Фильтр низких частот: Что такое фильтр нижних частот? Руководство по основам пассивных RC фильтров

Содержание

RC-фильтры

Фильтры — это схемы, которые пропускают без затухания (ослабления) определенную полосу частот и подавляют все остальные частоты. Частота, на которой начинается подавление, называется частотой среза fс (рис.28.1).

Рис. 28.1. Частотная характеристика фильтра нижних (а) и верхних (б) частот.

 

Влияние фильтра на прямоугольный сигнал

Как уже говорилось в гл. 3, прямоугольный сигнал представляет собой сложное колебание, состоящее из основной гармоники и бесконечного ко­личества нечетных гармоник. Низкочастотные составляющие формируют основание и плоскую вершину импульса, а высокочастотные — его фронт и срез.

Когда прямоугольный сигнал проходит через фильтр, его форма иска­жается. Фильтр нижних частот (ФНЧ) будет искажать главным образом Фронты и срезы, делая их менее крутыми и скругляя углы, как показано на рис. 28.7(б). ФНЧ оказывает на прямоугольный сигнал такое же Действие, как усилители с недостаточной шириной полосы пропускания. Фильтр верхних частот (ФВЧ), наоборот, искажает плоскую вершину и снование прямоугольного сигнала (рис. 28.5(б)).

RC- фильтры

Простейшим среди фильтров является RC-фильтр. Принцип его работы основан на том, что при изменении частоты реактивное сопротивление конденсатора изменяется обратно пропорционально частоте, а сопроти­вление резистора остается неизменным. На схеме рис. 28.2 конденсатор соединен последовательно с резистором. При подаче на вход такого фильтра низкочастотного сигнала реактивное сопротивление конденсатора С будет гораздо больше, чем сопротивление резистора R. В результате паде­ние напряжения Vc на конденсаторе будет большим, а на резисторе Vrмалым. При подаче на вход этого фильтра высокочастотного сигнала картина будет обратная: Vc будет малым, а Vr большим. Если теперь представить эту схему, как на рис. 28.3(б), где падение напряжения на конденсаторе является выходным, то в выходном сигнале будут преоб­ладать НЧ-составляющие, а высокочастотные будут сильно ослаблять­ся. Другими словами, мы получили фильтр нижних частот. И наоборот, если выходное напряжение снимать с резистора (рис. 28.3(а)), то получим фильтр верхних частот. Значения

R и С определяют частоту среза фильтра.

Дифференциатор

Дифференциатор — это фильтр верхних частот. Если на вход диф­ференциатора подать последовательность прямоугольных импульсов, то на выходе будут получаться высокочастотные всплески, или «пички». На рис. 28.4 изображен RC-дифференциатор. Конденсатор С беспре­пятственно пропускает ВЧ-составляющие входного сигнала, образующие фронт импульса АВ, а затем начинает заряжаться до 10 В.

Если постоянная времени (произведение RC) мала в сравнении с пе­риодом входных импульсов, конденсатор успеет полностью зарядиться до 10 В, прежде чем придет следующая ВЧ-составляющая импульса — срез CD (рис. 28.5(а)). Когда конденсатор полностью зарядится, ток пре­кращается и падение напряжения на резисторе, т. е. на выходе, равно нулю. Срез CD представляет собой перепад напряжения 10 В и состоит из                 ВЧ-компонент. Поэтому он свободно пройдет через конденсатор и напряжение на выходе скачком упадет до –10 В. После этого конденсатор начнет перезаряжаться до –10 В, и, если постоянная времени мала, он успеет полностью зарядиться до этого напряжения. При этом выходное напряжение спадет до нуля и будет оставаться таким до прихода следую­щего фронта и т. д. Если постоянная времени больше, чем период входных импульсов, то выходной сигнал будет иметь форму, как на рис. 28.5(б).

 

Рис. 28.4. RC-дифференциатор.

Рис. 28.5. Сигнал на выходе дифференциатора,

изображенного на рис. 28.4, при малой (а) и большой (б) по­стоянной времени.

Интегрирующая RC-цепъ

Интегрирующая RC-цепь (интегратор) является фильтром нижних час­тот (ФНЧ) и при подаче на его вход прямоугольного сигнала выдает на вы­ходе сигнал треугольной (пилообразной) формы.

На рис. 28.6 изображен RC-интегратор. При подаче на его вход фронта прямоугольного импуль­са (рис. 28.7) конденсатор начинает заряжаться до напряжения +10 В. Еслизадать постоянную времени RC, большую в сравнении с периодом входного сигнала, то срез CD импульса поступит прежде, чем конденсатор успеет полностью зарядиться (рис. 28.7(а)). После этого конденсатор начинает заряжаться в обратном направлении. И опять в связи с большой постоянной времени фронт FE следующего импульса придет прежде, чем конденсатор успеет полностью зарядиться в отрицательном направлении и т.д. В результате на выходе получается сигнал треугольной формы, амплитуда которого меньше, чем амплитуда входного сигнала.

Если постоянная времени мала в сравнении с периодом входного сиг­нала, то выходной сигнал будет иметь вид, как на рис. 28.7(б). Обратите внимание, что и в интеграторе, и в дифференциаторе постоянная времени всегда сравнивается с периодом входного сигнала. Например, постоян­ная времени 100 мкс является большой по сравнению с периодом, ска­жем, 5 мкс (частота входного сигнала 200 кГц), но малой в сравнении с периодом 5 мс (частота входного сигнала 200 Гц).

 

Влияние RC-цети на синусоидальный сигнал

Синусоидальный сигнал является простым гармоническим колебанием и не содержит высших гармоник, поэтому при подаче такого сигнала на фильтр любого типа его форма не изменяется. Амплитуда выходного синусоидального сигнала может уменьшиться в зависимости от того, на­ходится его частота в пределах полосы пропускания или нет. В первом случае синусоидальный сигнал претерпевает очень малое затухание, во втором случае затухание может быть очень большим.

Воздействие RC-цепи на пилообразный сигнал

Интегратор скругляет острые кромки пилообразного сигнала (рис. 28.8). Степень скругления определяется постоянной времени схемы. При очень большой постоянной времени выходной сигнал будет иметь вид, как на рис.28.8(б).

 

Рис. 28.8. Влияние интегрирующей цепочки

на форму пилообразного на­пряжения.

Рис. 28.9. Влияние дифференциру­ющей цепочки

на форму пилообраз­ного напряжения.

На рис. 28.9 показано воздействие дифференциатора на сигнал пило­образной формы. При очень малой постоянной времени выходной сигнал получается в виде импульсов (пичков) (рис. 28.9(б)).

В этом видео рассказывается о полосовых фильтрах:

Добавить комментарий

1.19. RC-фильтры

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Полное и реактивное сопротивление



Благодаря тому что импеданс конденсатора, равный Zc = -j/ωС, зависит от частоты, с помощью конденсаторов и резисторов можно строить частотно-зависимые делители напряжения, которые будут пропускать только сигналы нужной частоты, а все остальные подавлять. В этом разделе вы познакомитесь с примерами простейших RС-фильтров, к которым мы будем неоднократно обращаться в дальнейшем. В гл. 5 описаны более сложные фильтры.

Рис. 1.52. Фильтр высоких частот.

Фильтры высоких частот. На рис. 1.52 показан делитель напряжения, состоящий из конденсатора и резистора. Согласно закону Ома для комплексных величин,

I = Uвх/Zполн = Uвх/R - (j/ωC) = Uвх[R + j/ωC)]/R2 + 1/ω2C2.

(Окончательный результат получек после умножения числителя и знаменателя на комплексное число, сопряженное знаменателю.) Итак, напряжение на резисторе R равно

Uвых = IZR = IR = Uвх[R + (j/ωС)R]/R2+1/ω2C2.

Чаще всего нас интересует не фаза, а амплитуда Uвых:

Uвых = (UвыхUвых*)1/2 = UвхR/[R2 + (1/ω2C2)]1/2.

Сравните полученный результат с выражением для резистивного делителя:

Uвых = UвхR1/(R1 + R2).

Векторное представление импеданса RС - цепи (рис. 1.53) показано на рис. 1.54.

Рис. 1.53.

Рис. 1.54.

Итак, если не принимать во внимание сдвиг фаз, а рассматривать только модули комплексных амплитуд, то «отклик» схемы будет определяться следующим образом:

Uвых = UвхR/[R2 + (1/ω2C2)]1/2 = Uвх2πƒRC/[1 + (2πƒRC)]1/2.

График этой зависимости представлен на рис. 1.55. Такой же результат мы бы получили, если бы определили отношение модулей импедансов как в упражнении 1.17 и в примере перед этим упражнением; числитель представляет собой модуль импеданса нижнего плеча делителя R, а знаменатель - модуль импеданса последовательного соединения R и С.

Рис. 1.55. Частотная характеристика фильтра высоких частот.

Как вы видите, на высоких частотах выходное напряжение приблизительно равно входному (ω > 1/RC), а на низких частотах выходное напряжение уменьшается до нуля. Мы пришли к важному результату, запомните его. Подобная схема, по понятным причинам, называется фильтром высоких частот. На практике ее используют очень широко. Например, в осциллографе предусмотрена возможность связи по переменному току между исследуемой схемой и входом осциллографа. Эта связь обеспечивается с помощью фильтра высоких частот, имеющего перегиб характеристики в области 10 Гц (связь по переменному току используют для того, чтобы рассмотреть небольшой сигнал на фоне большого напряжения постоянного тока). Инженеры часто пользуются понятием «точки излома» -3 дБ для фильтра (или любой другой схемы, которая ведет себя как фильтр)! В случае простого RC - фильтра высоких частот точка излома -3 дБ определяется выражением:

ƒ3дб = 1/2πRC.

Обратите внимание, что конденсатор не пропускает ток (ƒ = 0). Самый распространенный пример использования конденсатора-это использование его в качестве блокирующего конденсатора постоянного тока. Если возникает необходимость обеспечить связь между усилителями, то почти всегда прибегают к помощи конденсатора. Например, у любого усилителя звуковой частоты высокого класса все входы имеют емкостную связь, так как заранее не известно, какой уровень постоянного тока будут иметь входные сигналы. Для обеспечения связи необходимо подобрать R и С таким образом, чтобы все нужные частоты (в данном случае 20 Гц - 20 кГц) поступали на вход без потерь (без деления на входе).

Рис. 1.56. а - Изменение реактивного сопротивления индуктивностей и конденсаторов в зависимости от частоты. Все декады одинаковы и отличаются лишь масштабом. б - Увеличенное изображение одной декады из графика А. график построен для стандартных компонентов, имеющих точность 20%.

В качестве примера рассмотрим фильтр, показанный на рис. 1.57. Это фильтр высоких частот с точкой перегиба 3 дБ на частоте 15,9 кГц. Импеданс нагрузки, подключаемой к фильтру, должен быть значительно больше 1 кОм. иначе нагрузка будет искажать выходное напряжение фильтра. Источник сигнала должен обеспечивать возможность подключения нагрузки 1 кОм без значительной аттенюапии (потери амплитуды сигнала), иначе фильтр будет искажать выход источника сигнала.

Рис. 1.57. Рис. 1.58. Фильтр низких частот.

Фильтры низких частот. Если поменять местами R и С (рис. 1.58), то фильтр будет вести себя противоположным образом в отношении частоты. Можно показать, что Uвых = [1/1 + ω2R2С2)1/2] Uвх. График этой зависимости представлен на рис. 1.59. Такой фильтр называют фильтром низких частот. Точка -3 дБ на характеристике фильтра находится на частоте ƒ = 1/2πRC. Фильтры низких частот находят очень широкое применение. Например, их используют для устранения влияния близлежащих радио - и телевизионных станций (550 кГц - 800 МГц), на работу усилителей звуковых частот и других чувствительных электронных приборов.


Рис. 1.59 Частотная характеристика фильтра низких частот.

Упражнение 1.21. Докажите справедливость выражения для выходного напряжения фильтра низких частот.

Выход фильтра низких частот можно рассматривать в качестве самостоятельного источника сигналов. При использовании идеального источника напряжения переменного тока (с нулевым импедансом) фильтр со стороны выхода низких частот имеет сопротивление R (при расчетах полных сопротивлений идеальный источник сигналов можно заменить коротким замыканием, т.е. его нулевым импедансом для малого сигнала). В выходном импедансе фильтра преобладает емкостная составляюшая. и на высоких частотах он становится равным нулю. Для входного сигнала фильтр представляет собой нагрузку, состоящую на низких частотах из сопротивления R и сопротивления нагрузки, а на высоких частотах - нагрузку, равную просто сопротивлению R.

