ตัวกรองแบบแอคทีฟถูกนำมาใช้โดยใช้แอมพลิฟายเออร์ (โดยปกติคือออปแอมป์) และตัวกรอง RC แบบพาสซีฟ ข้อดีของตัวกรองแบบแอคทีฟเมื่อเปรียบเทียบกับตัวกรองแบบพาสซีฟควรเน้นสิ่งต่อไปนี้:

· ขาดตัวเหนี่ยวนำ

· การคัดเลือกที่ดีกว่า

· การชดเชยสำหรับการลดทอนสัญญาณที่เป็นประโยชน์หรือแม้แต่การขยายสัญญาณ

· ความเหมาะสมสำหรับการนำไปปฏิบัติในรูปแบบของไอซี

ตัวกรองที่ใช้งานอยู่ก็มีข้อเสียเช่นกัน:

¨ การใช้พลังงานจากแหล่งพลังงาน

¨ ช่วงไดนามิกที่จำกัด

¨ การบิดเบือนสัญญาณแบบไม่เชิงเส้นเพิ่มเติม

นอกจากนี้เรายังทราบด้วยว่าการใช้ตัวกรองแบบแอคทีฟกับ op-amps ที่ความถี่ที่สูงกว่าสิบเมกะเฮิรตซ์นั้นเป็นเรื่องยาก เนื่องจากความถี่ที่ได้รับเอกภาพต่ำของ op-amps ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ข้อดีของฟิลเตอร์แบบแอคทีฟบน op-amps นั้นเห็นได้ชัดเจนที่สุด ความถี่ต่ำอ่า ลงไปเป็นเศษส่วนของเฮิรตซ์

ในกรณีทั่วไป เราสามารถสรุปได้ว่าออปแอมป์ในฟิลเตอร์ที่ใช้งานอยู่จะแก้ไขการตอบสนองความถี่ของฟิลเตอร์พาสซีฟโดยการจัดเตรียมเงื่อนไขที่แตกต่างกันสำหรับการส่งผ่านความถี่ที่แตกต่างกันของสเปกตรัมสัญญาณ ชดเชยการสูญเสียที่ความถี่ที่กำหนด ซึ่งนำไปสู่ แรงดันเอาต์พุตลดลงอย่างมากบนทางลาดของการตอบสนองความถี่ เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ จะใช้ลูปป้อนกลับแบบเลือกความถี่ต่างๆ ในออปแอมป์ ตัวกรองแบบแอคทีฟช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะได้รับการตอบสนองความถี่ของตัวกรองทุกประเภท: ความถี่ต่ำ (LPF), ความถี่สูง (HPF) และความถี่คลื่นความถี่ (PF)

ขั้นตอนแรกของการสังเคราะห์ตัวกรองใดๆ ก็คือการระบุฟังก์ชันการถ่ายโอน (ในรูปแบบตัวดำเนินการหรือรูปแบบที่ซับซ้อน) ซึ่งตรงตามเงื่อนไขของความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ และในขณะเดียวกันก็รับประกันการตอบสนองความถี่หรือการตอบสนองเฟสที่ต้องการ (แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง) ของ กรอง. ขั้นตอนนี้เรียกว่าการประมาณลักษณะตัวกรอง

ฟังก์ชันตัวดำเนินการคืออัตราส่วนของพหุนาม:

เค( พี)=ก( พี)/ข( พี),

และถูกกำหนดโดยศูนย์และขั้วโดยเฉพาะ พหุนามตัวเศษที่ง่ายที่สุดคือค่าคงที่ จำนวนขั้วของฟังก์ชัน (และในตัวกรองที่ใช้งานอยู่บน op-amp จำนวนขั้วมักจะเท่ากับจำนวนตัวเก็บประจุในวงจรที่สร้างการตอบสนองความถี่) จะกำหนดลำดับของตัวกรอง ลำดับของตัวกรองระบุอัตราการสลายตัวของการตอบสนองความถี่ ซึ่งสำหรับลำดับแรกคือ 20 dB/ธันวาคม สำหรับลำดับที่สอง - 40 dB/ธันวาคม สำหรับลำดับที่สาม - 60 dB/ธันวาคม เป็นต้น

ปัญหาการประมาณได้รับการแก้ไขสำหรับตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน จากนั้นใช้วิธีผกผันความถี่ ผลลัพธ์ที่ขึ้นต่อกันจะถูกนำมาใช้กับตัวกรองประเภทอื่น ในกรณีส่วนใหญ่ การตอบสนองความถี่จะถูกตั้งค่า โดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านแบบมาตรฐาน:

