Пасивни нископропусни филтер

Овај водич говори о пасивном нископропусном филтру, широко кориштеном термину у електроници. Овај „технички“ термин ћете чути или користити готово сваки пут на студијама или у професионалној каријери. Истражимо шта је посебно код овог техничког израза.

Шта је то, круг, формуле, крива?

Кренимо од имена. Да ли знате шта је пасивно ? Шта је ниско ? Шта је пролазно, а шта филтер ? Ако разумете значења те четири речи „ Пасивни нископропусни филтер “, разумећете 50% „ пасивног нископропусног филтера “, осталих 50% ћемо истражити даље.

„ Пасивно “ - у речнику значи дозвољавање или прихватање онога што се дешава или шта други раде, без активног одговора.

„ Нископропусни филтер “ - то значи да се пролази оно што је ниско, што значи и да се блокира оно што је високо. Делује исто као и традиционални филтер за воду који имамо у кући / канцеларији који блокира нечистоће и пропушта само чисту воду.

Нископропусни филтер пропушта ниску фреквенцију и блокира вишу. Традиционална нископропусна фреквенција проласка филтера у распону од 30-300Кхз (ниска фреквенција) и блок изнад те фреквенције ако се користи у апликацији Аудио.

Много је ствари повезано са нископропусним филтером. Као што је раније описано, филтрираће нежељене ствари (сигнал) синусног сигнала (АЦ).

Како пасивно значи да генерално не примењујемо спољни извор на филтрирани сигнал, он се може направити помоћу пасивних компонената, којима није потребна снага, тако да филтрирани сигнал нема појачање, амплитуда излазног сигнала се неће повећавати по сваку цену.

Нископропусни филтери су направљени помоћу комбинације отпорника и кондензатора (РЦ) за филтрирање до 100Кхз, али за остатак се користе отпорник, кондензатор и индуктор од 100кхз-300кхз (РЛЦ).

Ево круга на овој слици:

Ово је РЦ филтер. Генерално се улазни сигнал примењује на ову серијску комбинацију отпорника и неполаризованог кондензатора. То је филтер првог реда, јер у колу постоји само једна реактивна компонента која је кондензатор. Филтрирани излаз биће доступан преко кондензатора.

Оно што се заправо догађа унутар кола је прилично занимљиво.

На ниским фреквенцијама реактанса кондензатора ће бити врло велика од отпорне вредности отпорника. Дакле, напонски потенцијал сигнала на кондензатору биће много већи од пада напона на отпорнику.

На вишим фреквенцијама ће се догодити управо супротно. Отпорничка вредност отпорника постаје већа и због тога је ефектом реактанције кондензатора напон на кондензатору постао мањи.

Ево криве како изгледа на излазу кондензатора: -

Фреквенцијски одзив и гранична фреквенција

Хајде да даље разумемо ову криву

ф _ц је гранична фреквенција филтра. Сигнална линија од 0дБ / 118Хз до 100 КХз готово је равна.

Формула за израчунавање добитка је

Добитак = 20лог (Воут / Вин)

Ако ставимо те вредности, видећемо резултат појачања све док гранична фреквенција не буде скоро 1. 1 јединица појачања или 1к појачање назива се јединственим добицима.

После искљученог сигнала, одзив кола се постепено смањује на 0 (Нула) и овај пад се дешава брзином од -20дБ / Декаде. Ако израчунамо смањење по октави износиће -6дБ. У техничкој терминологији назива се „ ролл-офф “.

На ниским фреквенцијама велика реактанција кондензатора зауставља проток струје кроз кондензатор.

Ако применимо високе фреквенције изнад граничне вредности, реактанција кондензатора пропорционално се смањује када се фреквенција сигнала повећа, што резултира нижом реактанцом излазног резултата 0 као ефекат стања кратког споја на кондензатору.

Ово је нископропусни филтер. Одабиром одговарајућег отпорника и одговарајућег кондензатора могли бисмо зауставити фреквенцију, ограничити сигнал без утицаја на сигнал јер нема активног одзива.

На горњој слици налази се реч Бандвидтх. Значи на који ће се применити добитак јединства и сигнал ће бити блокиран. Дакле, ако је у питању нископропусни филтер од 150 Кхз, тада ће ширина појаса бити 150Кхз. Након те фреквенције пропусног опсега сигнал ће се ослабити и зауставити пролазак кроз склоп.

Такође постоји -3дБ, то је важно, на граничној фреквенцији добићемо -3дБ појачања где је сигнал ослабио на 70,7%, а капацитивна реактанса и отпор су једнаки Р = Ксц.

Која је формула граничне фреквенције?

ф _ц = 1 / 2πРЦ

Дакле, Р је отпор, а Ц капацитет. Ако ставимо вредност, знаћемо граничну фреквенцију.

Прорачун излазног напона

Погледајмо прву слику кола у којима се 1 отпорник и један кондензатор користе за формирање нископропусног филтра или РЦ кола.

Када се једносмерни сигнал примени преко кола, то је отпор кола који ствара пад када струја тече, али у случају АЦ сигнала то је импеданса, која се такође мери у Охмима.

У РЦ колу постоје две отпорне ствари. Један је отпор, а други капацитивна реактанца кондензатора. Дакле, прво морамо да измеримо капацитивну реактанцу кондензатора јер ће бити потребна за израчунавање импедансе кола.

Прва отпорна опозиција је капацитивна реактанција, формула је:

Ксц = 1 / 2π ф _ц

Излаз формуле биће у охмима, јер је охм јединица капацитивне реактанције, јер опозиција значи отпор.

Друга опозиција је сам отпорник. Вредност отпорника је такође отпор.

Дакле, комбиновањем ове две опозиције добићемо укупан отпор, који је импеданса у кругу РЦ (улаз АЦ сигнала).

Импеданса означава З.

РЦ филтер делује као круг „ фреквентно зависног променљивог делитеља потенцијала “.

Излазни напон овог преграде је следећи =

Воут = Вин * (Р2 / Р1 + Р2) Р1 + Р2 = Р _Т.

Р1 + Р2 су укупан отпор струјног круга и то је исто као и импеданса.

Дакле, комбиновањем ове укупне једначине ћемо добити

Решавањем горње формуле добијамо коначну: -

Воут = Вин * (Ксц / З)

Пример са прорачуном

Као што већ знамо шта се заправо дешава у кругу и како сазнати вредност. Изаберимо практичне вредности.

Покупимо најчешће вредности отпорника и кондензатора, 4.7к и 47нФ. Вредност смо одабрали пошто је широко доступна и лакше је израчунати. Погледајмо колика ће бити гранична фреквенција и излазни напон.

Пресечена фреквенција биће: -

Решавањем ове једначине гранична фреквенција је 720Хз.

Идемо тамо где је тачно или не…

Ово је склоп. Као што је раније описан фреквенцијски одзив на граничној фреквенцији, дБ ће бити -3дБ, без обзира на фреквенције. Претражићемо -3дБ на излазном сигналу и видети да ли је 720Хз или није. Ево фреквенцијског одзива: -

Као што видите фреквенцијски одзив (Такође се назива и Боде Плот), поставили смо курсор на -3дБ (црвена стрелица) и добили 720Хз (зелена стрелица) угао или пропусну фреквенцију.

Ако применимо сигнал од 500 Хз, тада ће бити капацитивна реактанса

Тада се Воут примењује 5В Вин на 500Хз: -

Фазни помак

Како је један кондензатор повезан са нископропусним филтером и то је сигнал наизменичне струје, фазни угао означава као φ (Пхи) на излазу -45

Ово је крива фазног помака. Поставили смо курсор на -45

Ово је нископропусни филтер другог реда. Р1 Ц1 је првог реда, а Р2 Ц2 је другог реда. Каскадно заједно формирају нископропусни филтер другог реда.

Филтер другог реда има улогу нагиба од 2 к -20дБ / деценију или -40дБ (-12дБ / октаву).

Ево криве одговора: -

Курсор показује тачку пресека -3дБ у зеленом сигналу који се налази преко првог реда (Р1 Ц1), нагиб на овом месту је претходно виђен -20дБ / Декада и црвени на коначном излазу који има нагиб -40дБ / Декада.

Формуле су: -

Добитак на ф _ц : -

Ово ће израчунати добитак нископропусног круга другог реда.

Гранична фреквенција: -

У пракси се нагиб нагиба повећава према степену додавања филтера, тачка -3дБ и фреквенција опсега пролаза се мењају од стварне израчунате вредности горе за одређени износ.

Овај утврђени износ израчунава се следећом једначином: -

Није тако добро каскадирати два пасивна филтра, јер динамичка импеданса сваког реда филтера утиче на другу мрежу у истим струјним круговима.

Апликације

Нископропусни филтер је широко коришћена кола у електроници.

Ево неколико апликација: -

Аудио пријемник и еквилајзер
Филтер камере
Осцилоскоп
Систем контроле музике и бас модулација фреквенције
Генератор функција
Напајање