1. به نام خدا فصل چهارم فیلترها
مقدمه
مدارهای هماهنگ و فیلترها از قسمت های مهم سیستم های مخابراتی هستند که در گیرنده ها و فرستنده ها کاربرد فراوان دارند.

2. نکته : به این مدار هماهنگ یا رزونانس یا تشدید می گویند.
قابلیت انتخاب ایستگاه
توانایی یک گیرنده رادیویی جهت انتخاب فرکانس سیگنال مورد نظر از میان سایر فرکانس های ناخواسته سلکتیویته گویند. Selectivity
در گیرنده های رادیویی از ترکیب RLC به عنوان فیلتر برای دریافت ایستگاه استفاده می شود.
نکته : به این مدار هماهنگ یا رزونانس یا تشدید می گویند.

3. حساسیت گیرنده های رادیویی sensitivity
توانایی یک گیرنده رادیویی در ارتباط با دریافت حداقل سیگنال ورودی را حساسیت گیرنده رادیویی گویند. برای اندازه گیری حساسیت از حداقل سیگنال دریافتی برای خروجی قابل استفاده، استفاده می کنند.
یکی از عیوب گیرنده های AM حساسیت کم آنهاست لذا در گیرنده های مخابراتی برای افزایش حساسیت تعداد طبقات تقویت کننده های RF را زیاد می کنند. هر تقویت کننده رادیویی در ورودی و خروجی مدار هماهنگ دارد.

4. تقویت کننده های زنجیره ای cascade
تقویت کننده های پشت سر هم را تقویت کننده های زنجیره ای می نامند. در این تقویت کننده ها خروجی یک طبقه برای طبقه بعد ورودی می باشد. به این تقویت کننده ها تقویت کننده های چند طبقه نیز گفته می شود.
نکته : یکی از پارامترهایی که حساسیت تقویت کننده RF را کم می کند، نویز است.
نویز و منابع نویز Noise
همانطوریکه که قبلا“ گفته شد، نویز باعث اختلال در سیستم های مخابراتی می شود. منابع نویز طبیعی یا مصنوعی باشند. نویز رعد و برق طبیعی و نویز حاصل از سیستم جرقه زنی در سیستم اتومبیل مضنوعی است.
نسبت سیگنال به نویز
نسبت توان سیگنال به توان نویز را سیگنال به نویز گویند. سیگنال به نویز را با نشان می دهند. با فزایش تعداد طبقات RF می توان سیگنال به نویز را زیاد کرد.

6. ضریب تقویت کننده یا گین Gain
نسبت ولتاژ ، جریان ، توان خروجی تقویت کننده به ولتاژ ، جریان و توان ورودی تقویت کننده را گین ولتاژ، جریان و توان می نامند.

7. ضریب بهره یا گین تقویت کننده های چند طبقه
گین تقویت کننده های چند طبقه از حاصل ضرب گین طبقات در یکدیگر بدست می آید.
GVT=Gain voltage total
GIT=Gain intensity total
GPT=Gain Power total

8. افت توان Power Loss
در خطوط انتقال فشار قوی با توجه به زیاد بودن توان، افت توان با استفاده از ولت متر و آمپر متر محاسبه می شود. در خطوط تلفن با توجه به کم بودن توان به وسیله دستگاه های اندازه گیری نمی توان افت توان را اندازه گرفت لذا ضریب تضعیف تعریف می کنند.
ضریب تضعیف Attenuation
اگر توان خروجی از توان ورودی کمتر باشد نسبت توان خروجی به توان ورودی را ضریب تضعیف گویند.
اثر تغییرات فرکانس بر روی راکتانس سلفی و خازنی
inductive reactance
capacitive reactance
راکتانس سلف با تغییر فرکانس به صورت زیر تغییر می کند.

9. در مدار زیر با تغییر فرکانس جریان و ولتاژ مقاومت و سلف به صورت زیر تغییر می کند.

10. سلف در فرکانس خیلی پایین به صورت مقاومت کم و در فرکانس خیلی زیاد به صورت مدار باز عمل می کند.

11. اثر تغییر فرکانس در راکتانس خازنی
راکتانس خازنی به صورت زیر می باشد. به عبارت دیگر با فرکانس نسبت عکس دارد.

12. خازن در فرکانس های کم دارای مقاومت زیاد و در فرکانس های زیاد دارای مقاومت کم می باشد.

13. فیلترها Filters
فیلترها مدارهایی هستند که فرکانس یا باند معینی از فرکانس ها را انتخاب می کند.
فیلترهای مکانیکی برای صاف کردن هوا یا مایعات استفاده می شود. این فیلترها از یک کاغذ یا پارچه یا پلاستیک درست می شود.
فیلترهای الکترونیک از المان های R ، L، C و... درست می شود.

14. محدوده فرکانسی فیلتر width Filter Band
محدوده فرکانسی فیلتر عبارت است مجموعه فرکانس هایی است که فیلتر از خود عبور می دهد.
این محدوده فرکانسی را پهنای باند فیلتر گویند.
فیلتر ایده آل
فیلتر ایده آل فیلتری است که در خروجی آن دقیقا“ فرکانس های مورد نظر ظاهر می شود.
فیلتر واقعی Real filter
به علت استفاده از المان های R ، L، C در فیلترها نمی توان پاسخ فرکانسی فیلتر ایده آل داشته باشیم.
فرکانس قطع Cut off frequenc
فرکانس قطع فیلتر فرکانسی است که در آن فرکانس تطابق توان صورت می گیرد و نیمی از توان ورودی در خروجی منتقل می شود. در فرکانس قطع معمولا“ 70.7 درصد دامنه ورودی در خروجی ظاهر می شود. فرکانس قطع را فرکانس نصف قدرت گویند.
در فرکانس قطع مقدار توان به اندازه 3dB کم می شود.
انواع فیلترها از نطر کاربرد
فیلترها از لحاظ کاربرد به چهار دسته طبقه بندی می شوند.