Рис. 1.60. Фазочастотная и амплитудно-частотная характеристики фильтра низких частот, изображенные в логарифмическом масштабе. В точке 3 дБ фазовый сдвиг составляет 45° и в пределах декады изменения частоты лежит в пределах 6° от асимптотическою значения.

На рис. 1.60 изображена также частотная характеристика фильтра низких частот, но в более общепринятом виде для вертикальной и горизонтальной осей использован логарифмический масштаб. Можно считать, что по вертикальной оси откладываются децибелы, а по горизонтальной - октавы (или декады). На таком графике равные расстояния соответствуют равным отношениям величин. В виде графика изображен также фазовый сдвиг, при этом для вертикальной оси (градусы) использован линейный масштаб, а для оси частот-логарифмический. Такой график удобен для анализа частотной характеристики даже в случае значительной аттенюации (справа): целый ряд таких графиков представлен в гл. 5, посвященной изучению активных фильтров. Отметим, что при значительной аттенюации изображенная на графике кривая вырождается в прямую линию с наклоном -20 дБ/декада (инженеры предпочитают выражение « -6 дБ/октава»). Отметим также, что фазовый сдвиг плавно изменяется от 0° (на частотах ниже точки перегиба) до 90° (на частотах существенно выше точки перегиба), а в точке -3 дБ составляет 45°. Практическое правило для односекционных RС - фильтров говорит о том. что фазовый сдвиг составляет ≈6° от асимптот в точках 0.1ƒ3дБ и 10ƒ3дБ.

Упражнение 1.22. Докажите последнее утверждение.

Возникает интересный вопрос: можно ли сделать фильтр с какой-либо другой заданной амплитудной характеристикой и какой-либо другой заданной фазовой характеристикой. Пусть вас это не удивляет, но ответить можно только отрицательно - нельзя. Фазовая и амплитудная характеристики для всех возможных фильтров подчиняются законам причинной связи (т.е. характеристика является следствием определенных свойств, но не их причиной).

Частотные характеристики дифференцирующих и интегрирующих RС - цепей. Схема дифференцирующей RС - цепи, которую мы рассмотрели в разд. 1.14, имеет такой же вид, как и схема фильтра высоких частот, приведенная в настоящем разделе. Чем же считать такую схему, зависит от того, что вас больше интересует: преобразование сигналов во времени или частотная характеристика. Полученное ранее временное условие правильной работы схемы (Uвых « Uвх) можно сформулировать иначе, применительно к частотной характеристике: для того чтобы выходной сигнал был небольшим по сравнению с входным, частота должна быть значительно ниже, чем в точке -3 дБ. В этом легко убедиться. Допустим, что входной сигнал равен Uвх = sinωt. Воспользуемся уравнением, которое мы получили ранее для выхода дифференциатора:

Uвх = RC d/dt sinωt = ωRCcosωt.

Отсюда Uвых « Uвх, если ωRC « 1, т.е. RC « 1/ω. Если входной сигнал содержит некоторый диапазон частот, то условие должно выполняться для самых высоких частот входного диапазона.

Схема интегрирующей RC - цепи (разд. 1.15) имеет такой же вид, как и схема фильтра низких частот: аналогично в хорошем интеграторе самые низкие частоты входного сигнала должны существенно превышать частоту в точке -ЗдБ.

Индуктивности и конденсаторы. Индуктивности, также как и конденсаторы, в сочетании с резисторами образуют схемы фильтров низких (или высоких) частот. Однако на практике RL - фильтры низких и высоких частот встречаются редко. Это связано с тем, что индуктивности более громоздки и дороги, а работают хуже, чем конденсаторы (их характеристики более существенно отличаются от идеальных). Если есть возможность выбора, то предпочтение лучше отдать конденсатору. Исключением из этой общей рекомендации являются ферритовые бусины (маленькие торроидальные сердечники) и дроссели в высокочастотных схемах. Несколько бусин нанизывают на провод, благодаря этому соединение, выполненное с помощью провода, становится в некоторой степени индуктивным; импеданс на высоких частотах увеличивается и предотвращает «колебания» в схеме, при этом в отличие от RС - фильтра активное сопротивление схемы не увеличивается. Радиочастотный дроссель - это катушка, состоящая из нескольких витков провода и ферритового сердечника и используемая с той же целью в радиочастотных схемах.


Диоды и диодные схемы


фильтр низких частот и большой конденсатор?

Краткий ответ:

Один конденсатор хорош для подачи энергии, когда потребление энергии MCU быстро меняется. Фильтр RC используется для блокировки нежелательных высокочастотных сигналов.

Лоонг ответ:

Две разные схемы используются для разных целей. Как вы сказали, напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно.

Я уверен, что вы это знаете

  1. MCU требует минимального напряжения для работы
  2. MCU требует различного количества энергии во время работы

Поскольку мощность равна напряжению * ток (P = VI), а напряжение должно быть постоянным, то любое изменение мощности проявляется как изменение тока.

Для гипотетического дизайна с регулятором напряжения и MCU:

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Скажем, мы удаляем C2:

смоделировать эту схему

(Извините за изменяющиеся схемы, я не создал учетную запись для этого сайта схемы, и мне нужно продолжать перерисовывать его)

Если бы регулятор напряжения, который подает питание на MCU, был безупречен и не было паразитной индуктивности или сопротивления трассировки, MCU потреблял бы различную величину тока, и регулятор не уменьшал бы и не повышал свое напряжение. К сожалению, в реальном мире печатная плата выглядит примерно так:

смоделировать эту схему

(Быстрое примечание: в этом контексте индуктор можно рассматривать как резистор на высокой частоте)

Из-за паразитной индуктивности от платы, сопротивления трассировки и того факта, что регуляторы не могут реагировать на потребление тока, изменяются мгновенно, напряжение будет падать и повышаться, когда MCU потребляет больше или меньше тока соответственно.

В качестве ссылки здесь приведен график из таблицы данных LM7805.

ST 7805

Это показывает конечное время отклика регулируемого выходного напряжения LM7805 (треугольник опускается и выпирает в нижней строке) по мере увеличения и уменьшения нагрузки. Если бы регулятор был безупречен, то «Отклонение напряжения» не пошло бы вверх или вниз при относительно быстром увеличении или уменьшении тока.

Я понимаю, что сначала пускать катушки индуктивности может быть немного сложно, поэтому для простоты вы можете заменить индуктор в приведенной выше схеме резистором и добавить два резистора вместе, и у вас есть резистор между регулятором и MCU. Это плохо, потому что V = IR, и чем больше ток потребляет MCU, тем больше будет падение напряжения на резисторе. (Я объясню больше о том, что эти резисторы делают ниже, когда я говорю о RC-фильтрах.

Вернуться к оригинальному дизайну. Обходной конденсатор установлен как можно ближе к MCU, чтобы все индуктивности и сопротивления, обнаруженные на печатной плате, и тот факт, что регулятор не может реагировать мгновенно, не влияют на уровень напряжения на MCU.

Для вашей второй (RC) цепи

смоделировать эту схему

Причина, по которой резистор не следует добавлять для обхода MCU, заключается в том, что напряжение на резисторе относительно тока, протекающего через него. Это важно, потому что если MCU работает при 5 В и потребляет ток 10 мА (работает без каких-либо действий), то на этом резисторе наблюдается падение напряжения:

R * 10 мА = Vdrop

Таким образом, если у вас есть резистор 50 Ом, вы бы упали на 0,5 В, это может привести к сбросу MCU.

Фильтр нижних частот, такой как RC-фильтр, который вы там создали, не годится для подачи питания, но полезен для фильтрации высокочастотных составляющих сигнала.

Это отлично подходит для сигналов, которые считываются с АЦП, потому что АЦП может производить выборку только с определенной частотой, поэтому, если сигнал изменяется со скоростью, большей чем высокочастотные сигналы (на самом деле половина скорости по теореме Найквиста ) будет отображаться как случайный шум, поэтому его лучше удалить с помощью фильтра RC.

В качестве примера скажем, что у вас есть АЦП, который производит выборку со скоростью 10 кГц

и вы хотите прочитать аналоговый датчик, который изменяется только с частотой 1 кГц, тогда вы можете настроить свой RC-фильтр для фильтрации сигналов с частотой более 5 кГц (вы, вероятно, не хотите начинать фильтрацию с частотой 1 кГц, поскольку RC-фильтр имеет небольшой величина затухания ниже частоты, на которой он предназначен для фильтрации.

Таким образом, для разработки RC-фильтра вы можете использовать резистор:

330 Ом и емкость 0,1 мкФ

Вот отличный калькулятор, если вам нужно решить эту проблему для любых других частот:

Удивительный калькулятор RC

Я надеюсь, что я остался в теме достаточно, чтобы ответить на ваш вопрос.

Фильтры RC. Частота среза. Расчёт онлайн.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) - электрическая цепь, эффективно пропускающая частотный спектр сигнала ниже определённой частоты, называемой частотой среза, и подавляющая сигнал выше этой частоты.

Фильтр высших частот (ФВЧ) - электрическая цепь, эффективно пропускающая частотный спектр сигнала выше частоты среза, и подавляющая сигнал ниже этой частоты.

Рассмотрим в качестве фильтра простейшую цепь RC, принцип работы которой основан на зависимости реактивного сопротивления конденсатора от частоты сигнала.

Если к источнику переменного синусоидального напряжения U частотой f подключить последовательно резистор сопротивлением R и конденсатор ёмкостью C, падение напряжения на каждом из элементов можно вычислить исходя из коэффициента деления с импедансом Z.

Импеданс - комплексное (полное) сопротивление цепи для гармонического сигнала.
Z² = R² + X² ;    Z = √(R² + X²) , где Х - реактивное сопротивление.

Тогда на выводах резистора напряжение UR будет составлять:

XC – реактивное сопротивление конденсатора, равное 1/2πfC

При равенстве R = XC на частоте f, выражение упростится сокращением R и примет вид:

Следовательно, на частоте f равенство активного и реактивного сопротивлений цепочки RC обеспечит одинаковую амплитуду переменного синусоидального напряжения на каждом из элементов в √2 раз меньше входного напряжения, что составляет приблизительно 0.7 от его значения.
В этом случае частота f определится исходя из сопротивления R и ёмкости С выражением:

τ - постоянная времени цепи RC равна произведению RC

Повышение частоты уменьшит реактивное сопротивление конденсатора и падение напряжение на нём, тогда напряжение на выводах резистора возрастёт. Соответственно, понижение частоты увеличит напряжение на конденсаторе и уменьшит на резисторе.

Зависимость амплитуды переменного напряжения от его частоты называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ).

Если рассмотреть АЧХ напряжения на выводах конденсатора или резистора в RC цепи, можно наблюдать на частоте f = 1/(2π τ) спад уровня до значения 0.7, что соответствует -3db по логарифмической шкале.

Следовательно, цепь RC может быть использована как фильтр нижних частот (ФНЧ) - красная линия на рисунке, или фильтр высших частот (ФВЧ) - синяя линия.

Ниже представлены схемы включения RC-цепочек в качестве фильтров соответственно ФНЧ и ФВЧ.

            

Частоту f = 1/(2π τ) называют граничной частотой fгр или частотой среза fср фильтра.

Частоту среза фильтра можно посчитать с помощью онлайн калькулятора

Достаточно вписать значения и кликнуть мышкой в таблице.
При переключении множителей автоматически происходит пересчёт результата.

Пост. времени τ RC и частота среза RC-фильтра
τ = RC ;   fср = 1/(2πτ)


Похожие страницы с расчётами:

Расчёт импеданса.
Расчёт резонансной частоты колебательного контура.
Расчёт компенсации реактивной мощности.


Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Расчёт пассивных RC фильтров. Онлайн калькулятор.

А не фильтрануть ли нам широким махом входной сигнал на предмет подавления помехи относительно единичного уровня на требуемой частоте, в заданное число раз отличающейся от границы полосы пропускания?
А как насчёт расчёта активных полиномиальных фильтров второго порядка на звеньях Рауха, Сален-Ки и биквадратного звена?
А кривую изменения реактивного сопротивления ёмкости в зависимости от частоты - не изобразить ли?

"Хватит умничать, пальцем покажи!", - предвижу я законное роптание посетителя, впавшего в соблазн от заголовка страницы.

И действительно. Здесь мне не тут! Базар надо фильтровать, а не безобразия нарушать!

Итак, приступим.
Для начала мы рассмотрим активные и пассивные ФНЧ, ФВЧ, ПФ без использования катушек индуктивности.

Определимся с терминологией.

