Τι είναι το Low Pass Filter (LPF); | Τύποι LPFs | Σημαντικά πλεονεκτήματα και κοινές χρήσεις

                                  ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

  • Ορισμός του φίλτρου χαμηλής διέλευσης
  • Διάγραμμα κυκλώματος
  • Ενεργό και παθητικό φίλτρο χαμηλής διέλευσης
  • Τι κάνει το LPF; Πώς λειτουργεί;
  • Επιχείρηση
  • Απόκριση συχνότητας
  • Λειτουργία μεταφοράς ενός LPF
  • Σχεδιάζοντας ένα LPF
  • Γωνιακή συχνότητα φίλτρου χαμηλής διέλευσης
  • Ιδανικό & πραγματικό φίλτρο
  • Φίλτρο Low Pass έναντι φίλτρου High Pass
  • Πλεονεκτήματα ενός LPF
  • Ποιες είναι οι χρήσεις ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης
  • FAQs

Τι είναι το φίλτρο Low Pass;

Ορισμός του LPF:

 "Το φίλτρο χαμηλής διέλευσης μεταφέρει σήματα χαμηλότερης συχνότητας με λιγότερη αντίσταση και έχει σταθερό κέρδος εξόδου από το μηδέν έως τη συχνότητα αποκοπής."

Γενικά, ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης εξασθενεί συχνότητες πάνω από τα σημεία αποκοπής.

Διάγραμμα κυκλώματος φίλτρου χαμηλής διέλευσης:

Υπάρχουν δύο τύποι ενεργού φίλτρου, είναι-

  • Ενεργό φίλτρο χαμηλής διέλευσης - αποτελείται από ως επί το πλείστον ενεργά συστατικά όπως το op-amp, ένα τρανζίστορ.
Ενεργό φίλτρο χαμηλής διέλευσης
εικόνα 1.1 Ενεργό φίλτρο χαμηλής διέλευσης
  • Παθητικό φίλτρο χαμηλής διέλευσης - αποτελείται από κυρίως παθητικά εξαρτήματα όπως πυκνωτές, αντιστάσεις κ.λπ.
εικόνα 1.2 Παθητικό φίλτρο χαμηλής διέλευσης

Πώς λειτουργεί το φίλτρο Low Pass?

Τι κάνει το φίλτρο χαμηλής διέλευσης;

Στο σχήμα 1.1, είναι ένα ενεργό φίλτρο χαμηλής διέλευσης που χρησιμοποιείται συνήθως.

Το φιλτράρισμα γίνεται συνήθως από το δίκτυο RC και το op-amp χρησιμοποιείται ως ενισχυτής ενότητας. Η αντίσταση RF(= R) περιλαμβάνεται για μετατόπιση Dc.

Στο DC, η χωρητική αντίδραση είναι άπειρη και η αντίσταση dc προς τη γείωση και για τους δύο ακροδέκτες πρέπει να είναι ίση.

Εδώ, όλες οι τάσεις Vi, Vx, Vy, V0 μετρούνται σχετικά με το έδαφος.

Η αντίσταση εισόδου του op-amp είναι πάντα άπειρη. κανένα ρεύμα δεν θα ρέει στα τερματικά εισόδου.

Σύμφωνα με τον κανόνα διαχωριστή τάσης, η τάση στον πυκνωτή,

Δεδομένου ότι το κέρδος op-amp είναι άπειρο,

Που,

= κέρδος pass-band του φίλτρου

                 f = συχνότητα του σήματος εισόδου

= συχνότητα αποκοπής του σήματος

AcL

 = κέρδος κλειστού βρόχου του φίλτρου ως συνάρτηση της συχνότητας.