,

โดยที่ f(x) คือฟังก์ชันการกรอง - ความถี่ปกติ - กรองความถี่ตัด; e คือค่าเบี่ยงเบนที่อนุญาตในพาสแบนด์

ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันที่ใช้เป็น f(x) ตัวกรอง (เริ่มจากลำดับที่สอง) ของ Butterworth, Chebyshev, Bessel ฯลฯ มีความโดดเด่น รูปที่ 7.15 แสดงลักษณะเปรียบเทียบ

ตัวกรอง Butterworth (ฟังก์ชัน Butterworth) อธิบายการตอบสนองความถี่ด้วยส่วนที่แบนที่สุดในพาสแบนด์และมีอัตราการสลายตัวที่ค่อนข้างต่ำ การตอบสนองความถี่ของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านดังกล่าวสามารถแสดงได้ในรูปแบบต่อไปนี้:

โดยที่ n คือลำดับตัวกรอง

ตัวกรอง Chebyshev (ฟังก์ชัน Chebyshev) อธิบายการตอบสนองความถี่ด้วยความไม่สม่ำเสมอบางอย่างใน passband แต่ไม่ใช่อัตราการสลายตัวที่สูงกว่า

ตัวกรอง Bessel มีลักษณะเฉพาะด้วยการตอบสนองเฟสเชิงเส้น ซึ่งเป็นผลมาจากสัญญาณที่มีความถี่อยู่ในแถบความถี่ผ่านตัวกรองโดยไม่ผิดเพี้ยน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตัวกรอง Bessel จะไม่สร้างการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเมื่อประมวลผลการแกว่งของคลื่นสี่เหลี่ยม

นอกเหนือจากการประมาณการตอบสนองความถี่ของตัวกรองที่ใช้งานอยู่โดยประมาณแล้ว ยังมีการรู้จักอื่นๆ เช่น ตัวกรอง Chebyshev แบบผกผัน ตัวกรอง Zolotarev เป็นต้น โปรดทราบว่าวงจรตัวกรองที่ใช้งานอยู่จะไม่เปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับประเภทของการประมาณการตอบสนองความถี่ แต่ความสัมพันธ์ระหว่างค่าขององค์ประกอบจะเปลี่ยนไป

HPF, LPF, PF และ LFC ที่ง่ายที่สุด (ลำดับแรก) จะแสดงในรูปที่ 7.16

ในตัวกรองเหล่านี้ ตัวเก็บประจุที่กำหนดการตอบสนองความถี่จะรวมอยู่ในวงจร OOS

สำหรับตัวกรองความถี่สูงผ่าน (รูปที่ 7.16a) ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านจะเท่ากับ:

,

ความถี่ของการผันเส้นกำกับหาได้จากเงื่อนไข จากที่ไหน

.

สำหรับตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน (รูปที่ 7.16b) เรามี:

,

.

PF (รูปที่ 7.16c) มีองค์ประกอบของตัวกรองความถี่สูงและตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน

คุณสามารถเพิ่มความชันของการปล่อย LFC ได้โดยการเพิ่มลำดับของตัวกรอง ตัวกรองผ่านความถี่ต่ำที่ใช้งานอยู่ ตัวกรองความถี่ผ่านสูงและตัวกรองตัวกรองลำดับที่สองจะแสดงในรูปที่ 7.17

ความชันของเส้นกำกับสามารถถึง 40 dB/dec และการเปลี่ยนจากตัวกรองความถี่ต่ำไปเป็นตัวกรองความถี่สูงผ่าน ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 7.17a, b จะดำเนินการโดยการแทนที่ตัวต้านทานด้วยตัวเก็บประจุ และในทางกลับกัน PF (รูปที่ 7.17c) มีองค์ประกอบตัวกรองความถี่สูงและตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน ฟังก์ชันการถ่ายโอนจะเท่ากัน:

¨ สำหรับตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน:

;

¨ สำหรับตัวกรองความถี่สูงผ่าน:

.

สำหรับ PF ความถี่เรโซแนนซ์จะเท่ากับ:

.

สำหรับตัวกรองความถี่ต่ำผ่านและตัวกรองความถี่สูงผ่าน ความถี่คัตออฟจะเท่ากับ:

;

.