- Фильтр нижних частот (ФНЧ) представляет собой устройство, которое пропускает сигналы низких частот и задерживает сигналы высоких частот.
- Фильтр верхних частот (ФВЧ) соответственно пропускает сигналы высоких частот и задерживает сигналы низких.
- Полосовой фильтр (ПФ) пропускает сигналы в некоторой полосе частот и подавляет сигналы и на низких частотах, и на высоких.
- Полоса пропускания определяется как диапазон частот, в котором АЧХ фильтра не выходит за пределы заданной неравномерности (обычно - 3дБ).
- Частотой среза фильтра называют частоту, ослабление сигнала на которой достигает -3дБ по логарифмической шкале, или 1/√2 ≈ 0. 71 по линейной.
- Неравномерность АЧХ в полосе пропускания - размер флуктуации АЧХ от пика до пика в полосе пропускания.
- Крутизна частотной характеристики фильтра – скорость спада АЧХ в полосе подавления (дБ/октаву или дБ/декаду).

А начнём мы с простейших RC фильтров первого порядка. Слева фильтр нижних частот (ФНЧ), справа фильтр верхних частот (ФВЧ).

Рис.1

Крутизна спада АЧХ таких фильтров в полосе подавления - 6 дБ/октаву.
Частота среза рассчитывается по формуле: &nbsp

Теперь надо определиться - из каких соображений выбирать номиналы R и С.
Ёмкость посчитается нашей табличкой, а к выбору сопротивления резистора, для достижения заявленной крутизны, надо подойти со всей ответственностью. Номинал этого резистора должен быть на порядок больше выходного импеданса предыдущего каскада и на порядок меньше входного сопротивления последующего.

РИСУЕМ ТАБЛИЧКУ ДЛЯ ФИЛЬТРОВ ПЕРВОГО ПОРЯДКА

ТЕПЕРЬ ТО ЖЕ САМОЕ С ДРУГИМИ ВВОДНЫМИ


Для получения простейшего полосового фильтра первого порядка, нужно последовательно соединить ФНЧ и ФВЧ с Рис. 1, не забывая, что значение сопротивления R второго фильтра должно быть на порядок (в 10 раз) выше сопротивления первого.

Важно понимать, что хорошей крутизны спада АЧХ от таких простейших фильтров добиться не удастся. Тут нам прямая дорога к активным фильтрам, или к фильтрам на LC цепях.

Именно активные фильтры мы и рассмотрим на следующей странице.

 

Фильтр низких частот | Микросхема

Как можете видеть, уважаемые радиолюбители, в комментариях к схемам усилителей звуковой частоты очень часто проскакивают вопросы новичков такого характера: «посоветуйте, как сделать фильтр низких частот для этого усилителя?»

На такие вопросы приходится отвечать, обычно, типовыми фразами или отсылкой к имеющимся схемам, за что, конечно же, прошу прощения. У нас на сайте есть достаточное количество схем, чтобы можно было без труда собрать качественный ФНЧ для использования с любым усилителем мощности. Приведу ссылки на простые и, в то же время, довольно кондиционные фильтры низких частот:

Неплохие результаты показывают наипростейшие фильтры низких частот: схемы в комментариях к статье.

Однако сегодня мы с вами будем собирать достаточно эффективный фильтр низких частот для сабвуфера.

Всем известно, что акустический спектр расположен в диапазоне 20…20 000 Гц. 20 Гц – это достаточно низкая частота. Вообще, на низких частотах ухудшается восприятие направленности звука или, скажем так, его локализация. Здесь я немного поясню. На частотах ниже 150 Гц разделение звукового сигнала по каналам не имеет смысла. Акустические системы, оснащённые сабвуфером, имеют, как правило, конфигурации 2.1, 5.1, 7.1. Сабвуфер в них один. В сабвуферном канале идёт смешение всех других каналов и срез частот от 20 Гц (не всегда) до какой-то верхней частоты (100, 130, 150 Гц).

Для качественного воспроизведения звукового тракта выделение низких частот в отдельный канал обязательно. В качестве удачного решения я предлагаю такую схему ФНЧ, ограничивающего частоту акустического спектра в районе 20 - 100 Гц.

На схеме можно видеть два каскада, каждый из которых собран на операционном усилителе. В качестве активного элемента в схеме применяется сдвоенный операционный усилитель типа TL082, TL062, NE5532.

Первый ОУ служит для смешения каналов и усиления входного сигнала (предусиления). Уровень выходного сигнала, снимаемого с первого операционника, зависит от сопротивления переменного резистора R3 номиналом 47 кОм.

На втором ОУ собран непосредственно сам фильтр среза. Частота среза зависит от номиналов деталей обвязки данного операционного усилителя. Частоту можно регулировать в достаточно широких пределах: от 30 Гц до 150 Гц. Регулировать частоту среза можно сдвоенным переменным резистором R5, R7 номиналом 22 кОм.

Перечень радиодеталей, используемых в фильтре низких частот:

  • R1 = 39 кОм
  • R2 = 39 кОм
  • R3 = 47 кОм
  • R4 = 10 Ом
  • R5 = 22 кОм
  • R6 = 4,7 кОм
  • R7 = 22 кОм
  • R8 = 4,7 кОм
  • R9 = 10 Ом
  • R10 = 220 Ом
  • C1 = 39 пФ
  • C2 = 0. 1 мкФ
  • C3 = 0.1 мкФ
  • C4 = 0.2 мкФ
  • C5 = 0.4 мкФ
  • C6 = 0.1 мкФ
  • C7 = 0.1 мкФ
  • IC1 = TL062

Схема очень чувствительна к качеству радиодеталей, особенно к конденсаторам. Их допуск должен быть не более 5%. Проверить работоспособность фильтра можно с помощью звукового генератора. В итоге получается универсальный ФНЧ для сабвуферного канала практически для любой акустической системы.

Топология печатной платы и расположение радиодеталей на ней:

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: акустика, предусилитель, сабвуфер, фильтр НЧ

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Активные фильтры к сабвуферам
Кроссовер для сабвуфера

что такое Low-Pass фильтр и как им пользоваться

Фильтры низких частот — простые инструменты с огромным влиянием на общее звучание микса. При правильном использовании Low-Pass фильтр превращает сырые исходники в отполированные треки, а плоские звуки — в глубокие и богатые сигналы. Вместе с тем бесконтрольная фильтрация низких частот вымывает из композиции яркость, создавая мутную и мямлющую картину.

Продолжая серию материалов об эквализации, редакция SAMESOUND.RU приводит адаптированный перевод заметки из блога компании iZotope, посвящённой возможностям низкочастотных фильтров. Из этого текста вы узнаете, что такое Low-Pass фильтры, а также посмотрите на несколько вариантов использования фильтра, которые доказывают, что их возможности значительно шире обычного ограничения сигнала.


Что такое Low-Pass фильтр

Low-Pass фильтр, низкочастотный пропускной фильтр или фильтр низких частот (ФНЧ) — инструмент, отрезающий все высокие частоты после определённой отметки, называемой частотой среза (точка обрезки). Во время работы фильтр устраняет всё, что выходит за выбранную точку обрезки, но не затрагивает сигнал ниже.

Low-Pass фильтр — один из самых простых, но вместе с тем действенных и даже деструктивных методов использования эквалайзера. С его помощью звукорежиссёр может оставить в сигнале только низкие частоты до определённой отметки — фильтр отсечёт все, что живёт выше выбранной точки.

Фильтр — простейший инструмент, управляемый только параметром частоты среза, однако его влияние на звучание микса велико.

Основное предназначение низкочастотных фильтров — ограничить высокочастотный контент, который не нужен миксу. Для настройки параметров работы используется всего лишь один параметр — точка обрезки, задающий конкретную границу спектра, после которой происходит отсечение частот. К примеру, применив низкочастотную фильтрацию к бас-бочке и выбрав точку обрезки в районе 5 кГц, мы можем устранить весь частотный контент выше заданной отметки. Чаще всего низкочастотным фильтром устраняют шумы и различные высокочастотные наводки, незначительные артефакты, а также убирают лишний верх у синтезаторов, ударных, вокала и других инструментов.

Как низкочастотная фильтрация влияет на сигнал

Как и в случае с другими инструментами, используемыми при сведении музыки, Low-Pass фильтр нужно применять осторожно (особенно, если вы новичок). Главное здесь — вовремя остановиться и не зафильтровать всё напрочь.

Чтобы оценить влияние низкочастотного фильтра на сигнал, проведём небольшой эксперимент. Поместите фильтр на мастер-канал DAW и установите достаточно высокую частоту обрезки — 10 кГц или выше. По мере понижения точки фильтрации микс постепенно превратится в низкочастотное мутное месиво (особенно явно потеря верха проявится, если обрезка перевалит ниже 7 кГц). Теперь постепенно повысим точку фильтрации (двигайте фильтр вправо, выше по спектру). Повышение порога срабатывания фильтра постепенно вернёт миксу яркость и полноту звука.

Такой пример отлично демонстрирует деструктивную суть фильтрации — перестараетесь, и музыка перестанет быть музыкой.

Конечно, вряд ли кто-то в здравом уме будет так активно использовать фильтр на основном выходе проекта. Так или иначе, но при работе с отдельными дорожками ситуация практически не отличается от нашего эксперимента — сильные ограничения убивают полноту и естественность звука.

Даже при аккуратной работе с фильтром его деструктивная природа может привести к смерти микса от нехватки высоких частот. Человеческий слух более восприимчив к средним и высоким частотам, во время сведения чувствительность ушей быстро снижается. Так как работа в студии обычно связана с постоянным прослушиванием микса в течение длительного времени, звукорежиссёры и музыканты подвержены риску не заметить, что Low-Pass фильтр отрезал лишнее. Как только в миксе активнее появляются высокие частоты, слух воспринимает их как слишком резкие звуки и стремится «задавить» их куда подальше, а то и вырезать напрочь. В итоге уставшие уши не слышат реальную звуковую картину, что приводит к появлению искалеченных миксов с частотным дисбалансом.

Чтобы понять важность аккуратной фильтрации, послушайте пример ниже. Синтезаторный бас звучит вместе с барабанным лупом и разными настройками фильтра низких частот.

  1. Эксперимент с низкочастотной фильтрацией 0:30

В первой части аудиофайла частота среза слишком высока — бас звучит очень ярко и в отрыве от ударных. Во второй части примера фильтрация менее активна, бас звучит округло и плотно, но потерял резкость оригинального сигнала. В третьей части мы слышим сбалансированное звучание: бас звучит округло, не мешает ударным, но и не лишён нужной яркости.

Как использовать Low-Pass фильтр при сведении музыки

Самое частое применение фильтра — обрезка высоких частот. Благодаря этому сигнал становится чище, а в верхнем диапазоне частот микса появляется дополнительное пространство для инструментов. Тем не менее возможности низкочастотного фильтра не ограничиваются простой чисткой спектра, ведь фильтр может работать не только как корректирующий, но и как креативный инструмент обработки.

Устранение немузыкальных элементов

Как гул и мутность, мешающие частотам в нижнем низе прорваться через микс, шипящие и резкие звуки в районе 10 кГц отвлекают внимание от более важной высокочастотной информации в других точках частотного спектра. В зависимости от инструмента, различные немузыкальные звуки могут жить ниже 10 кГц.

Использование фильтра низких частот для устранения шума из сигнала баса

На скриншоте выше мы видим басовую линию с активированным эквалайзером Neutron. В этом конкретном случае интерес вызывает то, что происходит ниже 2 кГц. Обратите внимание на шумы, попавшие в сигнал во время записи — их наличие делает сигнал баса излишне активным в общем миксе. Когда мы повышаем громкость баса, существование таких помех становится критичным: шум усиливается вместе с сигналом и даже маскирует за собой другие инструменты.

Слушателю незачем слышать шум, ему не нужно знать, откуда он взялся и что вообще присутствует в сигнале. Задача звукорежиссера в том, чтобы скрыть подобный контент от ушей посторонних и переключить внимание людей на то, что реально важно — звук баса. Здесь-то и нужен Low-Pass фильтр: наведя точку обрезки на место, где шум исчезает, мы скроем его в миксе. Главное не отфильтровать лишнего, иначе сигнал баса исказится и потеряет в естественности.

При фильтрации всегда соблюдайте баланс. Фильтр должен отрезать лишнее, но не изменить сам сигнал.

Придание глубины

Глубина микса — важный фактор качественной записи. Благодаря ей мы можем почувствовать, что инструменты на переднем и заднем плане звуковой картины находятся на разном расстоянии. Обычно на переднем плане оставляют голос и вокал, ударные и гитары. На задний план отодвигают перкуссию, пэды и клавишные.

Мы привыкли, что в повседневной жизни объекты, находящиеся далеко от нас, звучат более тихо и менее ярко. Когда мы идём по улице, то двигатели и сигналы автомобилей звучат достаточно глухо. Несмотря на то, что в звуке двигателя преобладают низкие частоты, а в сигнале клаксона — высокие, когда мы находимся на некотором удалении от этих источников звука сигналы сливаются между собой в единую глухую картинку.

