פילטר פסיבי נמוך לעבור

מדריך זה עוסק בפילטר Pass Pass Low Low, מונח נפוץ בתחום האלקטרוניקה. תשמע או תשתמש במונח 'טכני' זה כמעט בכל פעם בלימודים או בקריירה המקצועית שלך. בואו נבדוק מה מיוחד במונח טכני זה.

מה זה, מעגל, נוסחאות, עקומה?

נתחיל מהשם. האם אתה יודע מה זה פסיבי ? מה נמוך ? מה עובר ומהו פילטר ? אם אתה מבין את המשמעויות של ארבע המילים האלה " מסנן מעביר פסיבי נמוך ", תבין 50% מכלל " מסנן מעבר נמוך פסיבי " של 50% שנחקור הלאה.

" פסיבי " - במילון פירושו לאפשר או לקבל מה שקורה או מה שעושים אחרים, ללא תגובה אקטיבית.

" מסנן מעבר נמוך " - פירושו לעבור את מה שהוא נמוך, כלומר גם לחסום את מה שהוא גבוה. זה פועל כמו מסנן המים המסורתי שיש לנו בבית / במשרד אשר חוסם זיהומים ומעביר רק את המים הנקיים.

מסנן נמוך לעבור לעבור תדר נמוך ולחסום גבוה יותר. תדר מעבר מסנן נמוך מסורתי נמוך שנע בין 30-300 קילו-הרץ (תדר נמוך) ונחסם מעל תדר זה אם משתמשים בו ביישום שמע.

יש הרבה דברים הקשורים למסנן נמוך לעבור. כפי שתואר קודם לכן הוא יסנן דברים (אות) לא רצויים של אות סינוסי (AC).

כאמצעי פסיבי, בדרך כלל איננו מחילים שום מקור חיצוני על האות המסונן החוצה, ניתן לייצר אותו באמצעות רכיבים פסיביים, שאינם דורשים כוח, כך שהאות המסונן אינו מוגבר בשער, משרעת אות הפלט לא תגדל בכל מחיר..

מסנני מעבר נמוך מיוצרים באמצעות שילוב של נגדים וקבלים (RC) לסינון של עד 100 קילו-הרץ, אך עבור השאר נעשה שימוש ב -100 קילו -300 קילו-הרץ נגד, קבלים ומשרן (RLC).

הנה המעגל בתמונה זו:

זהו מסנן RC. בדרך כלל מוחל אות קלט על שילוב סדרתי זה של נגד וקבל שאינו מקוטב. זהו מסנן מסדר ראשון מכיוון שיש רק רכיב תגובתי אחד במעגלים שהוא קבלים. הפלט המסונן יהיה זמין על פני קבלים.

מה שקורה בפועל במעגלים הוא די מעניין.

בתדרים נמוכים תגובת הקבל תהיה גדולה מאוד מערך ההתנגדות של הנגדים. לכן, פוטנציאל המתח של האות על פני הקבל יהיה גדול בהרבה מנפילת המתח על פני הנגד.

בתדרים גבוהים יקרה דבר הפוך בדיוק. ערך ההתנגדות של הנגד מתגבר ועקב כך עם השפעת תגובת הקבל המתח על פני הקבל נעשה קטן יותר.

הנה העקומה איך זה נראה זהה לפלט הקבל: -

תגובת תדרים ותדירות ניתוק

בואו ונבין את העקומה הזו

f _c הוא תדירות הניתוק של המסנן. קו האות מ 0dB / 118Hz עד 100 KHz הוא כמעט שטוח.

הנוסחה של חישוב רווח היא

רווח = 20log (Vout / Vin)

אם נשים את הערכים האלה נראה את התוצאה של רווח עד שתדירות הניתוק תהיה כמעט 1. יחידת רווח אחת או רווח אחד נקראת רווח אחדות.

לאחר אות הניתוק תגובת המעגל יורדת בהדרגה ל- 0 (אפס) וירידה זו מתרחשת בקצב של -20dB / עשור. אם נחשב את הירידה לאוקטבה היא תהיה -6dB. במינוח טכני זה מכונה " רול-אוף ".

בתדרים נמוכים תגובת הקבל הגבוהה מפסיקה את זרימת הזרם דרך הקבל.

אם אנו מיישמים תדרים גבוהים מעל גבול הניתוק, תגובת הקבל יורדת באופן יחסי כאשר תדר האות עולה, וכתוצאה מכך תגובת התגובה נמוכה יותר תהיה 0 כהשפעת מצב הקצר על פני הקבל.

זהו פילטר המעבר הנמוך. על ידי בחירת הנגד המתאים והקבל המתאים נוכל לעצור את התדר, להגביל את האות מבלי להשפיע על האות מכיוון שאין תגובה פעילה.

בתמונה לעיל יש מילה רוחב פס. זה מסמל לאיזה רווח האחדות יוחל והאות ייחסם. אז אם מדובר במסנן נמוך של 150 קילו-הרץ, רוחב הפס יהיה 150 קילו-הרץ. לאחר תדר רוחב הפס ההוא האות תוחלש ותפסיק לעבור במעגלים.

כמו כן יש -3dB, זה דבר חשוב, בתדר הניתוק נקבל רווח -3dB שבו האות מוחלש ל -70.7% והתגובה הקיבולית וההתנגדות שווים ל- R = Xc.

מה הנוסחה של תדירות הניתוק?

f _c = 1 / 2πRC

אז, R הוא התנגדות ו- C הוא קיבול. אם נשים את הערך נדע את תדירות הניתוק.

חישוב מתח יציאה

בואו נראה את התמונה הראשונה המעגלים שבהם נעשה שימוש נגד אחד וקבל אחד ליצירת מסנן נמוך לעבור או מעגל RC.

כאשר אות DC מוחל על פני המעגל זו ההתנגדות של המעגל שיוצרת ירידה כאשר הזרם זורם, אך במקרה של אות AC זה העכבה שנמדדת גם באוהם.

במעגל RC יש שני דברים התנגדותיים. האחד הוא התנגדות והשני הוא התגובה הקיבולית של הקבל. לכן עלינו למדוד תחילה את התגובה הקיבולית של הקבל מכיוון שהיא נדרשת לחישוב העכבה של המעגל.

התנגדות התנגדות ראשונה היא תגובת קיבולית, הנוסחה היא: -

Xc = 1 / 2π f _c

תפוקת הנוסחה תהיה באום, שכן אוהם היא יחידת התגובה הקיבולית, מכיוון שהיא התנגדות פירושה התנגדות.

האופוזיציה השנייה היא הנגד עצמו. ערך הנגד הוא גם התנגדות.

לכן, בשילוב שתי התנגדות אלו נקבל את ההתנגדות הכוללת, שהיא עכבה במעגל RC (קלט אות AC).

עכבה מסומנת כ- Z.

מסנן RC משמש כמעגל " מחלק פוטנציאל משתנה תלוי תדרים ".

מתח המוצא של מחלק זה הוא כדלקמן =

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

R1 + R2 הם ההתנגדות הכוללת של המעגל וזה זהה לעכבה.

לכן, בשילוב משוואה כוללת זו נקבל

על ידי פתרון הנוסחה לעיל אנו מקבלים את הנוסח הסופי: -

Vout = Vin * (Xc / Z)

דוגמה עם חישוב

כפי שאנו כבר יודעים מה קורה בפועל במעגל וכיצד לברר את הערך. בואו נבחר בערכים מעשיים.

בואו ניקח את הערך הנפוץ ביותר בנגד ובקבלים, 4.7k ו- 47nF. בחרנו את הערך מכיוון שהוא זמין באופן נרחב וקל יותר לחישוב. בואו נראה מה יהיה תדר הניתוק ומתח היציאה.

התדירות המנותקת תהיה: -

על ידי פתרון משוואה זו תדר הניתוק הוא 720 הרץ.

בואו איפה זה נכון או לא…

זה המעגל. כתגובת התדר שתוארה קודם לכן בתדר הניתוק ה- dB יהיה -3dB, ללא קשר לתדרים. אנו נחפש -3dB באות הפלט ונראה אם ​​הוא 720Hz או לא. הנה תגובת התדרים: -

כפי שאתה יכול לראות את תגובת התדרים (נקרא גם כמגרש Bode) הגדרנו את הסמן על -3dB (חץ אדום) וקיבל פינה של 720Hz (חץ ירוק) או תדר רוחב פס.

אם אנו מחילים אות 500 הרץ אז תגובת הקיבול תהיה

ואז Vout הוא כאשר מוחל 5V Vin ב 500Hz: -

מעבר משלב

מכיוון שיש קבל אחד המשויך למסנן המעבר הנמוך וזה אות AC שזווית השלב מסמנת כ- Ph (Phi) ביציאה היא -45

זוהי עקומת הסטת הפאזה. קבענו את הסמן על -45

זהו מסנן מעבר נמוך מסדר שני. R1 C1 הוא הצו הראשון ו- R2 C2 הוא הסדר השני. מפלסים יחד הם יוצרים מסנן מעבר נמוך מסדר שני.

למסנן מסדר שני תפקיד שיפוע של 2 x -20dB / עשור או -40dB (-12dB / אוקטבה).

הנה עקומת התגובה: -

הסמן המציג נקודת חיתוך -3dB באות הירוקה שנמצאת על פני הסדר הראשון (R1 C1), השיפוע בה נראה קודם -20dB / עשור והאדום בפלט הסופי בעל שיפוע של -40dB / עָשׂוֹר.

הנוסחאות הן: -

רווח ב- f _c : -

זה יחשב את הרווח של מעגל המעבר הנמוך מהסדר השני.

תדר החיתוך:-

באופן מעשי שיפוע ההשקה גדל לפי הוספת שלב המסנן, נקודת -3dB ותדר פס המעבר משתנים מהערך המחושב בפועל מעל בכמות נקבעת.

סכום קבוע זה מחושב על ידי המשוואה הבאה: -

זה לא כל כך טוב לזרז שני פילטרים פסיביים מכיוון שעכבה דינמית של כל סדר מסנן משפיעה על רשת אחרת באותה מעגל.

יישומים

מסנן נמוך לעבור נמצא בשימוש נרחב במוצרי אלקטרוניקה.

להלן מספר יישומים: -

1. מקלט שמע ואקולייזר
2. פילטר למצלמה
3. אוֹסְצִילוֹסקוּפּ
4. מערכת בקרת מוסיקה ואפנון תדרי בס
5. מחולל פונקציות
6. ספק כוח