Filtrit saab määratleda, kuna see on ühte tüüpi vooluring, mida kasutatakse signaali kõigi soovimatute sageduste kujundamiseks, muutmiseks ja muul viisil tagasilükkamiseks. Ideaalne RC-filter jagab ja lubab sisendsignaale (sinusoidseid) edastada sõltuvalt sagedusest. Üldiselt madala sagedusega (<100 kHz) applications, passive filtrid on valmistatud takisti ja kondensaatori komponentide abil. Nii et see on tuntud kui passiivne RC-filter . Samamoodi saab kõrgsageduslike (> 100 kHz) signaalide jaoks passiivfiltrid konstrueerida takisti-induktori-kondensaatori komponentidega. Nii nimetatakse neid vooluringe passiivseteks RLC ahelad . Neid filtreid nimetatakse nn signaali sageduse vahemiku põhjal, mille nad lasevad neist edastada. Tavaliselt kasutatakse kolme filtrikujundust, näiteks madalpääsfilter, kõrgpääsfilter ja ribapääsfilter . Selles artiklis käsitletakse madalpääsfiltri ülevaadet.
Mis on madalpääsfilter?
The madalpääsfiltri määratlus või LPF on üht tüüpi filter, mida kasutatakse nii madala sagedusega signaalide edastamiseks kui ka kõrge sagedusega summutamiseks kui eelistatud piirsagedus. The madalpääsfiltri sagedusreaktsioon sõltub peamiselt Madal pass filtri kujundus . Need filtrid eksisteerivad mitmel kujul ja annavad sujuvama signaali tüübi. Disainerid kasutavad neid filtreid sageli nii impedantsi kui ka ühtsuse ribalaiusega prototüübi filtrina.
Eelistatud filter saadakse proovist, tasakaalustades eelistatud impedantsi ja ribalaiust ning muutudes eelistatud ribatüübiks nagu madalpääs (LPF), kõrge läbipääs (HPF) , band-pass (BPSF) või band-stop (BSF).
Esimese järgu madalpääsfilter
Esimese järgu LPF on näidatud joonisel. Mis see vooluring on? Lihtne integraator. Pange tähele, et integraator on LPF-ide põhiline ehitusplokk.
Esimese järgu madalpääsfilter
Oletame Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1
V1 = Vi * 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1 = Vi (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)
= Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1
= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Siin s = j⍵
madalpääsfiltri ülekandefunktsioon on
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Väljund vähendab (nõrgendab) sagedust pöördvõrdeliselt. Kui sageduse kahekordne väljund on pool (-6 dB iga sageduse kahekordistamise korral - muidu 6 dB oktavi kohta). See on esimese järgu LPF ja liikumisrežiim on -6 dB oktaavi kohta.
Teise järgu madalpääsfilter
The teise järgu madalpääsfilter on näidatud joonisel.
Teise järgu madalpääsfilter
Oletame Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1
V1 = Vi 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1
Vi * (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)
Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1
= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Siin s = j⍵
Madalpääsfiltrite ülekandefunktsioon
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Oletame Z2 = 1 / 𝑗⍵𝐶1
V1 = Vi 𝑍2 / 𝑅2 + 𝑍2
Vi * (1 / 𝑗⍵𝐶2) / 𝑅2 + (1 / 𝑗⍵𝐶2)
Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶2𝑅2 + 1
= Vi 1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1
Vi (1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1) * (1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1)
= 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Seetõttu on ülekandefunktsioon teise järgu võrrand.
𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Väljund vähendab (nõrgendab) pöördvõrdeliselt sageduse ruutu. Kui sagedus kahekordistab väljundi isc1 / 4. (- 12 dB iga sageduse kahekordistamise korral või - 12 dB oktavi kohta). See on teist järku madalpääsfilter ja rull on -12 dB oktaavi kohta.
The madalpääsfiltri bode graafik on näidatud allpool. Üldiselt tähistatakse madalpääsfiltri sageduskarakteristikut Bode'i graafiku abil ja seda filtrit eristatakse nii väljalülitussageduse kui ka sageduse eemaldamise kiirusega
Madalpääsfilter opvõimendi abil
Op-Amps või operatiivvõimendid varusta väga efektiivseid madalpääsfiltreid induktoreid kasutamata. Op-ampri tagasiside ahelat saab ühendada filtri põhielementidega, nii et suure jõudlusega LPF-id saab hõlpsasti moodustada vajalike komponentide abil, välja arvatud induktorid. The rakendused op-amp LPF-sid kasutatakse erinevates piirkondades toiteallikad väljunditele DAC (digitaalsest analoogmuunduriks) nii varjunimede kui ka muude rakenduste kõrvaldamiseks.
Esmalt tellige aktiivne LPF-ahel Op-Amp abil
The elektriskeem ühepooluse või esimese järgu aktiivne madalpääsfilter on näidatud allpool. Vooluahel madalpääsfilter, kasutades op-amp kasutab kondensaator kogu tagasiside takisti. Sellel vooluringil on mõju, kui tagasiside taseme suurendamiseks suureneb sagedus, siis kondensaatori reaktiivtakistus langeb.