Какими бы высокими не был звуки, по мере удаления от слушателя они обязательно сливаются в единую монолитную массу. Вспомните, как обычно звучит шумная улица, когда вы находитесь где-то далеко — все звуки неразборчивы и звучат единым фронтом.

Этот принцип работает и при сведении музыки. Фильтруя верхний верх и снижая уровень инструментов, мы отодвигаем их на задний план микса.

Положение инструмента в миксе можно автоматизировать. Для этого достаточно активировать на дорожке Low-Pass фильтр и запрограммировать его так, чтобы в нужные моменты микса (например, в припеве) он отодвигал точку обрезки и выдвигал сигнал вперёд. Затем фильтр можно вернуть обратно, чтобы инструмент снова переехал на задний план. Благодаря автоматизации, о которой мы подробно рассказывали здесь, фильтр превращается из ограничивающего в креативный инструмент.

Устранение сталкивающихся частот у инструментов со схожим звучанием

Фильтрация полезна при создании пространства для разных сигналов. С помощью Low-Pass фильтра звукорежиссёр может выборочно удалить высокие частоты, чтобы дать больше свободы звучащим высоко инструментам.

Представим, что в вашем проекте присутствует множество слоев вокала и ярких синтезаторов. Из-за того, что вокал и синтезаторы живут в одних и тех же (или очень близких) частотных диапазонах, их звук становится зажатым — сигналам попросту тесно вместе. В попытках исправить эту ситуацию начинающие звукорежиссеры обычно усиливают верхний верх у вокала так, чтобы он выделился на фоне остальных сигналов. Ход логичный, но неправильный: проблема тесноты только усиливается, микс становится ярким до боли в ушах .

На деле же решение значительно проще: отфильтровать частоты в районе верхнего верха в тех сигналах, которым они не нужны. По итогам фильтрации мы получим вместо излишне накаченного энергией звука более аккуратный и отполированный саунд. Посмотрите на свои синтезаторы: если тело их звука присутствует только в среднем диапазоне, отсеките верх — так вы освободите место вокалу. Яркий звук снейра (с характерным хрустящим призвуком) также может мешать вокалу, поэтому лёгкое «помутнение» звука точно пойдет на пользу миксу.

Мы постоянно слышим советы усилить в миксе то или это. Но не менее важен другой совет: в первую очередь думайте не об усилении, а о том, что можно ослабить или вовсе убрать в миксе.

Выявить частотный дисбаланс помогает модуль Tonal Balance Control, входящий в iZotope Neutron и Ozone. Для пущей простоты сравните свой микс с референс-треком, чтобы понять, где наблюдается перекос по частотам в вашем треке. При сравнении синими областями модуль показывает расхождение вашего микса с референс-треком: синие области — количество частот в вашем миксе, белые линии — уровень частот в референс-треке.

Модуль Tonal Balance Control от iZotope. Синие регионы — количество частотных диапазонов в миксе, белые линии — количество частот в референс-треке.

Если средние и высокие частоты выходят за верхнюю границу области, яркие элементы микса нужно откатить назад — отфильтровать сильнее. Если же эти частоты выходят за нижнюю границу или находятся около неё, то фильтрацию нужно ослабить — слишком активное ограничение не нужно.

Создание баланса между основным и бэк-вокалом

Чем больше вокальных дорожек в проекте, тем активнее частоты накладываются друг на друга и тем тяжелее что-либо разобрать в миксе. Пожалуй, самым мощным столкновением частот становится борьба добра со злом — основного и бэк-вокала.

Бэк-вокал всегда работает фоном и не должен конкурировать с основной вокальной партией за внимание слушателя. Чтобы освободить место основному вокалу, отфильтруйте Low-Pass фильтром бэк-вокал так, чтобы он стал похож на тень ведущего голоса. Скорее всего понадобится сделать ещё несколько подрезок в спектре, чтобы гармонично склеить две дорожки (это тема для отдельной статьи, которую мы обязательно напишем).

Если сбалансировать основной и бэк-вокал никак не получается, действуйте методом «от противного» — уменьшите количество вокальных дорожек в проекте. Слишком много однотипных треков с легкостью разрушает баланс микса, нарушает динамику и уменьшает доступный запас хедрума. Поэтому перед фильтрацией в первую очередь оцените, насколько вам нужно десять бэк-вокальных линий — правило «меньше — лучше» никто не отменял.

Выделение частот

Итак, мы знаем, что Low-Pass фильтр применяется для устранения частот. Тем не менее ему по силам не только устранять частоты, но и усиливать их в определённых границах. Благодаря этому можно аккуратно приручить инструменты в миксе, улучшив не только общую картину, но и подчеркнув интересные стороны их звучания.

Допустим, в сигнале присутствуют интересные верхние обертона, которые звучат слишком тихо. Поместив Low-Pass фильтр на дорожке и настроив точку обрезки на место, где обертона теряют энергию, мы можем без лишних проблем усилить их небольшим подъёмом. Активное задирание фильтра здесь не к чему: переусердствуете — середина станет звучать картонно, верх обязательно зашипит.

Усиление в районе обрезки

Чтобы избежать картонности и шипения, полагайтесь на буст широкой области частот вместо узкого точечного усиления. Широкий подъём усилит сигнал более естественно, а также минимизирует возможные искажения сигнала.

Тот же самый приём можно провести на другом конце спектра с помощью High-Pass фильтра. В этом случае речь идёт о подчеркивании гармоник и обертонов в низких частотах.

ЗакладкиКоллекция

Реклама на SAMESOUND

Что необходимо знать инженеру-электронику о пассивных фильтрах нижних частот - Блог о пассивных компонентах

Источник: статья In Compliance, статья

руководства по электронике.

В электронике используется много различных типов фильтров. Эти типы фильтров включают низкочастотный, высокочастотный, полосовой, полосовой (подавление полосы; режектор) или всепроходный. Они либо активны, либо пассивны.

В области электромагнитной совместимости цель фильтра состоит в том, чтобы установить путь с низким импедансом для РЧ тока, чтобы вернуться к локальному источнику энергии, и / или обеспечить высокий импеданс для предотвращения протекания РЧ-токов по кабелю. .Эти так называемые фильтры электромагнитных помех часто используются вместе с надлежащим экранированием для обеспечения соответствия требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС) для электрических / электронных продуктов. Несомненно, наиболее полезным типом фильтра, используемым в работе с ЭМС, является пассивный фильтр нижних частот.

Пассивные фильтры состоят из пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, и не имеют усилительных элементов (транзисторов, операционных усилителей и т. Д.), Поэтому не имеют усиления сигнала, поэтому их выходной уровень всегда меньше входного.

Фильтры названы так в соответствии с частотным диапазоном сигналов, которые они позволяют проходить через них, блокируя или «ослабляя» остальные. Наиболее часто используемые конструкции фильтров (см. Также рис. 1):

  • Фильтр нижних частот - фильтр нижних частот пропускает только низкочастотные сигналы от 0 Гц до его частоты среза, точка c пропускается, блокируя любые более высокие.
  • Фильтр верхних частот - фильтр верхних частот пропускает только высокочастотные сигналы от его частоты среза, ƒc и выше до бесконечности, блокируя при этом любые более низкие.
  • Полосовой фильтр - полосовой фильтр позволяет сигналам, попадающим в определенную полосу частот между двумя точками, проходить, блокируя при этом как нижние, так и верхние частоты по обе стороны от этой полосы частот.
  • Полосовой ограничивающий фильтр - полосовой ограничивающий фильтр является обратным полосовым фильтрам и позволяет сигналам проходить как нижние, так и верхние частоты по обе стороны от полосы частот блокировки.

Простые пассивные фильтры первого порядка (1-го порядка) могут быть изготовлены путем последовательного соединения одного резистора и одного конденсатора через входной сигнал (V IN ) с выходом фильтра (V OUT ). ), снятого с места соединения этих двух компонентов (см. рис.2. для примера фильтра нижних частот первого порядка).

В зависимости от того, каким образом мы подключаем резистор и конденсатор относительно выходного сигнала, определяется тип конструкции фильтра, в результате чего получается либо фильтр низких частот, либо фильтр высоких частот.

Поскольку функция любого фильтра состоит в том, чтобы позволить сигналам данной полосы частот проходить без изменений, ослабляя или ослабляя все остальные, которые не нужны, мы можем определить характеристики амплитудной характеристики идеального фильтра, используя идеальную кривую частотной характеристики четыре основных типа фильтров, как показано.

Кривые идеального отклика фильтра

Рис.1. кривые идеального отклика фильтра; Источник: Электронные учебные пособия

Фильтры можно разделить на два различных типа: активные фильтры и пассивные фильтры. Активные фильтры содержат усилительные устройства для увеличения мощности сигнала, а пассивные не содержат усилительных устройств для усиления сигнала. Поскольку в конструкции пассивного фильтра есть два пассивных компонента, выходной сигнал имеет меньшую амплитуду, чем соответствующий входной сигнал, поэтому пассивные RC-фильтры ослабляют сигнал и имеют коэффициент усиления менее единицы (единицы).

Фильтр нижних частот может представлять собой комбинацию емкости, индуктивности или сопротивления, предназначенную для получения высокого затухания выше указанной частоты и небольшого затухания или отсутствия затухания ниже этой частоты. Частота, с которой происходит переход, называется «граничной» или «угловой» частотой.

Простейшие фильтры нижних частот состоят из резистора и конденсатора, но более сложные фильтры нижних частот имеют комбинацию последовательных катушек индуктивности и параллельных конденсаторов. В этом уроке мы рассмотрим простейший тип - пассивный двухкомпонентный RC-фильтр нижних частот.

Пассивный фильтр нижних частот

Фильтр нижних частот - это схема, которая может быть разработана для изменения, изменения формы или отклонения всех нежелательных высоких частот электрического сигнала и приема или передачи только тех сигналов, которые необходимы разработчику схемы. Другими словами, они «отфильтровывают» нежелательные сигналы, и идеальный фильтр будет отделять и пропускать синусоидальные входные сигналы в зависимости от их частоты. В низкочастотных приложениях (до 100 кГц) пассивные фильтры обычно создаются с использованием простых цепей RC (резистор-конденсатор), тогда как фильтры более высоких частот (выше 100 кГц) обычно изготавливаются из компонентов RLC (резистор-индуктор-конденсатор).

Рис.2. Схема RLC фильтра нижних частот первого порядка, источник: wikipedia

RC фильтр нижних частот

Фильтр нижних частот - это фильтр, который позволяет сигналам с частотой ниже определенной частоты среза проходить через него и подавляет все сигналы с частотами, превышающими частоту среза. Самый основной тип фильтра нижних частот называется RC-фильтром или фильтром L-типа из-за его формы, с резистивным элементом в сигнальной линии и конденсатором, размещенным от линии к шасси, эти два элемента схемы образуют форму перевернутого L.

В RC-фильтре нижних частот частота среза возникает при резонансе, где емкостное реактивное сопротивление (Xc) равно сопротивлению (Xc = 1 / 2πfC или 1 / wC, w = 2πf). Иногда резистор не требуется, и всего лишь один конденсатор, помещенный поперек линии к опорной земле без установленного резистора, может быть всем, что требуется для подавления любого нежелательного шума. Устройство, которое представляет схему с высоким импедансом переменного тока и в то же время не влияет на качество сигнала, может использоваться в ситуациях, когда недопустимо падение напряжения на последовательном резисторе.Это устройство называется ферритовой бусиной. Помимо ограничения частоты, ферриты также могут легко насыщаться, когда в цепи присутствует слишком большой постоянный ток. Ферриты неэффективны, если они насыщены, и если постоянный ток слишком высок, использование феррита в качестве элемента в нижнем проходе может быть неприемлемым. Кроме того, в зависимости от того, насколько высок импеданс источника или нагрузки, требующей фильтрации, ферриты могут не работать, потому что они считаются низкоомными и не будут работать, если импеданс цепи выше, чем их импеданс.

Базовые топологии фильтров

Помимо пассивного фильтра L-типа, существует еще пара других базовых конфигураций фильтра. Эти многоэлементные фильтры полезны в ситуациях, когда задействованный диапазон частот слишком велик и невозможно полностью ослабить однокомпонентный фильтр, или сигнал слишком высок по амплитуде и один фильтрующий элемент не обеспечивает достаточного ослабления. Добавление второй реактивной составляющей увеличит спад до 12 дБ / октаву или 40 дБ / декаду.Эти типы фильтров называются по-разному, например, двухполюсные, двухступенчатые, двухэлементные фильтры или фильтры второго порядка. Фильтры с тремя реактивными составляющими обеспечат ослабление 18 дБ на октаву или 60 дБ на декаду. Четыре фильтра реактивных компонентов обеспечат ослабление на 24 дБ / октаву или 80 дБ / декаду и так далее.