บ่อยครั้งที่มีการใช้ PF ลำดับที่สองโดยใช้วงจรบริดจ์ สะพานที่พบมากที่สุดคือสะพานรูปตัว T สองชั้น ซึ่ง "ไม่ผ่าน" สัญญาณที่ความถี่เรโซแนนซ์ (รูปที่ 7.18a) และสะพาน Wien ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านสูงสุดที่ความถี่เรโซแนนซ์ (รูปที่ 7.18b)

วงจรบริดจ์รวมอยู่ในวงจร PIC และ OOS ในกรณีของ T-bridge คู่ ความลึกของการป้อนกลับจะน้อยที่สุดที่ความถี่เรโซแนนซ์ และอัตราขยายที่ความถี่นี้จะสูงสุด เมื่อใช้สะพาน Wien อัตราขยายที่ความถี่เรโซแนนซ์จะเป็นค่าสูงสุด เนื่องจาก ความลึกสูงสุดของ POS ในเวลาเดียวกัน เพื่อรักษาเสถียรภาพ ความลึกของ OOS ที่แนะนำโดยใช้ตัวต้านทาน และต้องมากกว่าความลึกของ POS หากความลึกของ POS และ OOS อยู่ใกล้กัน ตัวกรองดังกล่าวอาจมีปัจจัยด้านคุณภาพที่เทียบเท่ากัน Q»2000

ความถี่เรโซแนนซ์ของดับเบิ้ลทีบริดจ์ที่ และ และสะพานเวียน และ มีค่าเท่ากัน และเลือกตามเงื่อนไขความเสถียร , เพราะ ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านของสะพาน Wien ที่ความถี่คือ 1/3

ในการรับตัวกรองรอยบาก สามารถเชื่อมต่อสะพานรูปตัว T คู่ดังแสดงในรูปที่ 7.18c หรือสามารถรวมสะพาน Wien ไว้ในวงจร OOS ได้

ในการสร้างตัวกรองแบบปรับได้ที่ใช้งานอยู่ โดยปกติจะใช้สะพาน Wien ซึ่งตัวต้านทานถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของตัวต้านทานแบบปรับค่าได้คู่

เป็นไปได้ที่จะสร้างตัวกรองสากลแบบแอคทีฟ (LPF, HPF และ PF) ซึ่งเป็นเวอร์ชันวงจรดังแสดงในรูปที่ 7.19

ประกอบด้วยตัวเสริม op-amp และตัวกรอง low-pass ลำดับแรกสองตัวบน op-amp และ ซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม ถ้า แล้วความถี่ของการเชื่อมต่อ . LFC มีความชันของเส้นกำกับที่ 40 dB/dec ตัวกรองแอคทีฟสากลมีเสถียรภาพที่ดีของพารามิเตอร์และปัจจัยคุณภาพสูง (มากถึง 100) ค่อนข้างจะใช้บ่อยในไอซีอนุกรม หลักการที่คล้ายกันตัวกรองอาคาร

ไจเรเตอร์

มันเรียกว่าไจเรเตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งแปลงความต้านทานรวมขององค์ประกอบที่เกิดปฏิกิริยา โดยทั่วไปนี่คือตัวแปลงความจุเป็นตัวเหนี่ยวนำ เช่น เทียบเท่ากับการเหนี่ยวนำ บางครั้งไจเรเตอร์เรียกว่าซินธิไซเซอร์ตัวเหนี่ยวนำ การใช้ไจเรเตอร์อย่างแพร่หลายในไอซีอธิบายได้จากความยากลำบากอย่างมากในการผลิตตัวเหนี่ยวนำโดยใช้เทคโนโลยีโซลิดสเตต การใช้ไจเรเตอร์ทำให้ได้ตัวเหนี่ยวนำที่ค่อนข้างสูงโดยมีลักษณะน้ำหนักและขนาดที่ดี

รูปที่ 7.20 แสดงแผนภาพทางไฟฟ้าของหนึ่งในตัวเลือกสำหรับไจเรเตอร์ ซึ่งเป็นรีพีตเตอร์ op-amp ที่ครอบคลุมโดย PIC แบบเลือกความถี่ ( และ )

เนื่องจากความจุของตัวเก็บประจุลดลงตามความถี่ของสัญญาณที่เพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้า ณ จุดนั้น กจะเพิ่มขึ้น. นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของ op-amp ก็จะเพิ่มขึ้นด้วย แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจากเอาต์พุตผ่านวงจร PIC จะถูกส่งไปยังอินพุตที่ไม่กลับด้านซึ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีกที่จุดนั้น กและยิ่งรุนแรงมากเท่าใดความถี่ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่จุด กมีพฤติกรรมเหมือนกับแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำ ความเหนี่ยวนำสังเคราะห์ถูกกำหนดโดยสูตร:

.

ปัจจัยด้านคุณภาพของไจเรเตอร์ถูกกำหนดเป็น:

.

ปัญหาหลักประการหนึ่งในการสร้างไจเรเตอร์คือความยากลำบากในการรับค่าที่เทียบเท่ากับการเหนี่ยวนำซึ่งเทอร์มินัลทั้งสองไม่ได้เชื่อมต่อกับบัสทั่วไป ไจเรเตอร์ดังกล่าวดำเนินการกับออปแอมป์อย่างน้อยสี่ตัว ปัญหาอีกประการหนึ่งคือช่วงความถี่การทำงานของไจเรเตอร์ที่ค่อนข้างแคบ (สูงถึงหลายกิโลเฮิรตซ์สำหรับออปแอมป์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย)

"—หมายถึงตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่ มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อขยายระบบเสียงสเตอริโอด้วยลำโพงเพิ่มเติมที่สร้างเฉพาะความถี่ต่ำสุดเท่านั้น โปรเจ็กต์นี้ประกอบด้วยตัวกรองแอคทีฟลำดับที่สองที่มีความถี่คัตออฟที่ปรับได้ที่ 50 - 250 Hz, แอมพลิฟายเออร์อินพุตที่มีการควบคุมเกน (0.5 - 1.5) และสเตจเอาต์พุต

การออกแบบนี้ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับบริดจ์แอมพลิฟายเออร์ได้ เนื่องจากสัญญาณอยู่ห่างจากเฟส 180 องศาระหว่างกัน ด้วยแหล่งจ่ายไฟในตัวและตัวปรับความเสถียรบนบอร์ด ทำให้สามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าสมมาตรให้กับตัวกรองจากเพาเวอร์แอมป์ได้ ซึ่งโดยปกติจะเป็นไบโพลาร์ 20 - 70 V ฟิลเตอร์โลว์พาสเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำงานกับอุตสาหกรรมและ เครื่องขยายเสียงแบบโฮมเมดและปรีแอมป์

แผนภาพวงจรตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน

วงจรตัวกรองสำหรับซับวูฟเฟอร์จะแสดงในรูป มันทำงานบนพื้นฐานของสอง เครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน U1-U2 (NE5532) คนแรกมีหน้าที่รับผิดชอบในการรวมและกรองสัญญาณ ในขณะที่คนที่สองดูแลแคชของมัน

แผนผังของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านไปยังซับวูฟเฟอร์

สัญญาณอินพุตสเตอริโอจะถูกส่งไปยังตัวเชื่อมต่อ GP1 จากนั้นผ่านตัวเก็บประจุ C1 (470nF) และ C2 (470nF) ตัวต้านทาน R3 (100k) และ R4 (100k) มันจะไปที่อินพุตกลับด้านของเครื่องขยายเสียง U1A องค์ประกอบนี้ใช้ตัวบวกสัญญาณพร้อมอัตราขยายที่ปรับได้ ซึ่งประกอบขึ้นตามวงจรคลาสสิก ตัวต้านทาน R6 (27k) พร้อมด้วย P1 (50k) ช่วยให้คุณสามารถปรับเกนในช่วงตั้งแต่ 0.5 ถึง 1.5 ซึ่งจะช่วยให้คุณเลือกเกนของซับวูฟเฟอร์โดยรวมได้

ตัวต้านทาน R9 (100k) ปรับปรุงความเสถียรของแอมพลิฟายเออร์ U1A และรับประกันโพลาไรเซชันที่ดีในกรณีที่ไม่มีสัญญาณอินพุต

สัญญาณจากเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์จะถูกส่งไปยังฟิลเตอร์แอกทีฟโลว์พาสลำดับที่สองที่สร้างโดย U1B นี่คือสถาปัตยกรรม Sallen-Key ทั่วไป ซึ่งช่วยให้คุณได้รับตัวกรองที่มีความชันและแอมพลิจูดที่แตกต่างกัน รูปร่างของคุณลักษณะนี้ได้รับผลกระทบโดยตรงจากตัวเก็บประจุ C8 (22nF), C9 (22nF) และตัวต้านทาน R10 (22k), R13 (22k) และโพเทนชิออมิเตอร์ P2 (100k) สเกลลอการิทึมของโพเทนชิออมิเตอร์ช่วยให้คุณได้รับการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นในความถี่คัตออฟขณะหมุนปุ่ม ช่วงความถี่กว้าง (สูงถึง 260 Hz) สามารถทำได้ด้วยตำแหน่งซ้ายสุดของโพเทนชิออมิเตอร์ P2 การหันไปทางขวาจะทำให้ย่านความถี่แคบลงเป็น 50 Hz รูปด้านล่างแสดงการตอบสนองของแอมพลิจูดที่วัดได้ของวงจรทั้งหมดสำหรับตำแหน่งสุดขั้วและตำแหน่งตรงกลางสองตำแหน่งของโพเทนชิโอมิเตอร์ P2 ในแต่ละกรณี โพเทนชิโอมิเตอร์ P1 ถูกตั้งค่าไว้ที่ตำแหน่งตรงกลาง โดยได้รับค่าเกน 1 (0 dB)

สัญญาณจากเอาต์พุตตัวกรองถูกประมวลผลโดยใช้เครื่องขยายเสียง U2 องค์ประกอบ C16 (10pF) และ R17 (56k) รับประกันการทำงานที่เสถียรของ U2A m/s ตัวต้านทาน R15-R16 (56k) เป็นตัวกำหนดอัตราขยายของ U2B และ C15 (10pF) จะเพิ่มความเสถียร เอาต์พุตทั้งสองของวงจรใช้ตัวกรองประกอบด้วยองค์ประกอบ R18-R19 (100 โอห์ม), C17-C18 (10uF/50V) และ R20-R21 (100k) ซึ่งสัญญาณจะถูกส่งไปยังขั้วต่อเอาต์พุต GP3 ด้วยการออกแบบนี้ ที่เอาต์พุตเรารับสัญญาณสองตัวที่เลื่อนในเฟส 180 องศา ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมต่อโดยตรงของแอมพลิฟายเออร์สองตัวและแอมพลิฟายเออร์บริดจ์หนึ่งตัว

ตัวกรองใช้แหล่งจ่ายไฟแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์อย่างง่ายโดยใช้ซีเนอร์ไดโอด D1 (BZX55-C16V), D2 (BZX55-C16V) และทรานซิสเตอร์สองตัว T1 (BD140) และ T2 (BD139) ตัวต้านทาน R2 (4.7k) และ R8 (4.7k) เป็นตัวจำกัดกระแสสำหรับซีเนอร์ไดโอด และได้รับเลือกในลักษณะที่แรงดันไฟจ่ายต่ำสุดกระแสจะอยู่ที่ประมาณ 1 mA และที่ค่าสูงสุดจะปลอดภัยสำหรับ D1 และ D2.

องค์ประกอบ R5 (510 โอห์ม), C4 (47uF/25V), R7 (510 โอห์ม), C6 (47uF/25V) เป็นตัวกรองการปรับแรงดันไฟฟ้าให้เรียบอย่างง่ายที่ใช้ T1 และ T2 ตัวต้านทาน R1 (10 โอห์ม), R11 (10 โอห์ม) และตัวเก็บประจุ C3 (100uF/25V), C7 (100uF/25V) ก็เป็นตัวกรองแรงดันไฟฟ้าเช่นกัน ขั้วต่อสายไฟ - GP2.

การเชื่อมต่อตัวกรองซับวูฟเฟอร์

เป็นที่น่าสังเกตว่าโมดูลตัวกรองซับวูฟเฟอร์ควรเชื่อมต่อกับเอาต์พุตพรีแอมป์หลังจากการควบคุมระดับเสียง ซึ่งจะปรับปรุงการควบคุมระดับเสียงของทั้งระบบ เมื่อใช้โพเทนชิออมิเตอร์เกน คุณสามารถปรับอัตราส่วนของระดับเสียงซับวูฟเฟอร์ต่อระดับเสียงของเส้นทางสัญญาณทั้งหมดได้ เครื่องขยายสัญญาณเสียงใดๆ ที่ทำงานในรูปแบบคลาสสิกจะต้องเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของโมดูล หากจำเป็น ให้ใช้สัญญาณเอาท์พุตเพียงอันเดียว โดยทำมุม 180 องศาจากเฟสซึ่งกันและกัน สามารถใช้สัญญาณเอาท์พุตทั้งสองได้ หากคุณต้องการสร้างเครื่องขยายเสียงในการกำหนดค่าบริดจ์

