 143-
§ 7. Полосовые фильтры типа т.................. 147
§ 8. Заграждающие фильтры типа т............... 151
§ 9. Выбор схем фильтров типа т и величины т........ 151
§ 10. Преимущества и недостатки фильтров типа т........ 156
§ 11. Сложные звенья производных фильтров........... 157
§ 12. Производные полосовые фильтры типа m с двумя коэффициентами ............................ 158
§ 13. Шестиэлементные полосовые фильтры............ 159
§ 14. Пятиэлементные полосовые фильтры............. 165
§ 15. Четырехэлементные полосовые фильтры........... 168"
§ 16. Трехэлементные полосовые фильтры............. 172
§ 17. Общие свойства полосовых фильтров с двумя коэффициентами ............................... 175
§ 18. Фильтры типа га/га' .....................-. 177
§ 19. Комбинированные фильтры.................. 184
§ 20. Несимметричные фильтры................... 197
§ 21. Фильтры, содержащие контуры с автотрансформаторной
связью.............................. 206
§ 22. Уравновешенные и неуравновешенные схемы фильтров . . 210
§ 23. Трансформатор как полосовой фильтр........... 214
§ 24. Взаимосвязь параметров и схем электрических фильтров . . 21?
Глава 5 Мостиковые фильтры
§ 1. Условия пропускания мостиковых фильтров........ 222
§ 2. Свойства схем мостиковых фильтров............ 226
§ 3. Схемы, эквивалентные мостиковым фильтрам........ 231
§ 4. Фильтры нижних частот.................... 234
R14
| 5. Фильтры верхних частот................... 240
* б. Полосовые фильтры......................243
§ 7. Заграждающие фильтры.................... 356
Глава 6 Рабочие характеристики фильтров. Параллельная работа фильтров
§ 1. Влияние потерь в элементах фильтра на его характеристики 259' § 2. Потери в катушках индуктивности фильтров и методы их
уменьшения........................... 261
§ 3. Потери в конденсаторах.................... 273
§ 4. Эквивалентная схема фильтра с учетом потерь........ 275
§ 5. Влияние потерь в элементах на затухание фильтров..... 277
§ 6. Влияние потерь на характеристические сопротивления фильтров ............................... 287
§ 7. Расчет оптимального номинального характеристического
сопротивления фильтров .................... 292
§ 8. Рабочее затухание и затухание эхо фильтров......... 297
§ 9. Работа фильтров в ламповых схемах.............. 306
§ 10. Амплитудные искажения в фильтрах............. 312
§ 11. Фазовые искажения в фильтрах............... 315
§ 12. Нелинейные искажения в фильтрах............. 319
§ 13. Параллельная работа фильтров нижних и верхних частот . 322
§ 14. Параллельная работа полосовых фильтров.......... 334
Глава 7 Пьезоэлектрические фильтры
§ !. Общие понятия......................... 340-
S 2. Пьезоэлектрический эффект.................. 341
§ 3. Пьезоэлектрический резонатор................. 343
§ 4. Срезы пьезокварцевых пластинок и их свойства...... 353
§ 5. Искусственные кристаллы................... 357
§ 6. Расчет пьезоэлектрических резонаторов............ 362
§ 7. Пьезоэлектрические резонаторы для тональных частот . . . 365
§ 8. Узкополосные пьезоэлектрические фильтры......... 368
§ 9. Широкополосные пьезоэлектрические фильтры....... 380
§ 10. Заграждающие пьезоэлектрические фильтры........ 394
§11. Дифференциально-мостиковые пьезоэлектрические фильтры. 400
§ 12. Пьезоэлектрические фильтры нижних и верхних частот . . 403
§ 13. Стабильность пьезоэлектрических фильтров......... 405
§ 14. Понятие о магнитострикционных фильтрах......... 407 ,
Глава 8 Безиндукционные фильтры
§ 1. Общие сведения о безиндукционных фильтрах....... 411
§ 2. Полосовые и заграждающие RC фильтры.......... 412
§ 3. RC фильтры нижних и верхних частот............ 423
51S
* 4KMIU У
Современная методика расчета фильтров
§ 1. Общие положения........................ 428
§ 2. Определение коэффициента использования полос пропускания и непропускания ..................... 429
§ 3. Классы фильтров и их определение............. 433
§ 4. Определение частот бесконечного затухания и частот минимального затухания в полосе непропускания......... 438
§ 5. Порядок расчета цепочечных фильтров........... 442
Глава 10 :,
Измерения и настройка фильтров
§ 1. Общие сведения об измерении фильтров........... 452
§ 2. Измерение рабочего затухания................ 452
§ 3. Измерение собственного затухания.............. 458 :
§ 4. Измерения входных сопротивлений фильтров......... 461
§ 5. Измерение характеристических сопротивлений фильтров . . 465
§ 6. Измерение коэффициента отражения............. 466 <
§ 7. Измерение фазового сдвига................... 468
§ 8. Измерение затухания нелинейности фильтров........ 476
§ 9. Измерение элементов фильтров................ 477 ;
§ 10. Настройка фильтров...................... 478
§11. Возможные ошибки при измерении характеристик фильтров
и методы их устранения.................... 489
Приложение
Сводка формул и кривых для расчета звеньев фильтров..... 493 ;.
Литература. ................. 509
Цена: 300руб.