Кроме того, используются фильтры различной формы в зависимости от полного сопротивления источника и нагрузки цепи, требующей фильтрации. Эти различные типы используются для рассогласования импеданса между входным и выходным сопротивлениями источника схемы и нагрузки, а также входными и выходными сопротивлениями фильтров.Как и фильтр L-типа, эти два других типа названы в честь их визуальных форм на принципиальных схемах. Первый - это π-фильтр, а второй - фильтр нижних частот с Т-образным фильтром.

Π Фильтр

Фильтр нижних частот π выглядит как греческая буква π. В нем есть конденсатор из линии, которая должна быть отфильтрована для возврата, последовательно включенный элемент (резистор, катушка индуктивности или феррит), а затем еще один конденсатор из линии, который должен быть отфильтрован и возвращен.

T Фильтр

Фильтр нижних частот T выглядит как буква T.Он имеет внутрисхемный элемент (резистор, катушку индуктивности или феррит), установленный на линии, подлежащей фильтрации, линию с установленным конденсатором для возврата, а затем другой внутрисхемный элемент (резистор, катушку индуктивности или феррит).

Несоответствие импеданса

Как было сказано ранее, при выборе правильной конфигурации фильтра (L, π или T) необходимо учитывать полное сопротивление как источника, так и нагрузки. Если вы пытаетесь установить в схему фильтр нижних частот, чтобы подавить нежелательные излучения и определить, что это не решает проблему, обязательно проверьте наличие несоответствия импеданса.Последовательный компонент с высоким импедансом должен быть обращен к низкоомному (то есть конденсатору), и наоборот. Вы можете спросить себя: «Что считается низким импедансом, а что - высоким?» Как правило, импедансы менее 100 Ом считаются низкими, а импедансы более 100 Ом - высокими.

Выбор частоты среза (fco)

Важно также убедиться, что добавление импеданса фильтра к цепи, в свою очередь, не создает проблемы целостности сигнала.Чтобы этого не произошло, обязательно выберите частоту среза для фильтра, которая также не ослабляет намеченные сигналы, используемые в схеме. Чтобы предотвратить возникновение этой проблемы, постарайтесь поддерживать как минимум 5-ю гармонику намеченного сигнала (идеальным вариантом является 10-я гармоника).

Шумовые токи в дифференциальном (DM) и синфазном (CM) режимах

Сигнальные токи

DM - это те противофазные токи, которые передают намеченные данные, тогда как сигнальные токи CM синфазны, не доставляют никаких ценных данных вообще.Хотя они намного ниже по амплитуде, чем токи DM, токи CM являются основными причинами нормативных проблем с испытаниями излучаемых и кондуктивных помех.

В идеальном мире сигналы DM перемещаются по одной стороне дорожки цепи, а равный и противоположный сигнал DM перемещается обратно по другой стороне дорожки. Чтобы предотвратить преобразование DM в CM, компоновка печатной платы должна быть идеальной и не должно быть разрывов цепи. Это гарантирует полное отключение сигналов DM и отсутствие тока CM.

Если требуется подавление шума DM, то можно использовать конденсаторы на исходящей и обратной линиях и / или катушку индуктивности последовательно с отходящей или обратной линией. Это называется фильтрацией DM. Если установка DM-фильтра не решает проблему шума, тогда источником излучения может быть CM-шум.

Сигналы

CM - это сигналы, которые существуют как на исходящих, так и на обратных дорожках цепи. Поскольку они синфазны, они не отменяют друг друга, а достаточно существенно складываются, чтобы вызвать проблемы с электромагнитными помехами.Поскольку шум CM присутствует между фазой и землей. CM-фильтрация часто включает размещение конденсаторов на каждой сигнальной линии относительно заземления. а иногда также использование в цепи катушки индуктивности CM. Любые катушки индуктивности CM, помещенные в схему, действуют только на присутствующие сигналы CM, они не влияют на сигналы DM. Если установка фильтра CM не решает проблему шума, тогда источником излучения может быть шум DM.

Паразиты

При попытке использовать фильтр нижних частот для подавления электромагнитных помех необходимо также учитывать неидеальное поведение компонентов, составляющих фильтр.Фактические компоненты пассивного фильтра, такие как конденсатор, также содержат некоторую индуктивность, а индуктор содержит некоторую емкость. Эти паразитные элементы конденсаторов и катушек индуктивности ограничивают их полезную полосу пропускания. Например, реактивное сопротивление конденсатора уменьшается до тех пор, пока оно не достигнет собственной резонансной частоты при увеличении частоты. Выше точки собственной резонансной частоты конденсатор становится индуктивным и действует как индуктор из-за паразитной индуктивности, обнаруженной в его металлических пластинах. Похожая ситуация происходит с индукторами.Эти паразитные эффекты сильнее проявляются в конденсаторах и катушках индуктивности с выводами, чем в конденсаторах и индукторах с поверхностным монтажом (SMT), которые почти не имеют длины выводов.

Вопросы по планировке и размещению

Правильная компоновка и размещение могут стать решающим фактором при попытке эффективно использовать пассивные фильтры нижних частот для подавления электромагнитных помех. Длина дорожек, превышающая необходимую, добавляет дополнительную индуктивность и импеданс, которые снижают эффективность фильтра, подобно тому, как это происходит, как описано выше в отношении паразитов.Поэтому очень важно, чтобы соединения были короткими. Это означает размещение компонентов фильтра как можно ближе к фильтруемой цепи и не упускать из виду длину обратного сигнала. Размещение фильтра в каком-то неясном месте вдали от источника нежелательного сигнала не является идеальным в большинстве ситуаций.

В дополнение к сохранению коротких соединений, следите за трассой или прокладкой проводов, которая допускает слишком сильную емкостную и индуктивную связь с другим зашумленным сигналом или трассами. Чтобы предотвратить возникновение этой проблемы перекрестных помех, разместите компоненты фильтра прямо у входного разъема (ввод / вывод и входы питания).Размещение фильтра глубже в цепи или системе просто напрашивается на неприятности. Когда надлежащее разделение не поддерживается, секции ввода и вывода пропускаются, и фильтр больше не работает. Как и в случае с множеством проблем, возникающих при проектировании ЭМС и устранении неисправностей, не полагайтесь на землю как на конечный путь с нулевым сопротивлением и приемник шума. Намного лучше понять путь прохождения тока и уменьшить площадь контура.

Заключение

Фильтры нижних частот являются наиболее широко используемым типом фильтров в работе с электромагнитной совместимостью.Существует несколько различных конфигураций на выбор в зависимости от нескольких факторов, включая частоту предполагаемых сигналов, полное сопротивление источника и нагрузки, а также источники синфазного или дифференциального шума, присутствующие в цепи. Факторы, которые делают фильтры нижних частот неэффективными, включают неидеальное поведение пассивных компонентов, паразитные элементы схемы, слишком большой постоянный ток, присутствующий в схемах, в которых используются ферриты, использование фильтра со слишком низкой частотой среза, тем самым сильно ослабляя полезные сигналы. , а также плохая планировка и размещение.

Более подробную информацию о различных типах фильтров можно найти в Руководствах по электронике или в других ссылках, перечисленных ниже.

Показанное изображение: частотная характеристика фильтра нижних частот 1-го порядка; Источник кредита: Учебники по электронике

Список литературы

  1. Archambeault, Дизайн печатной платы для реального контроля электромагнитных помех, Kluwer Academic Publishers, 2002 г.
  2. Френзель-младший, «Руководители систем электронных коммуникаций», четвертое издание, McGraw-Hill, 2016 г.
  3. André & Wyatt, Руководство по устранению неполадок EMI для дизайнеров продукции, Scitech Publishing, 2014.
  4. Montrose, EMC Made Simple, Разработка печатных плат и систем, Montrose Compliance Services, Inc., 2014 г.
  5. Армстронг, «Руководство по фильтрам ЭМС», Технология создания помех, 2017 г.
  6. Montrose, Методы проектирования печатных плат для обеспечения соответствия требованиям электромагнитной совместимости - Справочник для дизайнеров, 2-е издание, 2000 г.

Активный фильтр нижних частот: конструкция и применение

Что такое активный фильтр?

Активный фильтр - это тип фильтра, который включает в себя один или несколько компонентов активной схемы, таких как транзистор или операционный усилитель (операционный усилитель).Они получают свою энергию от внешнего источника энергии и используют ее для увеличения или усиления выходного сигнала.

Операционные усилители также могут использоваться для формирования или изменения частотной характеристики схемы, сужая или даже шире выходную полосу пропускания фильтра, создавая более избирательную реакцию на выходе.

Операционный усилитель имеет высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и коэффициент усиления по напряжению в контуре обратной связи, возникающий из-за смеси резисторов. Активные фильтры при тщательном проектировании схемы обеспечивают отличные рабочие характеристики, очень хорошую точность с крутым спадом и низким уровнем шума.

Общая схема активного фильтра

Что такое активный фильтр нижних частот?

Если активный фильтр разрешает только низкочастотные компоненты и запрещает все другие высокочастотные компоненты, то он называется активным фильтром нижних частот . Активные фильтры нижних частот состоят из операционного усилителя. На вход операционного усилителя поступают сигналы с высоким импедансом, которые на выходе создают сигнал с низким импедансом.

Характеристики усилителя играют очень важную роль при разработке активного фильтра нижних частот.Существует два основных типа активных фильтров нижних частот, а именно с переключаемым конденсатором и с конденсатором непрерывного действия. Доступны фильтры от первого до восьмого порядка исполнения.

Частотная характеристика схемы будет такой же, как у пассивного RC-фильтра, за исключением того, что усиление по напряжению в полосе пропускания увеличивает амплитуду выходного сигнала.

Полоса пропускания начинается с 0 Гц или постоянного тока для фильтра нижних частот и продолжается на -3 дБ до назначенной точки отсечки. Сигналы ослабляются за пределами частоты среза.Активные фильтры нижних частот сгруппированы в соответствии с порядком расположения фильтров. Мы обсудим активные фильтры нижних частот 1-го порядка -го и 2-го -го и -го порядка.

Обратной стороной фильтра нижних частот является фильтр верхних частот, который пропускает сигналы с частотами выше частоты среза и блокирует все частоты ниже этой частоты среза. Существуют также полосовые фильтры, которые сочетают в себе функции фильтров нижних частот и фильтров верхних частот, чтобы пропускать только частоты в определенном частотном диапазоне.

Активный фильтр нижних частот первого порядка

Активный фильтр нижних частот первого порядка представляет собой упрощенный фильтр, который состоит только из одного реактивного компонента, конденсатора, сопровождаемого активным компонентом операционного усилителя. Резистор используется с конденсатором или катушкой индуктивности для формирования RC или RL фильтра нижних частот соответственно. В пассивной схеме амплитуда выходного сигнала меньше амплитуды входного сигнала.

Для решения этой проблемы были введены активные схемы.Когда пассивный фильтр нижних частот подключен к операционному усилителю либо в инвертирующем, либо в неинвертирующем состоянии, это дает конструкцию активного фильтра нижних частот. Соединение простой RC-цепи с одним операционным усилителем показано на рисунке ниже. Активный фильтр нижних частот первого порядка с частотной характеристикой

Эта RC-схема помогает подавать низкочастотный сигнал на вход усилителя. . Усилитель работает как схема выходного буфера с единичным усилением. В этой схеме добавлено значение входного импеданса.Операционный усилитель схемы имеет очень низкое значение выходного импеданса, что помогает обеспечить высокую стабильность фильтра.

По сравнению с пассивным фильтром, активный фильтр имеет устройство, в котором усилитель выполнен в виде повторителя напряжения (буфера), который дает коэффициент усиления по постоянному току, равный единице. Эта конфигурация обеспечивает отличную стабильность фильтра и имеет высокий коэффициент усиления. Основным недостатком этого фильтра является то, что он не имеет коэффициента усиления по напряжению выше единицы, который можно исправить с помощью дополнительных схем.

Схема активного фильтра нижних частот

Активный фильтр нижних частот первого порядка с усилением

Как обсуждалось, вышеупомянутая конструкция фильтра не обеспечивает усиление напряжения выше единицы. Следовательно, нам нужно изменить схему, как показано ниже.

Активный фильтр нижних частот с усилением

На более низких частотах входные сигналы проходят непосредственно через схему усиления. Когда частота входной частоты увеличивается, она пропускается и проходит через конденсатор C. Это увеличивает амплитуду выходного сигнала за счет усиления полосы пропускания.

В конфигурации схемы неинвертирующего усилителя измерение коэффициента усиления по напряжению для фильтра задается как отношение резистора обратной связи (R 2 ) к значению соответствующего входного резистора (R 3 ).

Инвертированная конфигурация активного фильтра нижних частот первого порядка

Инвертирующий фильтр нижних частот разработан с использованием IC741, операционного усилителя с 8-контактной конфигурацией. В инвертирующем режиме выходной сигнал операционного усилителя сдвинут по фазе на 180 градусов с входным сигналом.Первоначально операционный усилитель должен быть запитан постоянным током. Величина мощности постоянного тока будет зависеть от того, насколько большой сигнал будет усилен на выходе.

На выходе подается сигнал переменного тока, имеющий пиковое значение. В этом примере мы собираемся спроектировать схему для усиления 10, поэтому напряжение питания 12 В постоянного тока подается на V + , вывод 7 операционного усилителя и -12 В постоянного тока подается на V - контакт 4. операционного усилителя. Это называется конфигурацией инвертированного операционного усилителя, и выходной сигнал будет инвертирован, чем входной.

Конфигурация инвертирующего усилителя

Неинвертированная конфигурация активного фильтра нижних частот первого порядка

В этой конфигурации также используется операционный усилитель IC741. Но здесь входной и выходной сигнал будут синфазными. RC, который формирует часть фильтра нижних частот, является первой половиной схемы.

Затем сигнал проходит через операционный усилитель, где сигнал усиливается за счет усиления напряжения, пропорционального резисторам R2 и R1. В этой конфигурации внешний импеданс не влияет на реактивное сопротивление конденсатора , таким образом, повышается стабильность .

Неинвертирующая конфигурация

Коэффициент усиления по напряжению фильтра нижних частот первого порядка

Частотные компоненты используются для получения коэффициента усиления по напряжению фильтра.

где,

В в - входное напряжение
В на выходе - выходное напряжение
A f - усиление полосы пропускания фильтра (1 + R 2 / R 1 )
f - частота входного сигнала в герцах
f c - частота среза в герцах

Когда частота увеличивается, усиление уменьшается на 20 дБ.Работу активного фильтра нижних частот можно проверить из приведенного выше уравнения частотного усиления. Пусть f - рабочая частота, а f c - частота среза.

На низкой частоте

Когда рабочая частота равна частоте среза

А на высокой частоте

Из приведенных выше уравнений видно, что на низких частотах коэффициент усиления схемы равен максимальное значение усиления.В то время как в условиях высоких частот коэффициент усиления схемы намного меньше максимального коэффициента усиления Af. Когда рабочая частота равна частоте среза, коэффициент усиления равен 0,707 Af. В этих схемах фильтров количественное значение (величина) усиления полосы пропускания выражается в децибелах или дБ , что является функцией усиления по напряжению.

Кривая частотной характеристики

Передаточная функция активных фильтров нижних частот первого порядка

Передаточная функция также известна как системная функция или сетевая функция системы управления.Выражается в виде математической функции. При использовании в анализе системы в частотной области он использует методы преобразования, такие как преобразование Лапласа. Фильтры работают по частоте сигнала.

Таким образом, аналитические и графические описания с использованием частотной области являются наиболее действенными инструментами для описания работы фильтров. Таким образом, обычно используются уравнения частотной области и кривые зависимости усиления от частоты и фазы от частоты.

Для изучения частотной области сетей требуется их математическое описание в терминах передаточной функции системы.Передаточная функция напряжения - это пропорция преобразований Лапласа выходных и входных сигналов для конкретной схемы, как показано ниже.

Блок-схема передаточной функции

Где V0 (s) и Vi (s) - выходное и входное напряжения, а s - переменная комплексного преобразования Лапласа.

Однополюсный фильтр нижних частот разработан для низкочастотных приложений путем подключения резистора и конденсатора, как показано ниже.

Схема передаточной функции

Передаточная функция приведенной выше схемы может быть задана как

Теперь в приведенном выше уравнении константы Лапласа заменены их эквивалентным значением в частотной области.

Абсолютное значение передаточной функции определяется как величина или усиление напряжения и может быть представлено, как показано ниже.

Частота, при которой сопротивление равно импедансу конденсатора, считается равной критическая частота, которая указана ниже.

Следовательно,

После правильной подстановки в это уравнение мы получаем

Фазовый сдвиг фильтра равен

Можно вычислить частоту среза и фазовый сдвиг фильтра. как показано ниже

Подобная конфигурация фильтра может быть получена для n-го порядка, когда RC-каскады соединены каскадом вместе.

Разработка и пример активного фильтра нижних частот первого порядка

Разработка схемы неинвертирующего активного фильтра нижних частот с коэффициентом усиления десять на низких частотах, высокочастотной отсечкой или угловой частотой 175 Гц и входным сопротивлением 20 кОм.

Коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя равен

Теперь предположим, что значение R1 равно 1 кОм, и вычислим значение R2 из приведенного выше уравнения.

Следовательно, для коэффициента усиления по напряжению 10 значения R1 и R2 равны 1 кОм и 9 кОм соответственно.Коэффициент усиления в дБ определяется как 20LogA = 20Log10 = 20 дБ

Теперь нам дано значение частоты среза, равное 175 Гц, и значение входного импеданса, равное 20 кОм. Подставляя эти значения в уравнение, и значение C можно рассчитать следующим образом.

= 45,47 нФ

Таким образом, окончательная конструкция фильтра и его эквивалентная кривая частотной характеристики показаны ниже.

Схема активного фильтра нижних частот

Типичная схема активного фильтра нижних частот приведена ниже:

Конструкция схемы

Кривая частотной характеристики активного фильтра нижних частот

Кривая частотной характеристики активного фильтра нижних частот приведена ниже:

Частотная характеристика проблемы

Фильтр неинвертирующего усилителя

Ниже приведен простой неинвертирующий фильтр усилителя:

Неинвертирующая схема для решения проблемы

Фильтр инвертирующего усилителя

Ниже приведен эквивалентный фильтр инвертирующего усилителя:

Эквивалентный инвертирующий Схема для решения проблемы

Активный фильтр нижних частот второго порядка

Фильтры второго порядка также относятся к фильтрам VCVS, поскольку используемый здесь операционный усилитель является усилителем источника напряжения с регулируемым напряжением.Это еще один важный тип активных фильтров, используемых в приложениях.

Частотная характеристика фильтра нижних частот второго порядка неотличима от частотной характеристики фильтра первого порядка, за исключением того, что спад полосы задерживания будет в два раза больше, чем у фильтров первого порядка при 40 дБ / декаду. Следовательно, этапы проектирования активного фильтра нижних частот второго порядка идентичны. Простой метод получения фильтра второго порядка - это каскадирование двух фильтров первого порядка.

Активный фильтр нижних частот второго порядка

Когда схемы фильтров каскадированы в фильтры более высокого порядка, общее усиление фильтра равно произведению каждого каскада.Активные фильтры второго порядка (двухполюсные) важны, потому что их можно использовать для создания фильтров более высокого порядка. Фильтры со значением порядка могут быть построены путем каскадирования фильтров первого и второго порядка.

Конфигурация активного фильтра нижних частот третьего порядка
Конфигурация активного фильтра нижних частот четвертого порядка

Коэффициент усиления по напряжению активного фильтра нижних частот второго порядка

Коэффициент усиления фильтра второго порядка является продуктом усиления n каскадов, соединенных вместе . Например, если два фильтра первого порядка подключены каскадом, коэффициент усиления фильтра будет следующим.

Если усиление обоих каскадов дано в дБ, то общее усиление рассчитывается путем сложения обоих усилений

Частота отсечки активного фильтра нижних частот второго порядка

Уравнение частоты отсечки имеет вид

Когда R3 = R4 = R и C1 = C2 = C, тогда частота среза будет задана как

Коэффициент усиления на частоте среза для первого каскада фильтра составляет -3 дБ. Для фильтра второго порядка, объединяющего усиление двух фильтров первого порядка, общее усиление будет -6 дБ.

Конструкция и пример активного фильтра нижних частот второго порядка

Предположим, что Rs1 = Rs2 = 15 кОм, а конденсатор C1 = C2 = 100 нФ. Резисторы усиления: R1 = 1 кОм, R2 = 9 кОм, R3 = 6 кОм и R4 = 3 кОм. Разработайте активный фильтр нижних частот второго порядка с этими характеристиками.

Частота отсечки задается как

(1)

Коэффициент усиления усилителя первой ступени составляет

Коэффициент усиления усилителя второй ступени составляет

Общее усиление фильтра

Общее усиление в дБ

(2)

(3)

Усиление на частоте среза

(4)

Применение активного фильтра нижних частот

Эти фильтры используются преимущественно в электронике, например, в динамиках и сабвуферах.Они действуют как фильтр в динамиках и как входы для сабвуферов. Они также играют важную роль в конструкции усилителей звука и эквалайзеров. Когда вы используете аналого-цифровые преобразователи, эти фильтры используются как фильтры сглаживания для управления сигналами. Когда дело доходит до акустики и звука, фильтр используется для предотвращения передачи звука высокочастотными сигналами, чтобы предотвратить эхо.

Активная фильтрация в автомобильных аудиосистемах

Операционные усилители являются одними из самых популярных строительных блоков автомобильных аудиосхем.Чтобы повысить эффективность звука, многие разработчики предпочитают интегрировать операционные усилители в свои автомобильные аудиосистемы. Активные фильтры исключают возможность нежелательных помех звуковому сигналу. Фильтрация необходима для обеспечения высококачественного звука для аудиосистемы автомобиля.

Фильтр с операционным усилителем или активным фильтром, усиливая аудиосигнал, сохраняет частотную характеристику. Еще одно популярное использование фильтров операционных усилителей в автомобильной аудиосистеме - выделение частотных диапазонов по всему автомобилю для отдельных динамиков.Однако энергия, необходимая для работы большого сабвуфера, особенно при большей громкости, может повредить громкоговоритель с большей частотой. HPF и LPF можно использовать для установки частот среза, чтобы обеспечить правильные динамики с частотами.

Активные фильтры нижних частот для биомедицинских приложений

Для приложений системы мониторинга ЭКГ с низким напряжением и низким энергопотреблением используется активный CMOS LPF с двухкаскадной топологией операционного усилителя. Этот двухкаскадный усилитель с компенсацией Миллера может использоваться в приложениях с низким энергопотреблением и высоким CMRR, таких как биомедицинские инструменты и крошечные устройства с батарейным питанием, такие как кардиостимулятор, электрокардиограмма (ЭКГ), где низкое энергопотребление является основным беспокойство.

Фильтры нижних частот | Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:
Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.
Аналитические / рабочие файлы cookie:
Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.
Функциональные файлы cookie:
Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.
Целевые / профилирующие файлы cookie:
Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. С этой целью мы также можем передавать эту информацию третьим лицам.
Отклонить файлы cookie

Пассивные низкочастотные фильтры первого и второго порядка

В этом руководстве мы узнаем о пассивных RC-фильтрах нижних частот. Как следует из названия, это фильтр нижних частот, разработанный с использованием пассивных компонентов. В следующих разделах вы можете узнать об основной схеме пассивных RC-фильтров нижних частот, ее частотной характеристике, выходном напряжении, приложениях и многом другом.

Чтобы получить информацию о пассивных RC-фильтрах высоких частот, прочтите руководство «Пассивные RC-фильтры высоких частот ».

Введение

Фильтр - это схема, которая используется для фильтрации сигналов, то есть пропускает только необходимые сигналы и избегает нежелательных сигналов. Обычно фильтры состоят из пассивных или активных компонентов.

  • Пассивными компонентами являются резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.
  • Активные компоненты: транзисторы, полевые транзисторы и операционные усилители.

Фильтр нижних частот - это фильтр, который пропускает только низкочастотные сигналы и ослабляет или останавливает высокочастотные сигналы. Он позволяет сигналам только от 0 Гц до частоты среза «fc». Это значение частоты среза будет зависеть от номинала компонентов, используемых в схеме.

Обычно эти фильтры предпочтительнее ниже частоты 100 кГц. Частота среза также называется частотой отключения или частотой переключения.

Пассивный фильтр нижних частот

Схема фильтра нижних частот, состоящая из пассивных компонентов, называется пассивным фильтром нижних частот.

На следующем рисунке показана простая схема RC-фильтра нижних частот, показанная ниже.

Просто подключив резистор «R» последовательно с конденсатором «C», можно получить RC-фильтр нижних частот. Его можно просто назвать фильтром низких частот (LPF). Резистор не зависит от изменений приложенных частот в цепи, но конденсатор является чувствительным компонентом, что означает, что он реагирует на изменения в цепи.

Поскольку она имеет только один реактивный компонент, эту схему также можно назвать «однополюсным фильтром» или «фильтром первого порядка».Входное напряжение Vin подается последовательно на резистор, а выходное напряжение снимается только на конденсаторе.

