Circuite Integrate Analogice - Filtre

Printre dispozitivele de bază folosite în electronică, filtrele ocupă un loc privilegiat, datorită frecventei lor utilizări. Nu există nici un echipament electronic a cărui structură să nu conţină cel puţin un filtru. Teoria filtrelor analogice a fost elaborată la începutul secolului XX. Dezvoltarea acestei teorii a fost stimulată de necesităţi practice. Una dintre acestea, poate cea mai importantă, a fost problema transmiterii

informaţiei pe canale afectate de zgomot. Există două tipuri de soluţie pentru această problemă: creşterea imunităţii la perturbaţii a semnalului emis prin codarea canalului şi îmbunătăţirea raportului semnal pe zgomot, (RSZ), prin filtrarea semnalului recepţionat.

Filtrele pot fi analogice sau numerice, liniare sau neliniare, cu parametrii constanţi sau variabili în timp.

Modificarea relativă a amplitudinilor componentelor armonice ale unui semnal periodic sau chiar eliminarea sau selectarea anumitor componente armonice reprezintă o operaţie de filtrare. Modificarea densităţii spectrale a unui semnal aperiodic, în sensul favorizării sau defavorizării unor segmente spectrale reprezintă de asemenea o operaţie de filtrare. Astfel se are in vedere utilizarea filtrelor în scopul imbunătăţirii raportului semnal pe zgomot, RSZ.

Tipuri de filtre ideale:

Filtrul trece jos ideal

Răspunsul în frecvenţă al unui filtru trece jos (FTJ) ideal destinat prelucrării semnalelor analogice este prezentat în figura 1.

Figura 1. Răspunsul în frecvenţă al unui filtru trece jos ideal.

Spectrul din domeniul este neafectat de acest filtru dar componentele spectrale cu frecvenţe din exteriorul acestei benzi sunt anulate. Valoarea , ce separă benzile de trecere şi de blocare, este numită frecvenţă de tăiere. Se obişnuieşte să se introducă o mărime, numită atenuare, definită ca inversul modulului răspunsului în frecvenţă. Pentru cazul din figura 1. atenuarea în banda de trecere este 1 iar în banda de oprire este infinită. Răspunsul la impuls al filtrului trece jos ideal este:

Se constată că acest răspuns la impuls este nenul şi la momente negative. De aceea filtrul trece jos ideal este un sistem nerealizabil. În consecinţă caracteristica de frecvenţă din figura 1. poate fi doar aproximată prin caracteristici de frecvenţă ale unor filtre realizabile.

Filtrul trece sus ideal

Răspunsul în frecvenţă al unui filtru trece sus (FTS) ideal este prezentat în figura 2.

Figura 2. Răspunsul în frecvenţă al unui fitru trece sus ideal.

Răspunsul la impuls al acestui sistem este:

Nici acest sistem nu este cauzal şi deci nici realizabil. De aceea şi filtrele trece sus ideale pot fi doar aproximate în practică.

Filtrul trece bandă ideal

Filtrarea trece bandă (TB) ideală a semnalelor în timp continuu se realizează cu un sistem cu răspunsul în frecvenţă de tipul celui prezentat în figura 3.

Figura 3. Răspunsul în frecvenţă al unui filtru trece bandă ideal.

Se remarcă prezenţa a două frecvenţe de tăiere, una inferioară şi una superioară. Expresia răspunsului la impuls al filtrului trece bandă ideal este: