Filtru var definēt, jo tas ir viena veida ķēde, ko izmanto, lai pārveidotu, pārveidotu un citādi noraidītu visas signāla nevēlamās frekvences. Ideāls RC filtrs sadalīs un ļaus nodot ieejas signālus (sinusoidālus) atkarībā no frekvences. Parasti zemas frekvences apstākļos (<100 kHz) applications, passive filtri ir konstruēti, izmantojot rezistora un kondensatora komponentus. Tātad tas ir pazīstams kā a pasīvais RC filtrs . Līdzīgi augstas frekvences (> 100 kHz) signāliem pasīvos filtrus var projektēt ar rezistora-induktora-kondensatora komponentiem. Tātad šīs shēmas tiek sauktas par pasīvām RLC shēmas . Šie filtri ir tā saukti, pamatojoties uz signāla frekvences diapazonu, kuru tie ļauj tiem nodot. Parasti tiek izmantoti trīs filtru modeļi, piemēram, zemfrekvences filtrs, augstfrekvences filtrs , un joslas filtrs . Šajā rakstā ir apskatīts zemas caurlaidības filtra pārskats.
Kas ir zemfrekvences filtrs?
The zemfrekvences filtra definīcija vai LPF ir viena veida filtrs, ko izmanto, lai raidītu signālus ar zemu frekvenci, kā arī vājinātu ar augstu frekvenci nekā vēlamā izslēgšanas frekvence. The zemfrekvences filtru frekvences reakcija galvenokārt ir atkarīgs no Mazas caurlaidības filtra dizains . Šie filtri pastāv vairākos veidos un nodrošina vienmērīgāku signāla veidu. Dizaineri bieži izmantos šos filtrus kā prototipa filtru ar pretestību, kā arī vienotības joslas platumu.
Ieteicamo filtru iegūst no parauga, līdzsvarojot vēlamo pretestību un joslas platumu, kā arī mainās vēlamais joslas tips, piemēram, zemas caurlaidības (LPF), augstas caurlaidības (HPF) , band-pass (BPSF) vai band-stop (BSF).
Pirmās kārtas zemfrekvences filtrs
Pirmās kārtas LPF ir parādīts attēlā. Kas ir šī ķēde? Vienkāršs integrators. Ņemiet vērā, ka integrators ir LPF pamatelements.
Pirmās kārtas zemfrekvences filtrs
Pieņemsim 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
Šeit s = j⍵
zemfrekvences filtru pārsūtīšanas funkcija ir
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Izeja samazina (vājina) apgriezti kā frekvence. Ja frekvence dubultojas, izeja ir puse (-6 dB par katru frekvences dubultošanu, pretējā gadījumā - 6 dB uz oktāvu). Tas ir pirmās pakāpes LPF, un nolaišanās ir pie -6 dB uz oktāvu.
Otrās kārtas zemfrekvences filtrs
The otrās kārtas zemfrekvences filtrs ir parādīts attēlā.
Otrās kārtas zemfrekvences filtrs
Pieņemsim 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
Šeit s = j⍵
Zemfrekvences filtru pārsūtīšanas funkcija
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Pieņemsim 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)
Tāpēc pārsūtīšanas funkcija ir otrās kārtas vienādojums.
𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Rezultāts samazina (vājina) apgriezti kā frekvences kvadrāts. Ja frekvence dubulto izeju isc1 / 4. (- 12 dB par katru frekvences dubultošanu vai - 12 dB uz oktāvu). Tas ir otrās kārtas zemfrekvences filtrs, un tā rullis ir pie -12 dB oktāvā.
The zemfrekvences filtru koda diagramma ir parādīts zemāk. Parasti zemfrekvences filtra frekvences reakciju apzīmē ar Bode diagrammas palīdzību, un šis filtrs izceļas ar tā atslēgšanās frekvenci, kā arī ar frekvences nobīdes ātrumu
Zemfrekvences filtrs, izmantojot Op amp
Op-Amps vai operatīvie pastiprinātāji piegādājiet ļoti efektīvus zemfrekvences filtrus, neizmantojot induktorus. Op-amp atgriezeniskās saites cilpu var apvienot ar filtra pamatelementiem, tāpēc augstas veiktspējas LPF ir viegli izveidojami, izmantojot nepieciešamās sastāvdaļas, izņemot induktorus. The lietojumprogrammas op-amp LPF tiek izmantoti dažādās jomās barošanas avoti uz DAC (digitālie līdz analogie pārveidotāji) aizstājvārdu signālu, kā arī citu lietojumprogrammu novēršanai.
Pirmās kārtas aktīvā LPF shēma, izmantojot Op-Amp
The shēma viena pola vai pirmās kārtas aktīvs zemfrekvences filtrs ir parādīts zemāk. Ķēde zemfrekvences filtrs, izmantojot op-amp izmanto kondensators visā atgriezeniskās saites rezistorā. Šī ķēde ietekmē, kad palielinās frekvence, lai uzlabotu atgriezeniskās saites līmeni, tad kondensatora reaktīvā pretestība samazinās.
Pirmās kārtas zemfrekvences filtrs, izmantojot op. Amp
Šī filtra aprēķinu var veikt, strādājot pie frekvences, kurā kondensatora reaktivitāte var būt vienāda ar rezistora pretestību. To var iegūt, izmantojot šādu formulu.
Xc = 1 / π f C
Kur ‘Xc’ ir kapacitatīvā reaktivitāte omos
‘Π’ ir standarta burts, un tā vērtība ir 3.412
‘F’ ir frekvence (vienības-Hz)
‘C’ ir kapacitāte (vienības-Farads)
Šo ķēžu joslas pieaugumu var aprēķināt vienkāršā veidā, novēršot kondensatora efektu.
Tā kā šāda veida shēmas ir noderīgas, lai samazinātu pastiprinājumu augstās frekvencēs, kā arī piedāvā maksimālo apgriešanās ātrumu 6 dB katrai oktāvai, kas nozīmē o / p sprieguma dalījumus katram frekvences atkārtojumam. Tātad šāda veida filtru sauc par pirmās kārtas vai viena pola zemas caurlaidības filtru.
Otrās kārtas aktīvā LPF shēma, izmantojot Op-Amp
Izmantojot operatīvais pastiprinātājs , ir iespējams projektēt filtrus plašā diapazonā ar atšķirīgiem pastiprināšanas līmeņiem, kā arī roll-off modeļiem. Šis filtrs piedāvā joslas platuma reakciju, kā arī vienotības pieaugumu.
Otrās kārtas aktīvā LPF shēma, izmantojot Op-Amp
Ķēdes vērtību aprēķini nav sarežģīti, lai reaģētu uz Butterworth zemas caurlaidības filtrs & vienotības ieguvums. Šīm shēmām ir nepieciešama ievērojama amortizācija, un kondensatora un rezistora attiecību vērtības to secina.
R1 = R2
C1 = C2
f = 1 - √4 π R C2
Atlasot vērtības, pārliecinieties, ka rezistora vērtības reģionā samazināsies no 10 kilogramiem omiem līdz 100 kilogramiem omu. Tas ir vērts, jo ķēdes o / p pretestība palielinās par frekvenci, un šīs sadaļas ārējās vērtības var mainīt darbību.
Zemfrekvences filtru kalkulators
Par RC zemfrekvences filtru ķēde , zemfrekvences filtru kalkulators aprēķina krustojuma biežumu un uzzīmē Zemfrekvences filtru diagramma kas ir pazīstams kā bode plot.
Piemēram:
Zemfrekvences filtra pārsūtīšanas funkciju var aprēķināt, izmantojot šādu formulu, ja mēs zinām ķēdes rezistora un kondensatora vērtības.
Vout (s) / Vin (s) + 1 / CR / s + 1 / CR
Aprēķiniet dotā rezistora frekvences vērtību, kā arī kondensatora vērtības
fc = 1/2 πRC
LPF viļņu forma
Zemfrekvences filtru lietojumprogrammas
Zemfrekvences filtra pielietojums ietver sekojošo.
- Zemfrekvences filtrus izmanto tālruņu sistēmās, lai pārveidotu skaļruņa audio frekvences par ierobežotas joslas balss joslas signālu.
- LPF tiek izmantoti, lai filtrētu augstas frekvences signālu, ko no ķēdes sauc par “troksni”, jo signāls tiek izvadīts caur šo filtru, pēc tam tiek izslēgta lielākā daļa augstfrekvences signāla, kā arī var rasties acīmredzams troksnis.
- Zemfrekvences filtrs iekšā attēlu apstrāde attēla uzlabošanai
- Dažreiz šie filtri tiek dēvēti par trīskāršu vai augstu griezumu, pateicoties audio lietojumprogrammām.
- Zemfrekvences filtru izmanto RC ķēdē, kas pazīstama kā RC zemas caurlaidības filtrs .
- LPF tiek izmantots kā integrators kā RC shēma
- Daudzpakāpju DSP laikā, izpildot Interpolatoru, LPF tiek izmantots kā attēla novēršanas filtrs. Līdzīgi, izpildot decimatoru, šis filtrs tiek izmantots kā anti-aliasing filtrs.
- Zemfrekvences filtrus efektīvai pamatjoslas signālu reakcijai izmanto uztvērējos, piemēram, superheterodīnā.
- Zemfrekvences filtru izmanto medicīnisko ierīču signālos, kas nāk no cilvēka ķermeņa, kamēr testēšana, izmantojot elektrodus, ir mazāka frekvence. Tātad šie signāli var plūst caur LPF, lai noņemtu nevēlamu apkārtējo skaņu.
- Šie filtri tiek izmantoti darba cikla amplitūdas pārveidošanai, kā arī fāzes noteikšanai fāzes bloķētajā kontūrā.
- LPF tiek izmantots AM radio diodu detektoram, lai mainītu AM modulēto starpfrekvences signālu uz audio signālu.
Tādējādi tas viss ir par a zemfrekvences filtrs . Uz op-amp bāzes LPF projektēšanu ir vienkārši noformēt, kā arī sarežģītākus dizainus, izmantojot dažāda veida filtrus. Vairākām lietojumprogrammām LPF nodrošina izcilu veiktspēju. Šeit ir jautājums jums, kāda ir zemfrekvences filtra galvenā funkcija?