Το μέγεθος κέρδους,

Και φάση γωνίας (σε βαθμό),

Λειτουργία φίλτρου χαμηλής διέλευσης:

Η λειτουργία του φίλτρου χαμηλής διέλευσης μπορεί να επαληθευτεί από την εξίσωση μεγέθους κέρδους ως εξής-

Σε πολύ χαμηλές συχνότητες, δηλαδή f >> fc,

Στο f = fc,

Στο f> fc,

              |AcL| <ΑF

Έτσι το φίλτρο έχει σταθερό κέρδος ΑF από 0 Hz στη συχνότητα αποκοπής fc. Στο στc, η ανάπτυξη είναι 0.707ΑFκαι μετά το fc, μειώνεται με σταθερό ρυθμό με αύξηση της συχνότητας.

Εδώ, η πραγματική απόκλιση αποκλίνει από την προσέγγιση γραμμικής διακεκομμένης γραμμής κοντά στο 'fc".

Απόκριση συχνότητας φίλτρου χαμηλής διέλευσης:

Χαρακτηριστικά φίλτρου χαμηλής διέλευσης

Πώς να φτιάξετε ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης;

Σχεδίαση φίλτρου χαμηλής διέλευσης:

Μια τιμή της συχνότητας αποκοπής ωc επιλέγεται.

Η χωρητικότητα C επιλέγεται με μια συγκεκριμένη τιμή. Συνήθως, η τιμή κυμαίνεται μεταξύ 0.001 και 0.1 μF. Συνιστάται πυκνωτής Mylar ή ταντάλιο για καλύτερη απόδοση.

Η τιμή του R υπολογίζεται από τη σχέση,

              Fc = συχνότητα αποκοπής σε hertz

              Ωc = Η συχνότητα αποκοπής είναι σε ακτίνα δευτερόλεπτο.

              Γ = στο Farad

Τέλος, οι τιμές του R1 Και RF επιλέγονται ανάλογα με το επιθυμητό κέρδος ζώνης πρόσβασης χρησιμοποιώντας τη σχέση,

Κλίμακα συχνότητας: - Μόλις σχεδιαστεί ένα φίλτρο, ενδέχεται να χρειαστεί να αλλάξετε τη συχνότητα αποκοπής του. Η μέθοδος μετατροπής μιας αρχικής συχνότητας αποκοπής fc σε μια νέα συχνότητα αποκοπής ονομάζεται «κλιμάκωση συχνότητας».

Για να αλλάξετε μια συχνότητα αποκοπής, πολλαπλασιάστε το R ή το C, αλλά όχι και τα δύο με την αναλογία: -

Συχνότητα γωνίας & συχνότητα αποκοπής ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης:

Η μετάβαση ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης είναι πάντα γρήγορη και ομαλή από το πέρασμα-ζώνη προς την ζώνη διακοπής. Επίσης, η συχνότητα αποκοπής δεν αποτελεί παράμετρο για τη μέτρηση της καλοσύνης ή του κακού σε ένα εύρος συχνοτήτων. Η συχνότητα αποκοπής αναφέρεται με μεγαλύτερη ακρίβεια ως η συχνότητα -3dB, δηλαδή, είναι η συχνότητα στην οποία η απόκριση μεγέθους είναι 3dB χαμηλότερη από την τιμή στα 0 Hz.

Τι είναι το Pass-band;

«Η ζώνη διέλευσης είναι το συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων που περνά ένα φίλτρο μέσα του».

Για φίλτρα χαμηλής διέλευσης, οι συχνότητες που κινούνται προς το τέλος της ζώνης διέλευσης δεν μπορούν να έχουν σημαντικό κέρδος ή προσοχή.

Τι είναι το Stopband;

«Ένα φίλτρο μεταφέρει πάντα φίλτρα σε μια δεδομένη ζώνη και απορρίπτει τις συχνότητες που είναι κάτω από το δεδομένο εύρος. Αυτό το συγκεκριμένο εύρος είναι γνωστό ως Stopband ».

Καθώς υπάρχουν περιορισμοί για φίλτρα χαμηλής διέλευσης, η ζώνη διακοπής εξασθενεί σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, η οποία κινείται κοντά στη συχνότητα αποκοπής πλησιέστερα στα 0 Hz.

