Penapis lulus rendah pasif

Tutorial ini adalah mengenai Passive Low Pass Filter, istilah yang banyak digunakan dalam Elektronik. Anda akan mendengar atau menggunakan istilah 'teknikal' ini hampir setiap masa dalam pengajian atau kerjaya profesional anda. Mari kita terokai apa yang istimewa mengenai istilah teknikal ini.

Apa itu, Litar, formula, lengkung?

Mari kita mulakan dari nama. Adakah anda tahu apa itu pasif ? Apa yang rendah ? Apa yang lulus dan apa itu Penapis ? Sekiranya anda memahami makna dari empat kata tersebut " Passive Low Pass Filter ", anda akan memahami 50% dari " Passive Low Pass Filter " selebihnya dari 50% yang akan kita kaji lebih lanjut.

" Pasif " - Dalam kamus bermaksud membenarkan atau menerima apa yang berlaku atau apa yang dilakukan orang lain, tanpa tindak balas aktif.

" Low Pass Filter " - itu bermaksud melewati yang rendah, itu juga bermaksud menyekat yang tinggi. Ia berfungsi sama seperti penapis air tradisional yang ada di rumah / pejabat kita yang menyekat kekotoran dan hanya mengalirkan air bersih.

Low pass Filter lulus frekuensi rendah dan blok yang lebih tinggi. Kekerapan lulus penapis lulus rendah tradisional antara 30-300Khz (Frekuensi Rendah) dan blok di atas frekuensi itu jika digunakan dalam aplikasi Audio.

Terdapat banyak perkara yang berkaitan dengan penapis lulus rendah. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahawa ia akan menyaring perkara yang tidak diingini (isyarat) dari sinusoidal signal (AC).

Sebagai pasif bermaksud kita umumnya tidak menggunakan sumber luar pada isyarat yang disaring, ia dapat dibuat menggunakan komponen pasif, yang tidak memerlukan daya, sehingga isyarat yang ditapis tidak menguatkan pintu, amplitud isyarat output tidak akan meningkat dengan biaya apa pun.

Penapis lulus rendah dibuat menggunakan perintang dan kombinasi kapasitor (RC) untuk menyaring sehingga 100Khz tetapi selebihnya 100 KHz-300 KHz Perintang, Kapasitor dan Induktor digunakan (RLC).

Berikut adalah litar dalam gambar ini:

Ini adalah penapis RC. Secara amnya, isyarat input digunakan pada kombinasi siri resistor dan kapasitor tidak terpolarisasi. Ia adalah penapis pesanan pertama kerana hanya terdapat satu komponen reaktif dalam litar yang merupakan kapasitor. Output yang ditapis akan tersedia di seluruh kapasitor.

Apa yang sebenarnya berlaku di dalam litar cukup menarik.

Pada frekuensi rendah reaktansi kapasitor akan sangat besar daripada nilai resistor perintang. Jadi, potensi voltan isyarat merentas kapasitor akan jauh lebih besar daripada penurunan voltan di perintang.

Dalam frekuensi yang lebih tinggi akan berlaku perkara yang berlawanan. Nilai resistor resistor semakin tinggi dan disebabkan oleh itu dengan kesan reaktansi kapasitor voltan merentasi kapasitor menjadi lebih kecil.

Berikut adalah lengkung bagaimana ia kelihatan sama pada output kapasitor: -

Respons Frekuensi dan Frekuensi Cut-Off

Mari kita fahami keluk ini dengan lebih lanjut

f _c ialah frekuensi pemotongan penuras. Garis isyarat dari 0dB / 118Hz hingga 100 KHz ia hampir rata.

Formula Mengira keuntungan adalah

Keuntungan = 20log (Vout / Vin)

Sekiranya kita meletakkan nilai-nilai tersebut, kita akan melihat hasil keuntungan sehingga frekuensi pemotongan hampir 1. 1 unit keuntungan atau keuntungan 1x disebut sebagai keuntungan perpaduan.

Selepas isyarat pemotongan, tindak balas litar secara beransur-ansur menurun menjadi 0 (Zero) dan penurunan ini berlaku pada kadar -20dB / Dekad. Sekiranya kita mengira penurunan per oktaf ia akan menjadi -6dB. Dalam istilah teknikal disebut " roll-off ".

Pada frekuensi rendah, reaktansi tinggi kapasitor menghentikan pengaliran arus melalui kapasitor.

Sekiranya kita menggunakan frekuensi tinggi di atas had cut-off, reaktansi kapasitor menurun secara proporsional apabila frekuensi isyarat meningkat, menghasilkan reaktansi yang lebih rendah outputnya akan 0 sebagai kesan keadaan litar pintas di seluruh kapasitor.

Ini adalah penapis lulus rendah. Dengan memilih perintang yang betul dan kapasitor yang tepat kita dapat menghentikan frekuensi, menghadkan isyarat tanpa mempengaruhi isyarat kerana tidak ada tindak balas aktif.

Pada gambar di atas terdapat perkataan Bandwidth. Ini menandakan kepada mana keuntungan perpaduan akan digunakan dan isyarat akan disekat Oleh itu, jika ia adalah penapis lulus rendah 150 Khz maka lebar pita akan menjadi 150Khz. Selepas frekuensi lebar jalur itu, isyarat akan melemahkan dan berhenti daripada melalui litar.

Juga terdapat -3dB, itu adalah perkara penting, pada frekuensi pemotongan kita akan mendapat keuntungan -3dB di mana isyarat dilemahkan hingga 70.7% dan reaktansi dan rintangan kapasitif sama dengan R = Xc.