Так как конденсатор является чувствительным компонентом, основная наблюдаемая концентрация связана с «емкостным реактивным сопротивлением». Емкостное реактивное сопротивление - это противодействие, создаваемое конденсатором в цепи.

Чтобы сохранить емкость конденсатора, конденсатор будет препятствовать протеканию небольшого количества тока в цепи. Это противодействие току в цепи называется импедансом.Таким образом, емкостное реактивное сопротивление уменьшается с увеличением встречного тока.

Этим мы можем сказать, что емкостное реактивное сопротивление обратно пропорционально частоте, приложенной к цепи. Значение сопротивления резистора стабильно, тогда как значение емкостного реактивного сопротивления меняется. Падение напряжения на конденсаторе намного меньше по сравнению с потенциалом напряжения конденсатора.

Это означает, что на низких частотах падение напряжения невелико, а потенциал напряжения велик, но на высоких частотах падение напряжения очень велико, а потенциал напряжения меньше.По этому явлению мы можем сказать, что вышеупомянутая схема может действовать как схема «частотно-регулируемого делителя напряжения».

Емкостное реактивное сопротивление можно сформулировать следующим образом:

Расчет выходного напряжения

Чтобы получить уравнение делителя потенциала, мы должны учитывать полное сопротивление, емкостное реактивное сопротивление, входное и выходное напряжение. Используя эти термины, мы можем сформулировать уравнение для RC-потенциального делителя следующим образом:

Используя это уравнение, мы можем вычислить значение выхода на любой приложенной частоте.

Пример фильтра нижних частот

Давайте рассмотрим эти значения выходного напряжения и значения емкостного реактивного сопротивления, рассматривая значения резистора и конденсатора. Пусть номинал резистора R равен 4,7 кОм, а емкость конденсатора 47 нФ. Входное напряжение переменного тока составляет 10 В. Значения частот, для которых мы собираемся вычислить, составляют 1 кГц и 10 кГц.

Этим мы можем четко сказать, что с увеличением частоты емкостное реактивное сопротивление уменьшается. Уменьшается не только емкостное реактивное сопротивление, но и выходное напряжение.

Из приведенного выше примера видно, что емкостное реактивное сопротивление уменьшилось с 3386,27 Ом до 338,62 Ом, тогда как выходное напряжение уменьшилось с 5,84 В до 0,718 В с увеличением частоты с 1 кГц до 10 кГц.

Частотная характеристика фильтра нижних частот

Из введения в фильтры мы уже видели, что величина | H (jω) | фильтра принимается за коэффициент усиления схемы. Это усиление измеряется как 20 log (V из / V в ), и для любой RC-цепи угол спада наклона составляет -20 дБ / декаду.

Полоса частот ниже области среза называется «полосой пропускания», а полоса частот после частоты среза называется «полосой пропускания». Из графика видно, что полоса пропускания - это ширина полосы пропускания фильтра.

Из этого графика видно, что до частоты среза усиление остается постоянным, поскольку выходное напряжение пропорционально значению частоты на низких частотах. Это связано с емкостным реактивным сопротивлением, которое действует как разомкнутая цепь на низких частотах и ​​пропускает через цепь максимальный ток на высоких частотах.Значение емкостного реактивного сопротивления очень велико на низких частотах, поэтому оно имеет большую способность блокировать ток, протекающий через цепь.

По достижении значения частоты среза выходное напряжение постепенно уменьшается и достигает нуля. Коэффициент усиления также уменьшается вместе с выходным напряжением. После частоты среза характеристика наклона схемы достигнет точки спада, которая происходит при -20 дБ / декаду.

Это происходит главным образом из-за увеличения частоты, когда частота увеличивается, значение емкостного реактивного сопротивления уменьшается и, таким образом, способность блокировать ток через конденсатор уменьшается.Когда ток в цепи увеличивается и из-за ограниченной емкости конденсатора, цепь действует как короткое замыкание. Таким образом, выходное напряжение фильтра равно нулю на высоких частотах.

Единственный способ избежать этой проблемы - выбрать диапазоны частот, до которых могут выдерживать эти резистор и конденсатор. Значения конденсатора и резистора играют основную роль, потому что от этих значений будет зависеть только частота среза «fc». Если частотные диапазоны находятся в пределах диапазона частот среза, тогда мы можем преодолеть проблему короткого замыкания.

Эта точка отсечки возникает, когда значение сопротивления и значение емкостного реактивного сопротивления совпадают, что означает, что векторная сумма сопротивления и реактивной емкости равны. Это когда R = X c , и в этой ситуации входной сигнал ослабляется на -3 дБ / декаду.

Это затухание составляет примерно 70,7% входного сигнала. Время, необходимое для зарядки и разрядки пластин конденсатора, зависит от синусоиды. Из-за этого фазовый угол (ø) выходного сигнала отстает от входного сигнала после частоты среза.На частоте среза выходной сигнал сдвинут по фазе на -45 °.

Если входная частота фильтра увеличивается, увеличивается угол запаздывания выходного сигнала схемы. Просто для большего значения частоты схема больше не совпадает по фазе.

У конденсатора больше времени для заряда и разряда пластин на низких частотах, потому что время переключения синусоидальной волны больше. Но с увеличением частоты время переключения на следующий импульс постепенно уменьшается. Из-за этого происходят временные изменения, которые приводят к сдвигу фазы выходной волны.

Частота среза пассивного фильтра нижних частот в основном зависит от номиналов резистора и конденсатора, используемых в цепи фильтра. Эта частота среза обратно пропорциональна номиналам резистора и конденсатора. Частота среза пассивного фильтра нижних частот задается как

f C = 1 / (2πRC)

Фазовый сдвиг пассивного фильтра нижних частот задается как

Сдвиг фазы (ø) = - загар. -1 (2πfRc)

Постоянная времени (τ)

Как мы уже видели, время, затрачиваемое конденсатором на зарядку и разрядку пластин относительно входной синусоидальной волны, приводит к разности фаз.Последовательное соединение резистора и конденсатора будет производить этот эффект зарядки и разрядки.

Постоянная времени последовательной RC-цепи определяется как время, необходимое конденсатору для зарядки до 63,2% от конечного значения установившегося состояния, а также определяется как время, необходимое конденсатору для разряда до 36,8% от установившегося значения. государственное значение. Эта постоянная времени представлена ​​символом «τ».

Связь между постоянной времени и частотой отсечки следующая:

Постоянная времени τ = RC = 1 / 2πfc и ω c = 1 / τ = 1 / RC

Мы также можем переписать в терминах отсечки частота как

Таким образом, мы можем сказать, что выходной сигнал фильтра зависит от частот, подаваемых на вход, и от постоянной времени.

Пример 2 пассивного фильтра нижних частот

Давайте вычислим частоту среза фильтра нижних частот, который имеет сопротивление 4,7 кОм и емкость 47 нФ.

Мы знаем, что уравнение для частоты среза:

fc = 1 / 2πRC = 1 / (2π x 4700 x 47 x 10 -9 ) = 720 Гц

Пассивный фильтр нижних частот второго порядка

Till Теперь мы изучили фильтр нижних частот первого порядка, который состоит из последовательного соединения резистора и конденсатора. Однако иногда одного каскада может быть недостаточно для удаления всех нежелательных частот, тогда используется фильтр второго порядка, как показано ниже.

RC-фильтр нижних частот второго порядка может быть получен простым добавлением еще одного каскада к фильтру нижних частот первого порядка. Этот фильтр дает наклон -40 дБ / декаду или -12 дБ / октаву, а фильтр четвертого порядка дает наклон -80 дБ / октаву и так далее.

Пассивный фильтр нижних частот Усиление на частоте среза задается как

A = (1 / √2) n

Где n - порядок или количество ступеней

Частота среза нижних частот второго порядка пропускной фильтр задается как

fc = 1 / (2π√ (R1C1R2C2))

Фильтр нижних частот второго порядка -3 дБ Частота задается как

f (-3dB) = fc √ (2 (1 / n ) - 1)

Где fc - частота среза, n - количество ступеней, а ƒ -3 дБ - частота полосы пропускания -3 дБ.

Сводка по фильтру нижних частот

Фильтр нижних частот состоит из резистора и конденсатора. Не только конденсатор, но и любой реактивный компонент с резистором дает фильтр нижних частот. Это фильтр, который пропускает только низкие частоты и ослабляет высокие частоты.

Частоты ниже частоты среза называются частотами полосы пропускания, а частоты выше частоты среза называются частотами полосы задерживания. Полоса пропускания - это ширина полосы фильтра.

Частота среза фильтра будет зависеть от значений компонентов, выбранных для схемы.Частоту среза можно рассчитать с помощью приведенной ниже формулы.

f C = 1 / (2πRC)

Коэффициент усиления фильтра принимается как величина фильтра, и коэффициент усиления может быть рассчитан по формуле 20 log (V из / V в ). Выходной сигнал фильтра постоянен, пока уровни частоты не достигнут частоты среза.

На частоте среза выходной сигнал составляет 70,7% входного сигнала, а после частоты среза выходной сигнал постепенно уменьшается до нуля.Фазовый угол выходного сигнала отстает от входного сигнала после частоты среза.

На частоте среза фазовый сдвиг выходного сигнала составляет 45 °.

Если мы поменяем местами резистор и конденсатор в схеме фильтра нижних частот, то схема будет вести себя как фильтр верхних частот.

Для синусоидальных входных волн схема ведет себя как фильтр нижних частот первого порядка. Мы уже изучили работу фильтра первого порядка, но при изменении типа входного сигнала необходимо наблюдать за тем, что происходит с выходом фильтра.

Когда мы меняем тип входного сигнала либо на режим переключения (ВКЛ / ВЫКЛ), либо на прямоугольную форму, схема ведет себя как интегратор, который обсуждается ниже.

Фильтр нижних частот как схема формирования волны

На приведенном выше рисунке показаны характеристики фильтра для прямоугольного входа. Когда вход фильтра нижних частот представляет собой прямоугольную волну, полученный выходной сигнал фильтра будет иметь треугольную форму.

Это связано с тем, что конденсатор не может работать как переключатель ВКЛ или ВЫКЛ.На низких частотах, когда на входе фильтра используется прямоугольная волна, на выходе также будет только прямоугольная волна.

Когда частота увеличивается, выходной сигнал фильтра выглядит как треугольная волна. Тем не менее, если мы увеличим частоту, то амплитуда выходного сигнала уменьшится.

Треугольная волна генерируется из-за действия конденсаторов или просто схема зарядки и разрядки конденсатора приводит к треугольной волне.

Применения фильтра нижних частот

  • Основное применение схем фильтра нижних частот - избежать A.C. пульсации на выходе выпрямителя.
    Фильтр нижних частот используется в схемах усилителя звука.
  • Используя этот пассивный фильтр нижних частот, мы можем напрямую снизить высокочастотный шум до уровня небольших помех в стереосистемах.
  • Фильтр нижних частот в качестве интегратора может использоваться в схемах формирования и генерации волн из-за легкого преобразования одного типа электрического сигнала в другую форму.
  • Они также используются в схемах демодулятора для извлечения требуемых параметров из модулированных сигналов.

Что такое LC-фильтр?

Пример: схема низкочастотного LC-фильтра

Что такое LC-фильтр?

LC-фильтр объединяет катушки индуктивности (L) и конденсаторы (C) для формирования низкочастотной, высокочастотной, мультиплексорной, полосовой или полосовой фильтрации в радиочастотах (RF) и во многих других приложениях. Пассивные электронные LC-фильтры блокируют или уменьшают шум (EMI) от цепей и систем и разделяют или кондиционируют полезные сигналы.

В то время как идеальные фильтры пропускают нужные частоты сигнала без вносимых потерь или искажений и полностью блокируют все сигналы в полосе задерживания, реальные фильтры имеют сопротивления постоянного и переменного тока, которые вносят вклад в вносимые потери, что требует тщательного выбора компонентов.Выбор точных значений деталей для конкретного применения требует компонентов высокого качества, а также полных технических характеристик и моделей производительности. Самыми простыми в разработке и реализации являются низкочастотный и высокочастотный типы.

Coilcraft, высокодобротные, жесткие, устанавливаемые на поверхность индукторы ВЧ-микросхем и индукторы с воздушным сердечником помогают достичь максимальной производительности во всех этих категориях ЖК-фильтров.

Как вы проектируете ЖК-фильтры?

Настройка (тип) фильтра определяет равномерность частотной характеристики и резкость среза.Существует много типов выравнивания, в том числе с наиболее часто желаемыми характеристиками, такими как Баттерворт, Бессель, Чебышев и эллиптическое.