16. فیلتر پایین گذر LPF (Low Pass Filter)
فیلتر پایین گذر فیلتری است که اجازه می دهد فرکانس های از صفر تا حد معینی از خود عبور دهد.(فرکانس قطع)
در شکل زیر دو نوع فیلتر پایین گذر RL و RC رسم شده است.

17. فرکانسی که در آن فرکانس XL=R را فرکانس قطع گویند.
فرکانسی که در آن فرکانس Xc=R را فرکانس قطع گویند.

18. فیلتر بالا گذر HPF (HIGH Pass Filter)
این فیلترها از فرکانسی معینی به بعد مولفه های فرکانسی را از خود عبور می دهند.

20. فیلترهای میان گذر (Band Pass Filters) BPF
این فیلترها باند فرکانس های معینی را از خود عبور می دهند. این فیلترها را فیلترهای عبوری نیز گفته می شود. در این فیلترها از مدارهای رزونانس سری و موازی استفاده می شوند.

22. در فرکانس رزونانس مدار دارای خاصیت اهمی است
در فرکانس رزونانس مدار دارای خاصیت اهمی است. همچنین در فرکانس رزونانس مدار موازی دارای بیشترین امپدانس است. در فرکانس رزونانس XL=XC می باشد.
طرز تعیین فرکانس قطع یا 3dB
ابتدا پاسخ فرکانسی فیلتر را رسم کرده و فرکانس رزونانس را معین می کنیم. سپس -3dB را که همان ولتاژ ورودی یا 50 درصد توان ورودی است را معین می کنیم و خطی موازی محور فرکانس رسم می کنیم . این خط پاسخ فرکانسی را در دو نقطه قطع می کند که فرکانس های قطع می باشند.

24. فیلترهای حذف باند (Band Reject Filters) BRF
فیلترهای حذف باند فیلترهایی هستند که باند معینی را حذف می کنند. این فیلترها از نظر کاری مانند فیلترهای میان گذر می باشند و فقط از نظر دریافت خروجی متفاوت می باشند.
نکته در فرکانس رزونانس مدار LC موازی به صورت یک امپدانس بزرگ رفتار می کند.

25. انواع فیلترهای میان گذر و حذف باند
فیلترهای میان گذر و حذف باند از نظر نحوه بستن مدار به دو نوع تقسیم بندی می شوند.
الف- سری: در این نوع فیلتر مدار هماهنگ به صورت سری با خروجی قرار می گیرد.
ب- موازی: در این نوع فیلتر مدار هماهنگ به صورت موازی با خروجی قرار می گیرد.
انواع فیلتر سری
فیلتر سری خود به دو دسته تقسیم می شود.
الف- فیلتر سری با مدار رزونانس موازی
ب- فیلتر سری با مدار رزونانس سری

26. انواع فیلترهای موازی
فیلتر موازی خود به دو دسته تقسیم می شود.
الف- فیلتر موازی با مدار رزونانس موازی
ب- فیلتر موازی با مدار رزونانس سری

27. نکته در مدارهای گیرنده رادیویی اغلب از فیلترهای میان گذر با مدار هماهنگ موازی استفاده می شود. این فیلتر به منظور انتخاب باند فرکانسی معین به کار می رود.
خازن و سیم پیچ ثابت می باشند و با تغییر هسته می توان فرکانس رزونانس فیلتر را تغییر داد.

28. مشخصه های فیلتر های میان گذر
به طور کلی فیلترها میان گذر دارای سه مشخصه مهم می باشند.
الف- فرکانس رزونانس
ب- پهنای باند
ج- ضریب کیفیت
فرکانس رزونانس Resonance frequency
در فیلترهای میان گذر فرکانس رزونانس از رابطه زیر بدست می آید.
پهنای باند فیلتر Band width
پهنای باند فیلتر میان گذر فاصله بین فرکانس قطع بالا و پایین می باشند.

29. ضریب کیفیت Q( quality Factor)
این ضریب میزان تیزی منحنی مشخصه و پهنای باند را تعیین می کند.رابطه بین پهنای باند و ضریب کیفیت به صورت زیر است.
هر قدر Q زیاد شود
منحنی تیز تر و پهنای باند کم تر می شود.

30. مقدار Q در مدار رزونانس سری
ضریب کیفیت از رابطه زیر بدست می آید.

31. مقدار Q در مدار رزونانس موازی
ضریب کیفیت در مدار موازی از رابطه زیر بدست می آید.

32. فیلترهای کریستالی (Crystal filter)
روش دیگر برای کنترل فرکانس در مدارهای رزونانس استفاده کریستال کوارتز می باشد.
(quartz crystal) کوارتز یک ماده پیزو الکتریک است که هرگاه انرژی الکتریکی دریافت کند آن را به انرژی مکانیکی و بر عکس اگر انرژی مکانیکی دریافت کند آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. کریستال کوارتز تمایل دارد که در فرکانس تشدید خود نوسان کند.مقدار فرکانس رزونانس کریستال از مشخصات فیزیکی آن می باشد.به همین منظور ضخامت کریستال تعیین کننده فرکانس رزونانس است.

33. اگر یک ولتاژ متناوب به الکترودهای کریستال وصل شود ، کریستال به ارتغاش در می آید این ارتعاش در فرکانس رزونانس کریستال انجام می شود.
کریستال می تواند در فرکانس های بالا به جای مدارهای LC سری و موازی استفاده شود.
نکته:
حسن کریستال در ضریب کیفت بالا و پایداری فرکانس آن است.