Penapis Pi

Penapis biasanya digunakan dalam elektronik kuasa dan audio untuk menolak frekuensi yang tidak diingini. Terdapat banyak jenis penapis yang digunakan dalam reka bentuk litar elektronik berdasarkan aplikasi tetapi konsep yang mendasari semuanya adalah sama, iaitu untuk menghilangkan isyarat yang tidak diingini. Semua penapis ini boleh dikategorikan kepada dua jenis - Penapis aktif dan penapis pasif. Penapis aktif menggunakan satu atau lebih komponen aktif dengan komponen pasif lain sementara penapis pasif dibuat hanya menggunakan komponen pasif. Kami telah membincangkan secara terperinci mengenai penapis ini:

• Penapis Lulus Tinggi Aktif
• Penapis Lulus Rendah Aktif
• Penapis Lulus Tinggi Pasif
• Penapis Pas Rendah Pasif
• Penapis Jalur Lebar
• Penapis Harmonik

Dalam tutorial ini, kita mempelajari jenis penapis baru yang disebut Pi Filter, yang sangat biasa digunakan dalam reka bentuk litar bekalan kuasa. Kami telah menggunakan Pi-Filter dalam beberapa reka bentuk bekalan kuasa kami sebelumnya seperti litar SMPS 5V 2A dan Litar SMPS 12V 1A ini. Oleh itu, mari kita perincikan apakah penapis ini dan bagaimana merancangnya.

Penapis Pi

Penapis Pi adalah jenis penapis pasif yang terdiri terutamanya daripada tiga komponen selain daripada penapis pasif dua elemen tradisional. Susunan pembinaan semua komponen membentuk bentuk huruf Yunani Pi (π), dengan itu nama Pi bahagian Filter.

Sebilangan besar, penapis Pi digunakan untuk aplikasi penapis Lulus rendah, tetapi konfigurasi lain juga mungkin. Komponen utama penapis Pi adalah kapasitor dan induktor menjadikannya penapis LC. Dalam aplikasi penapis lulus rendah, penapis Pi juga disebut penapis input Kapasitor karena kapasitor tetap melintasi sisi input dalam konfigurasi lulus rendah.

Penapis Pi sebagai Penapis Lulus Rendah

Penapis Pi adalah penapis hantaran rendah yang sangat jauh lebih berbeza daripada penapis LC Pi tradisional . Apabila penapis Pi dirancang untuk hantaran rendah, output tetap stabil dengan faktor k-pemalar.

Yang reka bentuk penapis lulus rendah menggunakan konfigurasi Pi adalah agak mudah. The litar Pi Pilih terdiri daripada dua kapasitor disambung secara selari diikuti dengan pengaruh dalam siri membentuk bentuk Pi seperti yang ditunjukkan dalam imej di bawah

Seperti yang dapat dilihat pada gambar di atas, terdiri dari dua kapasitor yang dihubungkan ke tanah dengan induktor siri di antara. Oleh kerana ini adalah saringan lulus rendah, ia menghasilkan impedans tinggi pada frekuensi tinggi dan impedans rendah pada frekuensi rendah. Oleh itu, ia biasanya digunakan dalam saluran penghantaran untuk menyekat frekuensi tinggi yang tidak diingini.

Pembinaan dan nilai komponen dari pengiraan penapis Pi dapat diperoleh dari persamaan di bawah ini untuk merancang Penapis Pi untuk aplikasi anda.

Frekuensi pemotongan (fc) = 1 / ᴫ (LC) ^1/2 Nilai Kapasitans adalah (C) = 1 / Z _0ᴫfc Nilai induktansi (L1) = Z ₀ / ᴫfc Di mana, Z ₀ adalah ciri impedans dalam ohms dan fc adalah frekuensi terputus.

Penapis Pi sebagai Penapis Lulus Tinggi

Sama seperti penapis lulus rendah, penapis pi juga dapat dikonfigurasi sebagai penapis lulus tinggi. Dalam kes sedemikian, penapis menyekat frekuensi rendah dan membiarkan frekuensi tinggi berlalu. Ia juga dibuat menggunakan dua jenis komponen pasif, dua induktor, dan satu kapasitor.

Dalam konfigurasi lulus rendah saringan dirancang kerana dua kapasitor selari dengan induktor di antara, tetapi dalam konfigurasi lulus tinggi, kedudukan dan kuantiti komponen pasif menjadi sebaliknya. Daripada induktor tunggal, di sini dua induktor berasingan digunakan dengan kapasitor tunggal.

Gambar litar Pi Filter di atas menunjukkan filter dalam konfigurasi lulus tinggi, dan belum lagi pembinaannya juga kelihatan seperti simbol Pi. Pembinaan dan nilai komponen penapis Pi dapat diperoleh dari persamaan di bawah -

Frekuensi pemotongan (fc) = 1 / 4ᴫ (LC) ^1/2 Nilai kapasitans adalah (C) = 1 / _{4Z 0ᴫfc} Nilai impedans (L1) = Z ₀ / 4ᴫfc Di mana, Z ₀ adalah ciri impedans dalam ohms dan fc adalah frekuensi terputus.

Kelebihan Penapis Pi

Voltan keluaran tinggi Voltan

keluaran di penapis pi agak tinggi menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang paling berkaitan dengan kuasa di mana penapis DC voltan tinggi diperlukan.

Faktor riak rendah

Dikonfigurasi sebagai saringan lulus rendah Dalam tujuan penyaringan DC, penapis Pi adalah penapis yang cekap, untuk menyaring riak AC yang tidak diinginkan yang berasal dari penyearah jambatan. Kapasitor memberikan impedans rendah dalam AC tetapi rintangan tinggi di DC kerana kesan kapasitansi dan reaktans. Oleh kerana impedans rendah ini merentasi AC, kapasitor pertama penapis Pi memintas riak AC yang datang dari penyearah jambatan. Riak AC yang dipintas masuk ke induktor. Induktor menentang perubahan aliran arus dan menyekat riak AC yang selanjutnya ditapis oleh kapasitor kedua. Penapisan pelbagai peringkat ini membantu menghasilkan output DC halus riak yang sangat rendah di penapis Pi.

Mudah dirancang dalam aplikasi RF

Dalam persekitaran RF terkawal, di mana transmisi frekuensi yang lebih tinggi diperlukan, misalnya dalam jalur GHz, penapis Pi Frekuensi Tinggi mudah dan fleksibel untuk dibuat dalam PCB hanya dengan jejak PCB. Penapis Pi frekuensi tinggi juga memberikan imuniti lonjakan lebih banyak daripada penapis berasaskan silikon. Sebagai contoh, cip silikon mempunyai had kapasiti tahan voltan, sedangkan penapis pi yang dibuat menggunakan komponen pasif mempunyai kekebalan yang jauh lebih tinggi dari segi lonjakan dan persekitaran industri yang keras.

Kekurangan Penapis Pi

Nilai Induktor Watt Yang Lebih Tinggi

Selain reka bentuk RF, pengambilan arus tinggi melalui penapis Pi tidak digalakkan kerana arus harus mengalir melalui Induktor. Sekiranya arus beban ini agak tinggi, maka watt Induktor juga meningkat menjadikannya besar dan mahal. Juga, arus tinggi melalui induktor meningkatkan pelesapan daya melintasi induktor yang mengakibatkan kecekapan yang buruk.

Kapasitor Input bernilai tinggi

Masalah utama lain dari penapis Pi ialah nilai kapasitansi input yang besar. Penapis Pi memerlukan kapasitansi tinggi di seluruh input yang menjadi cabaran dalam aplikasi yang kekurangan ruang. Juga, kapasitor bernilai tinggi meningkatkan kos reka bentuk.

Penapis Pi Peraturan Tegangan Buruk tidak sesuai di mana arus beban tidak stabil dan sentiasa berubah. Penapis Pi memberikan peraturan voltan yang buruk apabila arus beban banyak. Dalam aplikasi seperti itu disarankan penapis dengan bahagian L.

Aplikasi Penapis Pi

Penukar Kuasa

Seperti yang telah dibincangkan, penapis Pi adalah penapis DC yang sangat baik untuk menekan riak AC. Oleh kerana tingkah laku ini, penapis Pi digunakan secara meluas dalam reka bentuk Power Elektronik seperti penukar AC-DC, penukar frekuensi, dan lain-lain. Walau bagaimanapun, dalam Power Electronics Pi Filters digunakan sebagai Penapis Lulus Rendah dan kami sudah merancang Litar Bekalan Kuasa Penapis Pi, untuk Reka bentuk SMPS 12V 1A kami seperti gambar di bawah.