Apakah formula Frekuensi Potong?

f _c = 1 / 2πRC

Jadi, R adalah rintangan dan C adalah kapasitansi. Sekiranya kita meletakkan nilai kita akan mengetahui frekuensi pemotongan.

Pengiraan Voltan Keluaran

Mari lihat gambar pertama litar di mana 1 perintang dan satu kapasitor digunakan untuk membentuk saringan lulus rendah atau litar RC.

Apabila isyarat DC digunakan di seluruh litar, rintangan litar yang menimbulkan penurunan ketika arus mengalir, tetapi sekiranya isyarat AC, ia adalah impedans, yang juga diukur dalam Ohms.

Di litar RC terdapat dua perkara resistif. Salah satunya adalah rintangan dan yang lain adalah kereaktifan kapasitor kapasitor. Oleh itu, kita perlu mengukur reaktansi kapasitor kapasitor terlebih dahulu kerana ia diperlukan untuk mengira impedans litar.

Penentangan resistif pertama adalah reaktansi kapasitif, rumusnya adalah: -

Xc = 1 / 2π f _c

Keluaran formula akan berada dalam Ohms, kerana Ohms adalah unit reaktansi kapasitif, kerana itu adalah penentangan bermaksud Perlawanan.

Penentangan Kedua adalah perintang itu sendiri. Nilai perintang juga rintangan.

Oleh itu, dengan menggabungkan dua penentangan ini, kita akan mendapat rintangan total, iaitu impedans dalam rangkaian RC (input isyarat AC).

Impedance menunjukkan sebagai Z.

Penapis RC bertindak sebagai litar " pembahagi potensi pemboleh ubah yang bergantung pada frekuensi "

Voltan keluaran pembahagi ini adalah seperti berikut =

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

R1 + R2 adalah rintangan total litar dan ini sama dengan impedans.

Jadi, menggabungkan jumlah persamaan ini kita akan dapat

Dengan menyelesaikan formula di atas, kita mendapat yang terakhir: -

Vout = Vin * (Xc / Z)

Contoh dengan Pengiraan

Seperti yang kita sudah tahu apa yang sebenarnya berlaku di dalam litar dan Bagaimana mengetahui nilainya. Mari pilih nilai praktikal.

Mari dapatkan nilai paling biasa dalam perintang dan kapasitor, 4.7k dan 47nF. Kami memilih nilainya kerana tersedia secara meluas dan lebih mudah dikira. Mari lihat apakah frekuensi pemotongan dan voltan Output.

Kekerapan memotong adalah: -

Dengan menyelesaikan persamaan ini, frekuensi pemotongan adalah 720Hz.

Mari ke mana benar atau tidak…

Ini adalah litar. Seperti tindak balas frekuensi yang dijelaskan sebelumnya pada frekuensi pemotongan dB akan menjadi -3dB, Terlepas dari frekuensi. Kami akan mencari -3dB pada isyarat output dan melihat apakah itu 720Hz atau tidak. Inilah tindak balas frekuensi: -

Seperti yang anda lihat tindak balas Frekuensi (Juga disebut sebagai Bode Plot) kami menetapkan kursor pada -3dB (Panah Merah) dan mendapatkan sudut 720Hz (Panah Hijau) atau Frekuensi Lebar Jalur.

Sekiranya kita menggunakan isyarat 500Hz maka reaktans kapasitif akan

Kemudian Vout apabila digunakan 5V Vin pada 500Hz: -

Pergeseran Fasa

Oleh kerana terdapat satu kapasitor yang dikaitkan dengan penapis lulus rendah dan ia adalah isyarat AC yang ditunjukkan oleh Phase Angle sebagai φ (Phi) pada output -45

Ini adalah keluk peralihan fasa. Kami menetapkan kursor pada -45

Ini adalah Low Pass Filter pesanan kedua. R1 C1 adalah urutan pertama dan R2 C2 adalah urutan kedua. Secara berturut-turut mereka membentuk penapis low pass pesanan kedua.

Penapis pesanan kedua mempunyai peranan cerun 2 x -20dB / dekad atau -40dB (-12dB / oktaf).

Berikut adalah keluk respons: -

Kursor menunjukkan titik pemotongan -3dB dalam isyarat Hijau yang berada di urutan pertama (R1 C1), kemiringan pada ini dilihat sebelumnya -20dB / Dekad dan yang merah pada output akhir yang mempunyai kemiringan -40dB / Dekad.

Rumusannya adalah: -

Keuntungan di f _c : -

Ini akan mengira keuntungan litar lulus rendah pesanan kedua.

Kekerapan pemotongan: -

Secara praktikal, landasan roll-off meningkat mengikut penambahan peringkat saringan, titik -3dB dan frekuensi jalur lulus berubah dari nilai yang dikira sebenarnya di atas dengan jumlah yang ditentukan.

Jumlah yang ditentukan ini dikira dengan persamaan berikut: -

Ia tidak begitu baik untuk merangkaikan dua penapis pasif kerana impedans dinamik setiap susunan penapis mempengaruhi rangkaian lain dalam litar yang sama.

Permohonan

Penapis lulus rendah digunakan litar dalam elektronik.

Berikut adalah beberapa aplikasi: -

Penerima audio dan Equalizer
Penapis kamera
Osiloskop
Sistem kawalan muzik dan modulasi frekuensi Bass
Penjana Fungsi
Bekalan Kuasa