ในชีวิตของคุณคุณเคยได้ยินคำว่า “ตัวกรอง” มากกว่าหนึ่งครั้ง เครื่องกรองน้ำ, ไส้กรองอากาศ, กรองน้ำมัน, “กรองตลาด” ในที่สุด) ตัวกรองอากาศ น้ำ น้ำมัน และประเภทอื่นๆ จะขจัดสิ่งแปลกปลอมและสิ่งสกปรก แต่ไส้กรองไฟฟ้ากรองอะไร? คำตอบนั้นง่าย: ความถี่

ไส้กรองไฟฟ้าคืออะไร

ไส้กรองไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์สำหรับเน้นองค์ประกอบสเปกตรัมที่ต้องการ (ความถี่) และ/หรือระงับส่วนที่ไม่ต้องการ สำหรับความถี่อื่นๆ ที่ไม่รวมอยู่ใน ตัวกรองจะสร้างการลดทอนอย่างมาก จนถึงความถี่ที่หายไปโดยสิ้นเชิง

คุณลักษณะของตัวกรองในอุดมคติควรตัดย่านความถี่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดออกและ "บีบ" ความถี่อื่นๆ จนกว่าจะลดทอนลงอย่างสมบูรณ์ ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างของตัวกรองในอุดมคติที่ส่งผ่านความถี่จนถึงค่าความถี่คัตออฟที่กำหนด

ในทางปฏิบัติ ตัวกรองดังกล่าวไม่สามารถนำมาใช้ได้ เมื่อออกแบบตัวกรอง พวกเขาพยายามเข้าใกล้คุณลักษณะในอุดมคติให้มากที่สุด ยิ่งใกล้กับตัวกรองในอุดมคติมากเท่าไรก็ยิ่งทำหน้าที่กรองสัญญาณได้ดีขึ้นเท่านั้น

ตัวกรองที่ประกอบเฉพาะกับองค์ประกอบวิทยุแบบพาสซีฟเท่านั้นที่เรียกว่า ตัวกรองแบบพาสซีฟ. ตัวกรองที่มีองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีที่ใช้งานอยู่ตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปจะถูกเรียก ตัวกรองที่ใช้งานอยู่.

ในบทความของเรา เราจะดูตัวกรองแบบพาสซีฟและเริ่มต้นด้วยตัวกรองที่ง่ายที่สุด ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบวิทยุตัวเดียว

ตัวกรององค์ประกอบเดียว

ตามที่คุณเข้าใจจากชื่อ ตัวกรององค์ประกอบเดียวจะประกอบด้วยองค์ประกอบวิทยุหนึ่งรายการ นี่อาจเป็นได้ทั้งตัวเก็บประจุหรือตัวเหนี่ยวนำ คอยล์และตัวเก็บประจุนั้นไม่ใช่ตัวกรอง - โดยพื้นฐานแล้วเป็นเพียงองค์ประกอบทางวิทยุ แต่เมื่อรวมกับภาระแล้วก็ถือได้ว่าเป็นตัวกรองอยู่แล้ว ทุกอย่างเรียบง่ายที่นี่ รีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุและคอยล์ขึ้นอยู่กับความถี่ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับรีแอกแตนซ์ได้ในบทความ

ตัวกรององค์ประกอบเดียวส่วนใหญ่จะใช้ในเทคโนโลยีเสียง สำหรับการกรองจะใช้คอยล์หรือตัวเก็บประจุ ขึ้นอยู่กับความถี่ที่ต้องแยก สำหรับลำโพงความถี่สูง (ทวีตเตอร์) เราเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรมกับลำโพง ซึ่งจะส่งสัญญาณความถี่สูงผ่านตัวลำโพงโดยแทบไม่สูญเสีย และจะรองรับความถี่ต่ำ

สำหรับลำโพงซับวูฟเฟอร์ เราต้องเน้นความถี่ต่ำ (LF) ดังนั้นเราจึงเชื่อมต่อตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรมกับซับวูฟเฟอร์

แน่นอนว่าสามารถคำนวณพิกัดขององค์ประกอบรังสีเดี่ยวได้ แต่ส่วนใหญ่จะเลือกโดยหูเป็นหลัก

