Filtrą galima apibrėžti, nes tai yra vienos rūšies grandinė, naudojama pertvarkyti, modifikuoti ir kitaip atmesti visus nepageidaujamus signalo dažnius. Idealus RC filtras padalins ir leis perduoti įvesties signalus (sinusinius) priklausomai nuo dažnio. Paprastai žemo dažnio (<100 kHz) applications, passive filtrai yra sukonstruoti naudojant rezistoriaus ir kondensatoriaus komponentus. Taigi jis žinomas kaip pasyvus RC filtras . Aukšto dažnio (> 100 kHz) signalams pasyvūs filtrai gali būti suprojektuoti su rezistoriaus-induktoriaus-kondensatoriaus komponentais. Taigi šios grandinės įvardijamos kaip pasyvios RLC grandinės . Šie filtrai vadinami pagal signalo, kurį jie leidžia praleisti, dažnio diapazoną. Paprastai naudojami trys filtrų dizainai, tokie kaip žemo dažnio filtras, aukšto dažnio filtras ir juostos filtras . Šiame straipsnyje aptariama žemų dažnių filtro apžvalga.
Kas yra žemo dažnio filtras?
žemo dažnio filtro apibrėžimas arba LPF yra vienos rūšies filtrai, naudojami perduoti signalus žemu dažniu, taip pat silpninti aukštu dažniu nei pageidaujamas ribinis dažnis. žemo dažnio filtro dažnio atsakas daugiausia priklauso nuo Žemas perdavimas filtro dizainas . Šie filtrai egzistuoja keliomis formomis ir suteikia sklandesnį signalo tipą. Dizaineriai dažnai naudos šį filtrą kaip prototipinį filtrą su impedancija ir vieningumo pralaidumu.
Pageidaujamas filtras gaunamas iš pavyzdžio, subalansuojant pageidaujamą impedanciją ir pralaidumą, ir keičiasi į pageidaujamą juostos tipą, pvz. žemo pralaidumo (LPF), aukšto pralaidumo (HPF) , band-pass (BPSF) arba band-stop (BSF).
Pirmos eilės žemo dažnio filtras
Pirmojo laipsnio LPF parodytas paveiksle. Kas yra ši grandinė? Paprastas integratorius. Atkreipkite dėmesį, kad integratorius yra pagrindinis LPF komponentas.
Pirmos eilės žemo dažnio filtras
Tarkime 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
Čia s = j⍵
žemo dažnio filtro perkėlimo funkcija yra
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Išėjimas sumažina (susilpnina) atvirkščiai kaip dažnį. Jei dažnis padvigubėja, išvestis yra pusė (-6 dB už kiekvieną dažnio padvigubinimą, kitaip - 6 dB už oktavą). Tai yra pirmos eilės LPF, o išmetimo dažnis yra –6 dB / oktava.
Antros eilės žemų dažnių filtras
antros eilės žemo dažnio filtras yra parodyta paveiksle.
Antros eilės žemų dažnių filtras
Tarkime 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
Čia s = j⍵
Žemo dažnio filtro perkėlimo funkcija
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Tarkime 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)
Todėl perkėlimo funkcija yra antrosios eilės lygtis.
𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Išvestis sumažina (susilpnina) atvirkščiai kaip dažnio kvadratą. Jei dažnis padvigubina išėjimo koeficientą 1/4 (- 12 dB už kiekvieną dažnio padvigubinimą arba - 12 dB už oktavą). Tai antros eilės žemo dažnio filtras, kurio ritinys yra –12 dB / oktava.
žemo dažnio filtro bode diagrama yra parodyta žemiau. Paprastai žemo dažnio filtro dažnio atsakas žymimas naudojant Bode diagramą, ir šis filtras išskiriamas išjungimo dažniu, taip pat dažnio nuriedėjimo greičiu.
Žemo dažnio filtras naudojant op
„Op-Amps“ arba operaciniai stiprintuvai tiekti labai efektyvius žemo dažnio filtrus nenaudojant induktorių. Op-amp stiprintuvo grįžtamoji grandinė gali būti sujungta su pagrindiniais filtro elementais, todėl didelio našumo LPF yra lengvai suformuojami naudojant reikalingus komponentus, išskyrus induktorius. „Op-amp“ programos LPF yra naudojami skirtingose maitinimo šaltiniai prie išvesties DAC (skaitmeniniai - analoginiai keitikliai) pašalinti slapyvardžių signalus ir kitas programas.
Pirmiausia užsisakykite aktyvią LPF grandinę naudodami „Op-Amp“
grandinės schema vieno poliaus arba pirmos eilės aktyvus žemų dažnių filtras yra parodyta žemiau. Grandinė žemo dažnio filtras naudojant op-amp naudoja kondensatorius per grįžtamąjį rezistorių. Ši grandinė turi poveikį, kai padidėja dažnis, kad padidėtų grįžtamojo ryšio lygis, tada sumažėja kondensatoriaus reaktyvioji varža.
Pirmojo užsakymo žemų dažnių filtras naudojant op
Šį filtrą galima apskaičiuoti dirbant dažniu, kuriuo kondensatoriaus reaktyvumas gali būti lygus rezistoriaus varžai. Tai galima gauti naudojant šią formulę.
Xc = 1 / π f C
Kur „Xc“ yra talpos reaktyvumas omais
„Π“ yra standartinė raidė, kurios vertė yra 3,412
„F“ yra dažnis (vienetai-Hz)
„C“ yra talpa (vienetai-Faradai)
Šių grandinių padidėjimą juostoje galima apskaičiuoti paprastai, pašalinant kondensatoriaus poveikį.
Kadangi šių tipų grandinės yra naudingos, norint sumažinti padidėjimą dideliais dažniais, taip pat siūlo didžiausią greitį išjudant 6 dB kiekvienai oktavai, o tai reiškia, kad o / p įtampa dalijasi kiekvienam pakartojimui dažnyje. Taigi, toks filtras vadinamas pirmosios eilės arba vieno poliaus žemo dažnio filtru.
Antrosios eilės aktyvioji LPF grandinė naudojant „Op-Amp“
Naudojant operacinis stiprintuvas , galima projektuoti plataus asortimento filtrus su skirtingais stiprinimo lygiais, taip pat „roll-off“ modelius. Šis filtras suteikia pralaidumo atsaką ir vienybės padidėjimą.
Antrosios eilės aktyvioji LPF grandinė naudojant „Op-Amp“
Grandinės verčių skaičiavimai yra nesudėtingi, atsižvelgiant į Butterworth žemo dažnio filtras & vienybės laimėjimas. Šioms grandinėms būtinas didelis slopinimas, o kondensatoriaus ir rezistoriaus santykinės vertės tai daro išvadą.
R1 = R2
C1 = C2
f = 1 - √4 π R C2
Renkantis vertes įsitikinkite, kad rezistoriaus reikšmės regione sumažės nuo 10 kg iki 100 kg omų. Tai verta, nes grandinės o / p varža padidėja dėl dažnio, o šio skyriaus išorinės vertės gali pakeisti veiksmą.
Žemo dažnio filtro skaičiuoklė
Dėl RC žemo dažnio filtro grandinė , žemo dažnio filtro skaičiuoklė apskaičiuoja kryžminimo dažnį ir braižo Žemo dažnio filtro grafikas kuris yra žinomas kaip bode siužetas.
Pavyzdžiui:
Žemo dažnio filtro perdavimo funkciją galima apskaičiuoti naudojant šią formulę, jei mes žinome grandinės rezistoriaus ir kondensatoriaus vertes.
Vout (-ai) / Vin (-ai) + 1 / CR / s + 1 / CR
Apskaičiuokite duoto rezistoriaus dažnio vertę, taip pat kondensatoriaus vertes
fc = 1/2 πRC
LPF bangos forma
Žemo dažnio filtrų programos
Žemo dažnio filtro taikymo sritis yra šios.
- Žemo dažnio filtrai naudojami telefoninėse sistemose, kad garsiakalbio garsai būtų konvertuojami į ribotos juostos balso juostos signalą.
- LPF naudojami filtruoti aukšto dažnio signalą, kuris yra žinomas kaip „triukšmas“ iš grandinės, nes signalas perduodamas per šį filtrą, tada pašalinama didžioji dalis aukšto dažnio signalo, taip pat gali atsirasti akivaizdus triukšmas.
- Žemų dažnių filtras vaizdo apdorojimas vaizdui pagerinti
- Kartais šie filtrai yra žinomi kaip aukštas arba aukštas pjovimas dėl garso programų.
- Žemo dažnio filtras naudojamas RC grandinėje, kuri yra žinoma kaip RC žemo dažnio filtras .
- LPF naudojamas kaip integratorius kaip RC grandinė
- Įvairių dažnių DSP vykdant interpoliatorių, LPF naudojamas kaip prieš vaizdo apdorojimo filtrą. Panašiai, vykdant decimatorių, šis filtras naudojamas kaip anti-aliasing filtras.
- Žemo dažnio filtrai naudojami imtuvuose, tokiuose kaip super heterodinas, norint efektyviai reaguoti į pagrindinės juostos signalus.
- Žemo dažnio filtras naudojamas medicinos prietaisų signalams, gaunamiems iš žmogaus kūno, o bandymai naudojant elektrodus yra mažesnio dažnio. Taigi šie signalai gali tekėti per LPF, kad pašalintų nepageidaujamą aplinkos garsą.
- Šie filtrai naudojami konvertuojant darbo ciklo amplitudę, taip pat nustatant fazę fiksuotoje fazėje.
- LPF naudojamas AM radijuje, kad diodų detektorius pakeistų AM moduliuojamą tarpinio dažnio signalą į garso signalą.
Taigi, viskas yra apie a žemo dažnio filtras . Suprojektuoti op-amp pagrindu veikiančią LPF, taip pat sudėtingesnį dizainą naudojant skirtingų tipų filtrus. Jei norite naudoti daugiau programų, LPF užtikrina puikų našumą. Štai jums klausimas, kokia yra žemų dažnių filtro pagrindinė funkcija?