Простейший LC-фильтр состоит из одной катушки индуктивности и одного конденсатора. При выравнивании фильтров более высокого порядка используется больше компонентов, чтобы дать более резкий, более определенный спад при ослаблении нежелательного шума. Например, эллиптические фильтры (Кауэра) дают самый резкий спад и наименее чувствительны к колебаниям компонентов. В качестве компромисса в эллиптических LC-фильтрах больше пульсаций в полосе пропускания и задержек.

Для получения более подробной информации о различных настройках фильтров, приведенных в Приложении A к данной инструкции по применению.

Приложение A: Проектирование и анализ пассивного ЖК-фильтра. Настройки и свойства фильтров.

Современные программы синтеза и анализа схем могут быстро выполнять утомительные и трудоемкие вычисления для проектирования ЖК-фильтров. Программы синтеза фильтров генерируют требуемые значения индуктивности (L) и емкости (C). Программы анализа моделируют результаты после того, как пользователь вводит соответствующие значения.После расчета исходных идеальных значений практические решения создаются с использованием готовых компонентов.

В идеале, можно было бы просто определить диапазон частот, который должен быть пропущен, и те, которые должны быть заблокированы, и программа могла бы генерировать стандартные значения компонентов, что привело бы к фактическим бортовым характеристикам. Реально проектирование пассивного ЖК-фильтра начинается с расчетов, а затем требуется очень итеративный процесс проб и ошибок, чтобы сопоставить фактическую производительность с требуемой производительностью.Чтобы ускорить время проектирования и повысить точность расчетов, доступны модели реальных индукторов.

Для многих проектов необходимы точные модели индуктивности, основанные на реальных измерениях компонентов, но для моделирования можно использовать идеальные конденсаторы. Для моделирования фильтров вблизи гигагерцового диапазона могут также потребоваться неидеальные модели конденсаторов.

Доступны бесплатные программы для создания базовых конструкций LC-фильтров. Программное обеспечение Coilcraft LC Low Pass Filter Designer от Nuhertz использует основанные на реальных измерениях модели s-параметров катушек индуктивности для улучшенного моделирования фильтров.

Как вы проектируете фильтры нижних частот с помощью программного обеспечения Coilcraft LC filter Designer (Nuhertz Technologies FilterSolutions®)?

  • Дизайн эллиптических фильтров нижних частот
  • Выберите 3, 5 или 7 полюсов
  • Использует фактические данные индуктивности Coilcraft
  • Анализ S-параметров
  • Волновое сопротивление 50 Ом
  • Запросите бесплатные образцы индукторов Coilcraft прямо из программного обеспечения

Хотя это моделирование может быть приемлемым для многих конструкций, следует отметить, что они не включают паразитные характеристики печатной платы, которые влияют на фактическую частоту отсечки компонентов, установленных на любой печатной плате.

Идеальные значения компонентов, сгенерированные программами моделирования, могут использоваться в качестве хорошей отправной точки для проектирования фильтров, однако, если игнорировать все паразитные характеристики компонентов и печатной платы, результаты могут быть не очень близки к реальным характеристикам. Это может привести к длительному процессу настройки и регулировки, особенно для фильтров с высокой частотой среза.

Для примеров высокопроизводительных конструкций, включая паразитные эффекты компонентов и паразитные взаимодействия компонентов на керамической печатной плате, попробуйте следующие эталонные конструкции LC-фильтров Coilcraft.

Разработка фильтров нижних и верхних частот с помощью эталонных образцов LC-фильтров Coilcraft

Эти эталонные конструкции включают фильтры нижних и верхних частот Баттерворта 3-го порядка, а также эллиптические фильтры 7-го порядка и демонстрируют высокие характеристики, которые могут быть достигнуты при использовании катушек индуктивности Coilcraft и стандартных конденсаторов.

Эталонные конструкции фильтров нижних частот 3-го порядка обеспечивают широкий диапазон частот среза от 3 МГц до 3 ГГц. Для 3-полюсных фильтров верхних частот достижимы частоты среза от 15 МГц до 900 МГц.

По сравнению с фильтром Баттерворта эллиптические фильтры уравновешивают пульсации как в полосе пропускания, так и в полосе заграждения. Однако для того же уровня порядка эллиптический имеет самый быстрый переход между полосой пропускания и полосой задерживания. Coilcraft предлагает эллиптические эталонные конструкции 7-го порядка с вносимыми потерями менее 0,3 дБ при характеристическом сопротивлении 50 Ом. К ним относятся наши стандартные индукторы с ферритовыми кристаллами серии 1812LS с допусками всего 5%. Эти эллиптические фильтры нижних частот 7-го порядка обеспечивают резкую скорость спада 80 дБ / дек и широкий диапазон частот среза от 0.От 3 МГц до 500 МГц.

Эталонные конструкции фильтров Coilcraft LC

могут сэкономить ваше время, усилия и деньги, позволяя лучше выбирать правильные компоненты, оценивать реальную производительность по сравнению с расчетами и достигать желаемых результатов.

В каких приложениях используются фильтры LC?

LC фильтры нижних частот и LC верхних частот используются во многих общих приложениях фильтрации для блокировки нежелательных частот и удовлетворения требований EMC / EMI. Они также используются в следующих конкретных приложениях:

Эталонный дизайн эллиптического фильтра 9-го порядка для приложений MoCA®

Эта эталонная конструкция эллиптического фильтра 9-го порядка для приложений MoCA® показывает реальный пример эллиптического фильтра высокого порядка с острой отсечкой и использованием индукторов Coilcraft RF с воздушным сердечником.

Индукторы с воздушным сердечником Coilcraft Micro Spring ™, используемые в этой конструкции, обеспечивают высокую производительность, необходимую для фильтров MoCA. Сочетание значений индуктивности и рабочих характеристик делает эти стандартные индукторы идеальными для применения этих фильтров в телевизионных приставках и кабельных модемах. При таком жестком допуске, как 1%, больше нет необходимости настраивать эти фильтры.

Усилители класса D

Для выполнения требований ЭМС в усилителях класса D с выходной мощностью более 10 Вт на выходе усилителя используется LC-фильтр для сглаживания пульсаций тока из-за переключения.Двойные индукторы объединяют два индуктора класса D в одном корпусе для достижения минимально возможной занимаемой площади. Высокотемпературные двойные индукторы класса D AEC-Q200 Grade 1 подходят для суровых условий автомобильной промышленности.

Эти индукторы класса D от Coilcraft разработаны специально для приложений мощностью до 100 Вт.

Примечания к приложению

Эталонный дизайн фильтра Coilcraft LC

Проектирование и анализ пассивного ЖК-фильтра

Разработка эллиптического фильтра 9-го порядка для приложений MoCA®

Дизайнерские наборы

ВЧ индукторы поверхностного монтажа

Что дальше?

Подробнее: Начало работы Серия

ФНЧ | CTS

Фильтр низких частот

Семейство продуктов CTS Rooftop Low-Pass Filter (RLF) предлагает уникальные компактные размеры, низкие потери и значительное подавление / затухание вблизи.Семейство LPF RLF имеет универсальную посадочную площадку, так что общая компоновка печатной платы (PCB) может быть заполнена любой частотной версией этих продуктов.

Характеристики

  • Очень низкие потери с очень близким отклонением
  • Поддерживает CMB, CMD, UMD и другие дуплексеры / BPF
  • Обеспечивает подавление> 45 дБ на частотах> 6,0 ГГц и> 10 дБ на частотах 12.75 ГГц
  • Поддержка подавления 2-й и 3-й гармоник
  • Общая площадь основания печатной платы для всех продуктов семейства RLF

Прокрутите вниз до таблицы выбора, чтобы просмотреть ассортимент продукции LPF.

Рекомендуемые товары

Прокрутите вниз до таблицы выбора, чтобы просмотреть ассортимент продукции LPF.

Документация по продукту

Брошюра по фильтрам нижних частот

Прокрутите вниз до таблицы выбора, чтобы просмотреть ассортимент продукции LPF.

Проверка запасов - Дистрибьюторы CTS

Чтобы проверить наличие товара, нажмите здесь

Прокрутите вниз до таблицы выбора, чтобы просмотреть ассортимент продукции LPF.

Примечания к приложениям и технические описания

Чтобы просмотреть примечания по применению и технические описания, щелкните здесь

Прокрутите вниз до таблицы выбора, чтобы просмотреть ассортимент продукции LPF.

Различий между фильтром низких частот (LPF) и фильтром высоких частот (HPF)

Основное различие между фильтром низких частот LPF и фильтром высоких частот HPF - это диапазон частот, который они превышают. HPF (фильтр высоких частот) - это один из видов схемы, которая пропускает высокие частоты и блокирует прохождение низких частот через них. Точно так же LPF (фильтр нижних частот) представляет собой один из видов схемы, которая пропускает низкие частоты и блокирует прохождение высоких частот через них. В фильтрах частота среза определяет диапазон высоких и низких частот. Прежде чем обсуждать метод работы фильтра, мы должны знать необходимые компоненты этих фильтров. LPF и HPF могут быть сконструированы с электронными компонентами , такими как резистор, усилитель, конденсатор и т. Д.

Что такое фильтр низких частот и фильтр высоких частот?

Обзор фильтра нижних частот и фильтра верхних частот с различиями обсуждается ниже.


Фильтр нижних частот

Принципиальная схема фильтра нижних частот показана ниже. Схема LPF может быть построена как с резистором, так и с конденсатором, включенным последовательно, так что выход может быть достигнут.Как только входной сигнал подается на схему LPF, сопротивление будет создавать устойчивое препятствие, однако положение конденсатора будет влиять на выходной сигнал.

Фильтр нижних частот

Если высокочастотный сигнал подается на схему LP , он будет превышать сопротивление, которое будет обеспечивать стандартное сопротивление, однако сопротивление, доступное для конденсатора, будет нулевым. Это связано с тем, что сопротивление конденсатора высокочастотному сигналу будет нулевым, тогда как низкочастотный сигнал не ограничен.

Из приведенной выше схемы фильтра нижних частот, понятно, что как только высокочастотный сигнал поступает в цепь LPF, конденсатор позволяет ему течь, а также он будет проходить на GND. В этом состоянии достигнутое напряжение o / p будет равно нулю, потому что все напряжение подается на землю.
Однако, когда низкочастотный сигнал проходит через цепь LPF, выходной сигнал будет генерироваться, поскольку сопротивление будет создавать такое же препятствие, как высокочастотный сигнал, хотя конденсатор будет оказывать бесконечное сопротивление.

Реакция фильтра нижних частот

Следовательно, в этом состоянии сигнал не может проходить через дорожку конденсатора. Таким образом, общий низкочастотный сигнал будет подаваться на выходной терминал.


Фильтр высоких частот

Принципиальная схема фильтра высоких частот показана ниже. HPF блокирует низкочастотные сигналы и позволяет проходить через него только высокочастотным сигналам. Несмотря на то, что он обеспечивает снижение до высокочастотного сигнала, проблема затухания настолько мала, что ее можно игнорировать.Этого можно добиться по характеристикам резистора и конденсатора.

Фильтр верхних частот

Когда входной сигнал подается на конденсатор, напряжение на резисторе может быть достигнуто из-за напряжения o / p. Комбинация сопротивления резистора и конденсатора может быть названа реактивным сопротивлением.

Xc = 1/2 ¯fc

Из приведенного выше уравнения можно сделать вывод, что реактивное сопротивление будет обратно пропорционально частоте среза. Когда частота входного сигнала выше, реактивное сопротивление будет низким.Точно так же, когда частота входного сигнала низкая, реактивное сопротивление будет низким.

Отклик фильтра верхних частот

Разница между фильтром нижних частот и фильтром верхних частот

Отличие между фильтром нижних частот и фильтром верхних частот в основном включает определение, архитектуру схемы, значимость, рабочую частоту и приложения.

Фильтр низких частот

Фильтр высоких частот

Контур LPF позволяет проходить через него частоте ниже частоты среза. Схема HPF позволяет пропускать частоты выше частоты среза для прохождения через нее.
Он может быть построен с резистором, за которым следует конденсатор. Может быть построен с конденсатором, за которым следует резистор.
Это важно для устранения эффекта наложения . Важно устранить искажения, возникающие из-за низкочастотного сигнала, такого как шум.
Меньше частоты среза. Это выше частоты среза.
LPF может использоваться в качестве фильтра сглаживания в цепях связи. HPF может использоваться в усилителях с низким уровнем шума, аудио и т. Д.

Таким образом, это все об основных различиях между фильтром нижних и верхних частот, работающей схемой и нижних частот и графики фильтра верхних частот. Из приведенной выше информации, наконец, мы можем сделать вывод, что схема HPF допускает высокочастотные сигналы, которые выше частоты среза, тогда как схема LPF допускает низкочастотные сигналы, которые ниже, чем частота среза.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *