Bộ lọc có thể được định nghĩa vì nó là một loại mạch được sử dụng để định hình lại, sửa đổi và loại bỏ tất cả các tần số không mong muốn của tín hiệu. Một bộ lọc RC lý tưởng sẽ phân chia & cho phép truyền tín hiệu đầu vào (hình sin) tùy thuộc vào tần số. Nói chung, ở tần số thấp (<100 kHz) applications, passive bộ lọc được xây dựng bằng cách sử dụng các thành phần điện trở và tụ điện. Vì vậy, nó được gọi là bộ lọc RC thụ động . Tương tự, đối với tín hiệu tần số cao (> 100 kHz), các bộ lọc thụ động có thể được thiết kế với các thành phần điện trở-cuộn cảm-tụ điện. Vì vậy, các mạch này được đặt tên là thụ động Mạch RLC . Các bộ lọc này được gọi như vậy dựa trên phạm vi tần số của tín hiệu mà chúng cho phép đi qua chúng. Có ba thiết kế bộ lọc thường được sử dụng như bộ lọc thông thấp, bộ lọc thông cao và bộ lọc dải thông . Bài viết này thảo luận tổng quan về bộ lọc thông thấp.
Bộ lọc thông thấp là gì?
Các định nghĩa của bộ lọc thông thấp hoặc LPF là một loại bộ lọc được sử dụng để truyền tín hiệu có tần số thấp cũng như suy giảm ở tần số cao hơn tần số cắt ưu tiên. Các đáp ứng tần số bộ lọc thông thấp chủ yếu phụ thuộc vào Vượt qua thấp thiết kế bộ lọc . Các bộ lọc này tồn tại ở một số dạng và cung cấp loại tín hiệu mượt mà hơn. Các nhà thiết kế sẽ thường xuyên sử dụng các bộ lọc này giống như một bộ lọc nguyên mẫu với trở kháng cũng như băng thông thống nhất.
Bộ lọc ưu tiên có được từ mẫu bằng cách cân bằng trở kháng và băng thông ưu tiên, & thay đổi thành loại băng tần ưu tiên như thông thấp (LPF), thông cao (HPF) , băng thông (BPSF) hoặc dừng băng tần (BSF).
Bộ lọc thông thấp đơn hàng đầu tiên
LPF bậc nhất được hiển thị trong hình. Đây là mạch gì? Một bộ tích phân đơn giản. Lưu ý rằng bộ tích hợp là khối xây dựng cơ bản cho LPF.
Bộ lọc thông thấp đơn hàng đầu tiên
Giả định 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
Đây s = j⍵
chức năng chuyển bộ lọc thông thấp Là
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Đầu ra giảm (suy giảm) nghịch với tần số. Nếu tần số tăng gấp đôi, đầu ra là một nửa (-6 dB cho mỗi lần tăng gấp đôi tần số - 6 dB mỗi quãng tám). Đây là LPF của bậc đầu tiên và cuộn tắt ở -6 dB mỗi quãng tám.
Bộ lọc thông thấp bậc hai
Các bộ lọc thông thấp bậc hai được hiển thị trong hình.
Bộ lọc thông thấp bậc hai
Giả định 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
Đây s = j⍵
Chức năng chuyển bộ lọc thông thấp
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Giả định 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)
Do đó hàm truyền là một phương trình bậc hai.
𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Đầu ra giảm (làm suy giảm) nghịch đảo là bình phương của tần số. Nếu tần số tăng gấp đôi, đầu ra làc1 / 4. (- 12 dB cho mỗi lần tăng gấp đôi tần số hoặc - 12 dB mỗi quãng tám). Đây là một bộ lọc thông thấp bậc hai và cuộn ở mức -12 dB mỗi quãng tám.
Các biểu đồ mã bộ lọc thông thấp được hiển thị bên dưới. Nói chung, đáp ứng tần số của bộ lọc thông thấp được biểu thị với sự trợ giúp của biểu đồ Bode và bộ lọc này được phân biệt với tần số cắt của nó cũng như tốc độ cuộn tần số
Bộ lọc thông thấp sử dụng Op Amp
Op-Amps hoặc Mổ nội soi cung cấp bộ lọc thông thấp rất hiệu quả mà không cần sử dụng cuộn cảm. Vòng phản hồi của op-amp có thể được kết hợp với các phần tử cơ bản của bộ lọc, do đó, các LPF hiệu suất cao dễ dàng hình thành bằng cách sử dụng các thành phần bắt buộc ngoại trừ cuộn cảm. Các các ứng dụng của op-amp LPF được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của nguồn điện đến đầu ra của DAC (Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự) để loại bỏ tín hiệu bí danh cũng như các ứng dụng khác.
Mạch LPF hoạt động đơn hàng đầu tiên sử dụng Op-Amp
Các sơ đồ mạch của cực đơn hoặc đơn hàng đầu tiên bộ lọc thông thấp hoạt động được hiển thị bên dưới. Mạch của bộ lọc thông thấp sử dụng op-amp sử dụng một tụ điện qua điện trở hồi tiếp. Mạch này có tác dụng khi tần số tăng lên để nâng cao mức phản hồi, sau đó trở kháng phản kháng của tụ điện giảm.
Bộ lọc thông thấp bậc nhất sử dụng Op Amp
Việc tính toán bộ lọc này có thể được thực hiện bằng cách làm việc trên tần số mà điện kháng của tụ điện có thể bằng với điện trở của điện trở. Điều này có thể thu được bằng cách sử dụng công thức sau.
Xc = 1 / π f C
Trong đó 'Xc' là điện trở điện dung tính bằng ohm
‘Π’ là chữ cái chuẩn và giá trị của nó là 3,412
‘F’ là tần số (Đơn vị-Hz)
‘C’ là điện dung (Đơn vị-Farads)
Độ lợi trong dải của các mạch này có thể được tính theo cách đơn giản bằng cách loại bỏ hiệu ứng của tụ điện.
Vì các loại mạch này rất hữu ích để giảm độ lợi trong tần số cao, cũng như cung cấp tốc độ tối đa để cuộn tắt là 6 dB cho mỗi quãng tám, có nghĩa là điện áp o / p chia cho mỗi lần lặp lại tần số. Vì vậy, loại bộ lọc này được đặt tên là bộ lọc bậc nhất hoặc bộ lọc thông thấp đơn cực.
Mạch LPF hoạt động bậc hai sử dụng Op-Amp
Bằng cách sử dụng một hoạt động khuếch đại , có thể thiết kế các bộ lọc trong một phạm vi rộng với các mức khuếch đại khác nhau cũng như các mô hình cuộn. Bộ lọc này cung cấp phản hồi băng thông cũng như độ lợi hợp nhất.
Mạch LPF hoạt động bậc hai sử dụng Op-Amp
Các phép tính giá trị mạch không phức tạp đối với phản ứng của Bộ lọc thông thấp Butterworth & đạt được sự thống nhất. Giảm chấn đáng kể là cần thiết cho các mạch này và các giá trị tỷ lệ của tụ điện và điện trở kết luận điều này.
R1 = R2
C1 = C2
f = 1 - √4 π R C2
Trong khi chọn các giá trị, hãy đảm bảo rằng các giá trị của điện trở sẽ giảm trong vùng từ 10 kilo ohm đến 100 kilo-ohms. Điều này rất đáng giá vì trở kháng o / p của mạch tăng theo tần số và các giá trị bên ngoài của phần này có thể thay đổi hoạt động.
Máy tính bộ lọc thông thấp
Đối với một RC mạch lọc thông thấp , các máy tính bộ lọc thông thấp tính toán tần số giao nhau và vẽ biểu đồ Đồ thị bộ lọc thông thấp được gọi là một biểu đồ điềm báo.
Ví dụ:
Hàm truyền bộ lọc thông thấp có thể được tính bằng công thức sau nếu chúng ta biết các giá trị của điện trở và tụ điện trong mạch.
Vout (s) / Vin (s) + 1 / CR / s + 1 / CR
Tính giá trị tần số của điện trở đã cho cũng như giá trị của tụ điện
fc = 1/2 πRC
Dạng sóng LPF
Ứng dụng bộ lọc thông thấp
Các ứng dụng của bộ lọc thông thấp bao gồm những điều sau đây.
- Bộ lọc thông thấp được sử dụng trong hệ thống điện thoại để chuyển đổi tần số của âm thanh trong loa thành tín hiệu băng tần giới hạn băng tần.
- LPF được sử dụng để lọc tín hiệu tần số cao được gọi là 'nhiễu' khỏi mạch, vì tín hiệu được truyền qua bộ lọc này, khi đó phần lớn tín hiệu tần số cao bị loại bỏ cũng như có thể tạo ra tiếng ồn rõ ràng.
- Bộ lọc thông thấp trong đang xử lý hình ảnh để nâng cao hình ảnh
- Đôi khi những bộ lọc này được gọi là cắt âm bổng hoặc cắt cao do các ứng dụng trong âm thanh.
- Một bộ lọc thông thấp được sử dụng trong một mạch RC được gọi là Bộ lọc thông thấp RC .
- LPF được sử dụng như một người tích phân giống như một mạch RC
- Trong DSP đa tỷ lệ, trong khi thực hiện Bộ nội suy, LPF được sử dụng như một Bộ lọc chống hình ảnh. Tương tự như vậy, khi thực hiện một bộ giải mã bộ lọc này được sử dụng như một bộ lọc khử răng cưa.
- Các bộ lọc thông thấp được sử dụng trong các máy thu như super heterodyne để đáp ứng hiệu quả các tín hiệu băng gốc.
- Bộ lọc thông thấp được sử dụng trong các tín hiệu của các thiết bị y tế đến từ cơ thể con người trong khi thử nghiệm sử dụng các điện cực có tần số ít hơn. Vì vậy, những tín hiệu này có thể đi qua LPF để loại bỏ một số âm thanh xung quanh không mong muốn.
- Các bộ lọc này được sử dụng trong việc chuyển đổi biên độ chu kỳ nhiệm vụ cũng như phát hiện pha trong vòng bị khóa pha.
- LPF được sử dụng trong đài AM cho bộ dò diode để thay đổi tín hiệu tần số trung gian được điều chế AM thành tín hiệu âm thanh.
Vì vậy, đây là tất cả về một bộ lọc thông thấp . Việc thiết kế LPF dựa trên op-amp rất đơn giản, cũng như các thiết kế phức tạp hơn sử dụng các loại bộ lọc khác nhau. Đối với nhiều ứng dụng hơn, LPF cung cấp một hiệu suất vượt trội. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, chức năng chính của bộ lọc thông thấp là gì?
