Электричество шаг за шагом

При выборе элементов фильтра, конечно, учитывается частота, на которой он должен работать. Так, например, если фильтр очищает от переменных составляющих выпрямленный сетевой ток, то конденсаторы должны иметь малое ёмкостное сопротивление на частоте 50 Гц, а для этого у них должна быть весьма большая ёмкость — десятки и сотни микрофарад. На высоких частотах (килогерцы, мегагерцы) ёмкость фильтра, как правило, может быть в сотни и тысячи раз меньше.

Т-148. Частотная характеристика — график, рассказывающий о том, как ведёт себя электрическая цепь на разных частотах. Представим себе, что в нашем распоряжении есть измерительный генератор переменной э.д.с., частоту которой можно плавно изменять поворотом ручки. Так же, например, как поворотом ручки мы меняем громкость звучания в приёмнике. Такие генераторы реально существуют, это широко распространённые приборы электротехнической и электронной лаборатории.

Если подключить к нашему измерительному генератору делитель напряжения из двух активных сопротивлений, то на всех частотах он будет делить общее напряжение U_г (напряжение, поступающее от генератора) в одной и той же пропорции. А вот в делителях, куда входят реактивные элементы (конденсатор и катушка), напряжение будет по-разному делиться на разных частотах, такие делители как раз и используются в качестве электрических фильтров. Об их поведении рассказывает график, который называется «частотная характеристика» — он показывает, как с изменением частоты меняется напряжение на элементах фильтра при неизменном напряжении на его входе. По схеме фильтра нетрудно представить себе его частотную характеристику и возможности использования.

В отличие от фильтров, которые по-разному будут вести себя на разных частотах, есть электрические и электронные устройства, у которых создана идеальная частотная характеристика — горизонтальная линия. Именно такую частотную характеристику желательно иметь, в частности, в усилителях звука — они должны одинаково хорошо передавать все звуковые частоты, не ослаблять басы контрабаса или высокие звуки флейты в звучании симфонического оркестра.

ВК-172. Если подвести к диоду переменное напряжение, то дважды в течение периода его полярность будет меняться, и диод будет пропускать ток только в течение одного полупериода. Иными словами, под действием переменного напряжения через диод из-за его односторонней проводимости пойдёт пульсирующий ток. Этот пульсирующий ток имеет уже довольно сложный спектр, то есть он может быть представлен в виде суммы синусоидальных составляющих, и в их числе постоянная составляющая (f = 0).

Т-149. Коэффициент передачи показывает, во сколько раз напряжение или ток на выходе больше или меньше, чем на входе. Не вдаваясь в устройство какого-либо фильтра, нарисуем его в виде прямоугольника и для определённости будем считать, что при входном напряжении U_г = 10 В выходные напряжения на частотах 3 и 5 кГц соответственно равны 2 и 8 В. Приведённые цифры показывают, что есть смысл ввести ещё одну важную характеристику фильтра, да и вообще любого элемента электрической цепи или всей этой цепи в целом. Эта характеристика — коэффициент передачи К, он в данном случае сообщает, что конкретно происходит на частотах 3 и 5 кГц. Коэффициент К указывает соотношение между выходным и входным напряжением, он составляет 0,2 (для 3 кГц) и 0,8 (для 5 кГц). В каких-то случаях К может быть больше единицы, если, например, происходит усиление электрического сигнала.

Т-150. Децибел — универсальная единица, показывающая, во сколько раз какая-либо величина больше или меньше другой. В каких единицах нужно измерять коэффициент передачи? Вполне подошла бы для этого единица «раз» или хорошо известные проценты. Ведь мы так и говорим: «На частоте 3 кГц напряжение ослабляется в 5 раз, на частоте 5 кГц — в 1,25 раза». Однако чаще используется не «раз», а другая единица — децибел, сокращённо дБ, она названа так по имени изобретателя телефона Александра Белла.