Secara amnya, penapis Pi dihubungkan secara langsung dengan penyearah jambatan dan output penapis Pi disebut sebagai DC Voltan Tinggi. Voltan Tinggi keluaran DC digunakan untuk litar pemacu bekalan kuasa untuk operasi selanjutnya.

Pembinaan ini, dari diod penerus Bridge hingga pemandu mempunyai operasi yang berbeza dengan kerja Pi-Filter. Pertama, penapis Pi ini menyediakan DC yang lancar untuk operasi bebas riak litar pemacu keseluruhan yang menghasilkan riak keluaran rendah dari output akhir bekalan kuasa, dan yang lain adalah untuk mengasingkan saluran utama dari frekuensi beralih tinggi di seluruh litar pemandu.

Penapis talian yang dibina dengan betul dapat memberikan penapisan mod biasa (Penapis yang menolak isyarat bunyi seolah-olah konduktor tunggal bebas) dan penapisan mod pembezaan (membezakan dua bunyi frekuensi beralih, terutamanya bunyi frekuensi tinggi yang dapat ditambahkan ke saluran utama) dalam bekalan kuasa di mana penapis Pi adalah komponen penting. Penapis pi juga disebut sebagai penapis Power Line jika digunakan dalam Aplikasi Elektronik Daya.

Aplikasi RF

Dalam aplikasi RF, penapis Pi digunakan dalam operasi yang berbeza dan konfigurasi yang berbeza. Sebagai contoh, dalam aplikasi RF, pencocokan impedansi adalah faktor yang besar dan penapis Pi digunakan untuk memadankan impedans di seluruh Antena RF dan sebelum penguat RF. Namun, dalam kes maksimum di mana frekuensi yang sangat tinggi, seperti di jalur GHz digunakan, penapis Pi digunakan di saluran transmisi isyarat dan dirancang hanya menggunakan jejak PCB.

Gambar di atas menunjukkan penapis berdasarkan jejak PCB di mana jejak itu menghasilkan induktansi dan kapasitansi dalam aplikasi frekuensi yang sangat tinggi. Selain saluran transmisi, filter Pi juga digunakan dalam perangkat komunikasi RF, di mana modulasi dan demodulasi berlangsung. Penapis Pi dirancang untuk frekuensi yang disasarkan untuk mendemodulasi isyarat setelah menerima di bahagian penerima. Penapis Pi lulus tinggi juga digunakan untuk memintas frekuensi tinggi yang disasarkan ke tahap penguat atau transmisi.

Petua Reka Bentuk Pi-Filter

Untuk merancang penapis Pi yang betul, diperlukan untuk mengimbangi taktik reka bentuk PCB yang betul untuk operasi tanpa masalah, petua ini disenaraikan di bawah.

Dalam Elektronik Kuasa

• Jejak tebal diperlukan dalam susun atur penapis Pi.
• Mengasingkan penapis Pi dari unit bekalan kuasa adalah mustahak.
• Jarak antara kapasitor input, induktor, dan kapasitor output perlu ditutup.
• Pesawat Ground dari kapasitor output perlu disambungkan secara langsung ke litar pemandu melalui satah ground yang betul.
• Sekiranya reka bentuknya terdiri daripada garis bising (Seperti garis pengesan voltan tinggi untuk pemandu) yang perlu disambungkan merentasi DC voltan tinggi, diperlukan untuk menyambung jejak sebelum kapasitor output akhir penapis Pi. Ini meningkatkan imuniti bunyi dan suntikan bunyi yang tidak diingini di litar pemandu.

Dalam Litar RF

• Pemilihan komponen adalah kriteria utama untuk aplikasi RF. Toleransi komponen memainkan peranan utama.
• Peningkatan kecil dalam jejak PCB dapat menyebabkan induktansi dalam litar. Penjagaan yang betul harus diambil untuk pemilihan induktor dengan mempertimbangkan induktansi jejak PCB. Reka bentuk harus dibuat dengan menggunakan taktik yang betul untuk mengurangkan induktansi sesat.
• Kapasitansi sesat diperlukan untuk diminimumkan.
• Penempatan tertutup diperlukan.
• Kabel sepaksi sesuai untuk input dan output dalam aplikasi RF.