Kmitočtové filtry

Kniha by měla sloužit jako univerzální nástroj pro orientaci v problematice kmitočtových filtrů. Dostupné publikace o kmitočtových filtrech jsou buď příliš úzce zaměřené jen na určité typy problémů a obvodů a neposkytují dostatečně široký přehled, nebo jsou určeny pro specialisty a kladou příliš vysoké nároky na běžné čtenáře.

V první části se kniha věnuje přenosovým vlastnostem a řešení aproximační úlohy pro všechny typy kmitočtových filtrů (poznatky lze aplikovat i pro číslicové filtry). Ve druhé části, týkající se návrhu konkrétních kmitočtových filtrů, je zaměřena pozornost na oblast filtrů realizovatelných z diskrétních prvků, kterou může většina uživatelů snadno aplikovat. Oproti tomu se kniha nevěnuje problematice návrhu filtrů pro integrované, elektromechanické a jiné náročné technologie, protože jde o příliš speciální problematiku, se kterou se většina čtenářů patrně nikdy nesetká. Použití knihy lze předpokládat v několika úrovních.

Pro nejjednodušší aplikace umožní realizovat požadovaný návrh kmitočtového filtru i bez použití počítače nebo rozsáhlých katalogů. Buď lze přímo použít uvedené jednoduché návrhové postupy pro návrhy filtrů 2. řádů RLC či aktivních filtrů RC (filtrů ARC), nebo případně z přiložených stručných tabulek navrhnout podle uvedených návrhových postupů i jednodušší filtry vyšších řádů.

Hlubší využití uvedených poznatků předpokládáme při řešení problematiky návrhu filtru ve spolupráci s vhodným návrhovým programem. V tomto případě dává kniha dostatečnou orientaci v již uvedených problémech jako je volba typů aproximace, výběr typů realizace a jednotlivých zapojení a pod. a tím může být nápomocná k optimálnímu využití programu. Na www stránkách nakladatelství BEN – technická literatura bude k dispozici uživatelům volná verze programu NAF (operační systém DOS, aproximační úlohy bez omezení, realizace plně přístupné jen pro Čebyševovu aproximaci). Po dokončení bude přístupná i nově připravovaná verze programu pracující pod Windows.

V případě náročných filtrů, kde je potřebná např. minimalizace reálných vlastností součástek, se snaží kniha hlubším vysvětlením principu funkce a vlastností obvodů filtrů nabídnout cesty, jak hledat a dosáhnout optimálního řešení.

Snahou autorů bylo, aby čtenář nebyl zatěžován zbytečnými požadavky na hluboké teoretické znalosti matematiky, elektrotechniky a elektroniky, avšak pro hlubší pochopení vysvětlovaných principů a vlastností filtrů byly alespoň v nezbytné míře některé teoretické poznatky a vztahy uvedeny. Naprosto nezbytné pro další přehled a porozumění funkce a základních vlastností filtrů je však zvládnutí alespoň základního popisu přenosových vlastností filtrů a jejich interpretace odpovídajícími charakteristikami, jak je to uvedeno v kapitole 1.

Struktura knihy byla volena tak, aby dávala potřebný přehled, umožnila snadno nalézt přímé řešení konkrétního úkolu, ale aby také na druhé straně pomohla i při hledání řešení některých speciálních dílčích problémů. Tomu odpovídá obsah kapitol 2 až 6, které uvádějí poznatky o řešení obecných přenosových vlastností filtrů, řešení aproximační úlohy a v dalších částech pak poznatky a postupy standardního návrhu RC, RLC a aktivních RC (ARC) filtrů. Určitým doplňkem je kapitola 7, kde jsou stručně uvedeny možnosti a postupy návrhů filtrů s integrovanými filtry a bloky ASC. Všechny hlavní postupy jsou dokumentovány příklady návrhu.

Osmá kapitola se snaží ukázat návrh kmitočtových filtrů z pohledu některých speciálních aplikací (např. laditelné filtry, ekvalizéry, filtry s "nulovým" ofsetem, kmitočtové výhybky s diskusí jejich vlivu na elektroakustický signál, filtry ARC pro velmi nízké kmitočty, oscilátory RC a ARC). Zde je vzhledem k nutnému omezení rozsahu uvedena problematika spíše orientačně, s omezením hlubších vysvětlení, rozborů a podrobných návrhových postupů a předpokládají se zde již určité znalosti čtenáře o dané problematice.

Poslední kapitola, optimalizace filtrů a použití počítače pro jejich návrh nabízí čtenářům s hlubším zájmem přehled o možnostech optimalizace kmitočtových filtrů z širšího pohledu celého návrhového procesu a poskytuje i orientační přehled o možnostech použití počítačů při návrhu filtrů. V závěru knihy jsou uvedeny stručné tabulky pro jednoduché použití při návrhu filtrů vyšších řádů.

Publikace tak zaplňuje určitou mezeru v naší elektrotechnické literatuře a pokud pomůže některým zájemcům při řešení jejich problémů v oblasti kmitočtových filtrů, pak práce autorů věnovaná po dlouhá léta těmto obvodům a úsilí věnované přípravě a zpracování této publikace, nebylo zcela marné.

Stručný obsah

1. Základní vlastnosti kmitočtových filtrů
2. Přenosové vlastnosti a charakteristiky základních typů filtrů
3. Návrh filtrů RC a RLC 1. a 2. řádu
4. Filtry RLC vyšších řádů
5. Filtry RLC 2. řádu
6. Filtry ARC vyšších řádů
7. Filtry se spínanými kondenzátory
8. Zvláštní typy a aplikace kmitočtových filtrů
9. Optimalizace kmitočtových filtrů a využití při jejich návrhu
10. Příloha: návrhové tabulky