Pasif alçak geçiren filtre

Bu eğitim, Elektronikte yaygın olarak kullanılan bir terim olan Pasif Düşük Geçiş Filtresi hakkındadır. Bu 'teknik' terimi çalışmalarınızda veya profesyonel kariyerinizde neredeyse her zaman duyacak veya kullanacaksınız. Gelin bu teknik terimle ilgili özel olanı inceleyelim.

Nedir, Devre, formüller, eğri mi?

İsimden başlayalım. Nedir biliyor musunuz pasif ? Nedir düşük ? Geçiş nedir ve Filtre nedir? O dört kelime “anlamlarını anlamak Pasif Alçak geçiren filtre ”, siz “% 50'sini anlayacaksınız Pasif Alçak geçiren filtre daha ayrıntılı inceleyeceğiz% 50” geri kalanı.

" Pasif " - Sözlükte, aktif yanıt olmadan ne olduğuna veya başkalarının yaptıklarına izin vermek veya kabul etmek anlamına gelir.

" Düşük Geçiş Filtresi " - bu, düşük olanı geçmek anlamına gelir, bu aynı zamanda yüksek olanı bloke etmek anlamına gelir. Evimizde / ofisimizde bulunan, kirleri bloke eden ve sadece temiz suyu geçiren geleneksel su filtresi ile aynı işlevi görür.

Düşük geçişli Filtre düşük frekansı geçer ve yüksek olanı bloke eder. Geleneksel bir alçak geçiren filtre 30-300Khz (Düşük Frekans) arasında değişen frekans geçirir ve Ses uygulamasında kullanılıyorsa bu frekansın üzerini engeller.

Düşük geçiş filtresi ile ilgili birçok şey vardır. Daha önce açıklandığı gibi, sinüzoidal sinyalin (AC) istenmeyen şeylerini (sinyal) filtreleyecektir.

Pasif, genellikle filtrelenmiş sinyale herhangi bir dış kaynak uygulamadığımız anlamına geldiğinden, güç gerektirmeyen pasif bileşenler kullanılarak yapılabilir, böylece filtrelenmiş sinyal geçit yükseltmez, çıkış sinyali genliği herhangi bir maliyetle artmaz..

Düşük geçiş filtreleri, 100 Khz'ye kadar filtreleme için direnç ve kapasitör kombinasyonu (RC) kullanılarak yapılır, ancak geri kalanı için 100khz-300khz Direnç, Kapasitör ve İndüktör kullanılır (RLC).

İşte bu görüntüdeki devre:

Bu bir RC filtresidir. Genel olarak bu seri direnç ve polarize olmayan kapasitör kombinasyonuna bir giriş sinyali uygulanır. Devrede kapasitör olan tek bir reaktif bileşen olduğu için birinci dereceden bir filtredir. Filtrelenen çıkış, kapasitör boyunca mevcut olacaktır.

Devrenin içinde gerçekte olan şey oldukça ilginç.

Düşük frekanslarda, kapasitörün reaktansı, dirençlerin direnç değerinden çok büyük olacaktır. Bu nedenle, sinyalin kapasitör üzerindeki voltaj potansiyeli, direnç üzerindeki voltaj düşüşünden çok daha büyük olacaktır.

Daha yüksek frekanslarda tam tersi bir şey olacaktır. Direncin direnç değeri yükselir ve buna bağlı olarak kapasitörün reaktansının etkisiyle kapasitör üzerindeki voltaj küçülür.

Kondansatörün çıkışına nasıl benzediğini gösteren eğri şöyledir: -

Frekans Tepkisi ve Kesme Frekansı

Bu eğriyi daha iyi anlayalım

f _c , filtrenin kesme frekansıdır. 0dB / 118Hz'den 100 KHz'e kadar olan sinyal hattı neredeyse düz.

Kazancı hesaplamanın formülü

Kazanç = 20log (Vout / Vin)

Bu değerleri koyarsak, kesme frekansı neredeyse 1 olana kadar kazanımın sonucunu göreceğiz. 1 birim kazanç veya 1x kazanç, birlik kazancı olarak adlandırılır.

Kesme sinyalinden sonra devrenin tepkisi kademeli olarak 0'a (Sıfır) düşer ve bu azalma -20dB / On Yıl oranında olur. Oktav başına düşüşü hesaplarsak -6dB olacaktır. Teknik terminolojide buna " roll-off " denir.

Düşük frekanslarda kapasitörün yüksek reaktansı, kapasitörden akımın akışını durdurur.

Kesme sınırının üzerinde yüksek frekanslar uygularsak, kapasitör reaktansı orantılı olarak azalır sinyal frekansı arttığında, daha düşük reaktans elde edilir, kapasitör boyunca kısa devre koşulunun etkisi olarak çıktı 0 olur.

Bu, düşük geçiş filtresidir. Uygun direnç ve uygun kapasitör seçerek frekansı durdurabilir, aktif yanıt olmadığı için sinyali etkilemeden sinyali sınırlayabiliriz.

Yukarıdaki resimde Bant Genişliği kelimesi var. Hangi birlik kazancının uygulanacağını ve sinyalin bloke edileceğini belirtir. Yani 150 Khz'lik bir düşük geçiş filtresiyse, bant genişliği 150Khz olacaktır. Bu bant genişliği frekansından sonra sinyal zayıflayacak ve devreden geçmeyi durduracaktır.