Η λειτουργία μεταφοράς ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης:

Τι είναι η λειτουργία μεταφοράς;

"Η συνάρτηση μεταφοράς είναι ένας πολύπλοκος αριθμός που έχει μέγεθος και φάση. Στην περίπτωση των φίλτρων, η λειτουργία μεταφοράς βοηθά στην εισαγωγή διαφοράς φάσης μεταξύ εισόδου και εξόδου. "

Δεδομένου ότι το φίλτρο χαμηλής διέλευσης επιτρέπει τη διέλευση σημάτων AC χαμηλής συχνότητας, η έξοδος εξασθενεί. Χρησιμοποιούμε διαφορετικά ενεργά και παθητικά στοιχεία για να φτιάξουμε ένα φίλτρο, το οποίο τελικά έχει και άλλα χαρακτηριστικά. Η συνάρτηση μεταφοράς μας λέει πώς μια είσοδος σχετίζεται με μια έξοδο ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του στοιχείου. Η λειτουργία μεταφοράς μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί από ένα γράφημα του σήματος εξόδου σε διάφορες συχνότητες. Μπορούμε επίσης να υπολογίσουμε τη λειτουργία μεταφοράς χρησιμοποιώντας τους νόμους του Kirchoff για να αντλήσουμε τη διαφορική εξίσωση του φίλτρου.

Καθώς περνάει περισσότερο σήμα, το φίλτρο θα εφαρμόσει μια μετατόπιση φάσης στο σήμα εξόδου για το σήμα εισόδου. Ως εκ τούτου, η λειτουργία μεταφοράς ενός φίλτρου είναι μια πολύπλοκη συνάρτηση της συχνότητας. Περιέχει επίσης όλες τις ζωτικές πληροφορίες που χρειαζόμαστε για να προσδιορίσουμε το μέγεθος του σήματος εξόδου και τη φάση του.

Ιδανικό φίλτρο & πραγματικό φίλτρο:

Μερικές φορές, για λόγους απλοποίησης, χρησιμοποιούμε συχνά τα ενεργά φίλτρα για να προσεγγίσουμε τρόπους. Τα αναβαθμίζουμε σε ένα ιδανικό και θεωρητικό μοντέλο, το οποίο ονομάζεται "Ideal Filter".

Η χρήση αυτών των προτύπων είναι ανεπαρκής, οδηγώντας σε σφάλματα. Στη συνέχεια, το φίλτρο πρέπει να αντιμετωπίζεται με βάση την ακριβή πραγματική συμπεριφορά, δηλαδή, ως «πραγματικό φίλτρο».

Οι βασικοί βασικοί όροι ενός ιδανικού φίλτρου είναι

  • Μια μονάδα κέρδους
  • Πλήρης υποβάθμιση του σήματος εισόδου στις ζώνες.
  • Η μετάβαση απόκρισης από τη μία ζώνη στην άλλη είναι αρκετά απότομη.
  • Δεν δημιουργεί παραμόρφωση όταν το σήμα διέρχεται από τη ζώνη διέλευσης.

Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ του φίλτρου χαμηλής διέλευσης και του φίλτρου υψηλής διέλευσης;

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα ενός φίλτρου Low Pass;

  • Τα φίλτρα χαμηλής διέλευσης μπορούν εύκολα να αφαιρέσουν εφέ ψευδώνυμου από ένα κύκλωμα, γεγονός που καθιστά το κύκλωμα λειτουργεί ομαλά.
  • Τα φίλτρα χαμηλής διέλευσης είναι οικονομικά αποδοτικά, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα.
  • Τα φίλτρα Low-Pass έχουν χαμηλή αντίσταση εξόδου. Έτσι, αποτρέπει τη συχνότητα αποκοπής των φίλτρων από το φορτίο.