Esimese tellimuse madalpääsfilter opvõimendi abil
Selle filtri saab arvutada töötades sagedusel, mille juures kondensaatori reaktants võib olla võrdne takisti takistusega. Selle saab järgmise valemi abil.
Xc = 1 / π f C
Kus ‘Xc’ on mahtuvuslik reaktants oomides
‘Π’ on standardtäht ja selle väärtus on 3.412
“F” on sagedus (ühikud-Hz)
“C” on mahtuvus (ühikud-faraadid)
Nende ahelate ribasisest võimendust saab arvutada lihtsal viisil, kõrvaldades kondensaatori efekti.
Kuna seda tüüpi vooluahelad on kasulikud vähendamise võimendamiseks kõrgetel sagedustel ning pakuvad ülikiirust 6 okt iga oktaavi jaoks, mis tähendab, et o / p pinge jaguneb iga korduse korral sageduses. Niisiis, sellist filtrit nimetatakse esimese järgu või ühepooluseliseks madalpääsfiltriks.
Teise järgu aktiivne LPF-ahel, kasutades Op-Amp
Kasutades operatiivvõimendi , on võimalik disainida laias valikus erinevaid võimendustasemeid sisaldavaid filtreid ja ka rullmudeleid. See filter pakub nii ribalaiuse vastust kui ka ühtsuse kasvu.
Teise järgu aktiivne LPF-ahel, kasutades Op-Amp
Vooluahela väärtuste arvutused on keerukad Butterworthi madalpääsfilter & ühtsuse võit. Nende ahelate jaoks on vajalik märkimisväärne summutamine ja kondensaatori ja takisti suhtarvud järeldavad seda.
R1 = R2
C1 = C2
f = 1 - √4 π R C2
Väärtuste valimise ajal veenduge, et takisti väärtused langeksid piirkonnas 10–100 oomi. See on väärt, kuna vooluahela impedants suureneb sageduse võrra ja selle sektsiooni välised väärtused võivad seda muuta.
Madalpääsfiltri kalkulaator
RC jaoks madalpääsfiltri ahel , madalpääsfiltri kalkulaator arvutab ristumise sageduse ja joonistab Madalpääsfiltri graafik mis on tuntud kui hea süžee.
Näiteks:
Madalpääsfiltri ülekandefunktsiooni saab arvutada järgmise valemi abil, kui teame vooluahela takisti ja kondensaatori väärtusi.
Vout (id) / Vin (id) + 1 / CR / s + 1 / CR
Arvutage antud takisti sageduse väärtus ja kondensaatori väärtused
fc = 1/2 πRC
LPF lainekuju
Madalpääsfiltrirakendused
Madalpääsfiltri rakendused hõlmavad järgmist.
- Madalpääsfiltreid kasutatakse telefonisüsteemides kõlari helisageduste teisendamiseks piiratud sagedusribaga kõnesageduse signaaliks.
- LPF-e kasutatakse vooluahelast tuleneva kõrgsagedusliku signaali filtreerimiseks, kuna signaal juhitakse läbi selle filtri, siis enamus kõrgsageduslikust signaalist elimineeritakse ja ilmne müra võib tekkida.
- Madalpääsfilter sisse pilditöötlus pildi parandamiseks
- Mõnikord on need filtrid tuntud heli rakenduste tõttu kolmekordse või kõrge lõikena.
- Madalpääsfiltrit kasutatakse RC-ahelas, mida tuntakse kui RC madalpääsfilter .
- LPF-d kasutatakse kui integraator nagu RC vooluring
- Interpolaatori käivitamisel kasutatakse mitmemääralises DSP-s LPF-d pilditõrjefiltrina. Samamoodi kasutatakse detsimeerija käivitamisel seda filtrit aliasing-filtrina.
- Madalpääsfiltreid kasutatakse põhiriba signaalide tõhusaks reageerimiseks vastuvõtjates nagu superheterodüün.
- Madalpääsfiltrit kasutatakse inimkehast tulevate meditsiiniseadmete signaalides, samal ajal kui katsetamine elektroodide abil on väiksem. Nii et need signaalid võivad voolata läbi LPF-i, eemaldades soovimatu ümbritseva heli.
- Neid filtreid kasutatakse nii töötsükli amplituudi teisendamiseks kui ka faaside tuvastamiseks faasilukustatud ahelas.
- LPF-d kasutatakse AM-raadios dioodidetektori jaoks, et muuta AM-moduleeritud vahesagedussignaal helisignaaliks.
Seega on see kõik a madalpääsfilter . Op-amp-põhise LPF-i kujundamine on lihtne, samuti keerukamad kujundused, kasutades erinevat tüüpi filtreid. Rohkemate rakenduste jaoks pakub LPF silmapaistvat jõudlust. Siin on teile küsimus, mis on madalpääsfiltri põhifunktsioon?