Ayrıca -3dB var, bu önemli bir şey, kesme frekansında sinyalin% 70.7'ye zayıfladığı ve kapasitif reaktans ve direncin R = Xc olduğu -3dB kazanç elde edeceğiz.

Cut-off Frequency formülü nedir?

f _c = 1 / 2πRC

Yani, R direnç ve C kapasitanstır. Değeri koyarsak kesme frekansını bileceğiz.

Çıkış Voltaj Hesabı

Bir alçak geçiren filtre veya RC devresi oluşturmak için 1 direnç ve bir kapasitörün kullanıldığı devreyi ilk görelim.

Devre boyunca DC sinyali uygulandığında, akım akarken düşüş oluşturan devrenin direncidir, ancak bir AC sinyali durumunda Ohm cinsinden de ölçülen empedansıdır.

RC devresinde iki dirençli şey vardır. Biri direnç, diğeri ise kapasitörün kapasitif reaktansıdır. Bu nedenle, devrenin empedansını hesaplamak için gerekli olacağından, önce kapasitörün kapasitif reaktansını ölçmemiz gerekir.

İlk dirençli muhalefet kapasitif tepkidir, formül şu şekildedir: -

Xc = 1 / 2π f _c

Ohm, kapasitif reaktans birimi olduğu için formülün çıktısı Ohm cinsinden olacaktır, çünkü bir muhalefet Direnç anlamına gelir.

İkinci muhalefet, direncin kendisidir. Direnç değeri de bir dirençtir.

Böylece, bu iki karşıtlığı birleştirerek, RC (AC sinyal girişi) devresindeki empedans olan toplam direnci elde edeceğiz.

Empedans Z olarak ifade edilir.

RC filtresi, " frekansa bağlı değişken potansiyel bölücü " devre görevi görür.

Bu bölücünün çıkış voltajı aşağıdaki gibidir =

Vout = Vin * (R2 / R1 + R2) R1 + R2 = R _T

R1 + R2, devrenin toplam direncidir ve bu empedans ile aynıdır.

Yani, bu toplam denklemi birleştirerek elde edeceğiz

Yukarıdaki formülü çözerek sonunu elde ederiz: -

Vout = Vin * (Xc / Z)

Hesaplamalı Örnek

Zaten devrenin içinde gerçekte neler olduğunu ve değeri nasıl bulacağımızı bildiğimiz gibi. Pratik değerleri seçelim.

Direnç ve kapasitördeki en yaygın değeri 4.7k ve 47nF alalım. Değeri, yaygın olarak mevcut olduğu ve hesaplanması daha kolay olduğu için seçtik. Bakalım kesme frekansı ve Çıkış voltajı ne olacak.

Kesme Frekansı: -

Bu denklemi çözerek kesme frekansı 720Hz'dir.

Hadi nerede doğru ya da değil…

Bu devre. Bundan önce açıklanan frekans yanıtı, kesme frekansında dB, frekanslardan bağımsız olarak -3dB olacaktır. Çıkış sinyalinde -3dB'yi arayacağız ve 720Hz olup olmadığını göreceğiz. İşte frekans tepkisi: -

Frekans cevabını görebileceğiniz gibi (Bode Plot olarak da adlandırılır) imleci -3dB'ye (Kırmızı Ok) ayarlıyoruz ve 720Hz (Yeşil Ok) köşesi veya Bant Genişliği Frekansı elde ediyoruz.

500Hz sinyali uygularsak, kapasitif reaktans

Ardından Vout, 500 Hz'de 5V Vin uygulandığında: -

Faz değişimi

Alçak geçiren filtre ile ilişkili bir kapasitör olduğundan ve bir AC sinyali olduğundan, Faz Açısı, çıkışta φ (Phi) olarak ifade eder -45

Bu, faz kayması eğrisidir. İmleci -45 olarak ayarladık

Bu, ikinci dereceden Düşük Geçişli bir Filtredir. R1 C1 birinci dereceden ve R2 C2 ikinci dereceden. Birlikte kademeli olarak ikinci dereceden bir düşük geçiş filtresi oluştururlar.

İkinci dereceden filtre, 2 x -20dB / on yıl veya -40dB (-12dB / oktav) eğim rolüne sahiptir.

İşte yanıt eğrisi: -

Birinci sıra (R1 C1) boyunca Yeşil sinyalde -3dB kesme noktasını gösteren imleç, buradaki eğim daha önce -20dB / Decade görülmüş ve son çıkışta -40dB / eğime sahip kırmızı olanı görülmüştür. Onyıl.

Formüller şunlardır: -

F _c'de kazanç: -

Bu, ikinci dereceden düşük geçiş devresinin kazancını hesaplayacaktır.

Kesme frekansı: -

Pratikte, filtre ekleme aşamasına göre yuvarlanma eğimi artar, -3dB noktası ve geçiş bandı frekansı, yukarıdaki gerçek hesaplanan değerinden belirli bir miktarda değişir.

Belirlenen bu miktar aşağıdaki denklem ile hesaplanır: -

Her filtre sırasının dinamik empedansı aynı devrede diğer ağı etkilediğinden, iki pasif filtreyi basamaklamak o kadar iyi değildir.

Başvurular

Alçak geçiren filtre elektronikte yaygın olarak kullanılan bir devredir.

İşte birkaç uygulama: -

Ses alıcısı ve Ekolayzer
Kamera filtresi
Osiloskop
Müzik kontrol sistemi ve Bas frekans modülasyonu
Fonksiyon üreticisi
Güç kaynağı