Εφαρμογές φίλτρου χαμηλής διέλευσης:

  • Ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης χρησιμοποιείται στα φίλτρα «δικός».
  • Το LPF χρησιμοποιείται σε ηχεία ήχου για τη μείωση της υψηλής συχνότητας.
  • Το LPF μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ενισχυτής ήχου και ισοσταθμιστής.
  • Στον αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα, το LPF χρησιμοποιείται ως φίλτρα κατά της ψευδώνυμο για τον έλεγχο σημάτων.
  • Το LPF χρησιμοποιείται για εξομάλυνση εικόνας, θόλωση εικόνας.
  • Το LPF χρησιμοποιείται επίσης σε ραδιοπομπούς για τον αποκλεισμό των αρμονικών εκπομπών.
  • Αυτά τα φίλτρα χρησιμοποιούνται σε μουσικά συστήματα για να φιλτράρουν τους ήχους υψηλής συχνότητας, προκαλώντας ηχώ σε υψηλότερους ήχους.

Ø  Τι είναι ένα παθητικό φίλτρο χαμηλής διέλευσης;

Ένα παθητικό φίλτρο χαμηλής διέλευσης είναι ένα φίλτρο κατασκευασμένο από όλα τα παθητικά εξαρτήματα όπως πυκνωτές, αντιστάσεις κ.λπ. Προκαλεί μικρότερο επίπεδο εξόδου σε σύγκριση με το επίπεδο εισόδου.

Ø  Τι είναι ένα κύκλωμα χαμηλής διέλευσης RC;

Ένα κύκλωμα χαμηλής διέλευσης RC αποτελείται μόνο από αντιστάσεις και πυκνωτές, όπως υποδηλώνει το όνομα. Είναι επίσης ένα απαραίτητο παθητικό φίλτρο. Σε αυτό το φίλτρο, η αντίδραση ενός πυκνωτή ποικίλλει αντίστροφα με τη συχνότητα, και η τιμή της αντίστασης παραμένει σταθερή καθώς η συχνότητα αλλάζει.

Ø  Τι είναι το φίλτρο Butterworth Low pass;

A Φίλτρο Butterworth είναι αυτός ο τύπος φίλτρου όπου η απόκριση συχνότητας είναι επίπεδη στην περιοχή της ζώνης διέλευσης. Ένα φίλτρο Low-Pass Butterworth παρέχει σταθερή έξοδο από πηγή DC σε συγκεκριμένη συχνότητα αποκοπής και απορρίπτει τις συχνότητες υψηλότερου επιπέδου.

Ø  Πώς μπορεί να κατασκευαστεί ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης δεύτερης τάξης;

Γνωρίζουμε ότι ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης πρώτης τάξης μπορεί να κατασκευαστεί συνδέοντας μία αντίσταση και έναν πυκνωτή του οποίου ο μονός πόλος μπορεί να μας δώσει μια κλίση -20dB / δεκαετία. Για να φτιάξουμε ένα παθητικό φίλτρο χαμηλής διέλευσης δεύτερης τάξης, συνδέουμε ή εναλλάξ δύο παθητικά φίλτρα (πρώτης τάξης). Είναι επίσης ένα διπολικό δίκτυο.

Ø  Καταγράψτε τη γωνιακή συχνότητα ενός φίλτρου δεύτερης τάξης.

Σε ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης δεύτερης τάξης, παρατηρούμε ένα σημείο γωνίας -3dB και συνεπώς, η συχνότητα της ζώνης διέλευσης αλλάζει από την αρχική της τιμή όπως υπολογίζεται στην εξίσωση:

Για να διαβάσετε περισσότερα για τα ηλεκτρονικά Κάνε κλικ εδώ

Σχετικά με το Soumali Bhattacharya

Αυτήν τη στιγμή επενδύω στον τομέα της Ηλεκτρονικής και της επικοινωνίας.
Τα άρθρα μου επικεντρώνονται στους βασικούς τομείς των ηλεκτρονικών πυρήνων σε μια πολύ απλή αλλά ενημερωτική προσέγγιση.
Είμαι ένας ζωντανός μαθητής και προσπαθώ να ενημερώνομαι με όλες τις τελευταίες τεχνολογίες στον τομέα των ηλεκτρονικών τομέων.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn -
https://www.linkedin.com/in/soumali-bhattacharya-34833a18b/

Lambda Geeks