สำหรับผู้ที่ไม่ต้องการรบกวน ชาวจีนที่ทำงานหนักจะสร้างฟิลเตอร์สำเร็จรูปสำหรับทวีตเตอร์และซับวูฟเฟอร์ นี่คือตัวอย่างหนึ่ง:

บนบอร์ด เราเห็นเทอร์มินัลบล็อก 3 ตัว: เทอร์มินัลบล็อกอินพุต (INPUT), เทอร์มินัลบล็อกเอาต์พุตสำหรับเบส (BASS) และเทอร์มินัลบล็อกสำหรับทวีตเตอร์ (TREBLE)

ฟิลเตอร์รูปตัว L

ฟิลเตอร์รูปตัว L ประกอบด้วยองค์ประกอบวิทยุสองชิ้น โดยหนึ่งหรือสองชิ้นมีการตอบสนองความถี่แบบไม่เชิงเส้น

ตัวกรอง RC

ฉันคิดว่าเราจะเริ่มต้นด้วยตัวกรองที่เรารู้จักดีที่สุด ซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ มีการปรับเปลี่ยน 2 แบบ คือ

เมื่อมองแวบแรก คุณอาจคิดว่าตัวกรองสองตัวนี้เหมือนกัน แต่ไม่ใช่ในกรณีนี้ ง่ายต่อการตรวจสอบว่าคุณสร้างการตอบสนองความถี่สำหรับตัวกรองแต่ละตัวหรือไม่

โพรทูสจะช่วยเราในเรื่องนี้ ดังนั้นการตอบสนองความถี่ของวงจรนี้

จะมีลักษณะเช่นนี้:

ดังที่เราเห็น การตอบสนองความถี่ของตัวกรองดังกล่าวช่วยให้ความถี่ต่ำผ่านไปได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง และด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้น ตัวกรองก็จะลดทอนความถี่สูงลง ดังนั้นตัวกรองดังกล่าวจึงเรียกว่าตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน (LPF)

แต่สำหรับเครือนี้

การตอบสนองความถี่จะเป็นแบบนี้

นี่มันตรงกันข้ามเลย ตัวกรองดังกล่าวจะลดทอนความถี่ต่ำและส่งผ่านความถี่สูง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมตัวกรองดังกล่าวจึงเรียกว่าตัวกรองความถี่สูงผ่าน (HPF)

ความชันตอบสนองความถี่

ความชันของการตอบสนองความถี่ในทั้งสองกรณีคือ 6 dB/อ็อกเทฟหลังจากจุดที่สอดคล้องกับค่าเกนที่ -3 dB ซึ่งก็คือความถี่คัตออฟ สัญกรณ์ 6 dB/ออคเทฟหมายถึงอะไร ก่อนหรือหลังความถี่คัตออฟ ความชันของการตอบสนองความถี่จะอยู่ในรูปของเส้นเกือบเป็นเส้นตรง โดยมีเงื่อนไขว่าค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านจะวัดในหน่วย อ็อกเทฟคืออัตราส่วนความถี่สองต่อหนึ่ง ในตัวอย่างของเรา ความชันของการตอบสนองความถี่คือ 6 เดซิเบล/อ็อกเทฟ ซึ่งหมายความว่าเมื่อความถี่เพิ่มขึ้นสองเท่า การตอบสนองความถี่โดยตรงของเราจะเพิ่มขึ้น (หรือลดลง) 6 เดซิเบล

ลองดูตัวอย่างนี้

ลองใช้ความถี่ 1 KHz ที่ความถี่ตั้งแต่ 1 KHz ถึง 2 KHz การตอบสนองความถี่ที่ลดลงจะเป็น 6 dB ในช่วงตั้งแต่ 2 KHz ถึง 4 KHz การตอบสนองความถี่จะลดลง 6 dB อีกครั้ง ในช่วงจาก 4 KHz ถึง 8 KHz จะลดลงอีกครั้ง 6 dB ที่ความถี่ตั้งแต่ 8 KHz ถึง 16 KHz การลดทอนของการตอบสนองความถี่จะ อีกครั้งเป็น 6 dB เป็นต้น ดังนั้น ความชันในการตอบสนองความถี่คือ 6 เดซิเบล/ออคเทฟ นอกจากนี้ยังมีค่า dB/ทศวรรษ อีกด้วย มีการใช้ไม่บ่อยและแสดงถึงความแตกต่างระหว่างความถี่ 10 เท่า วิธีค้นหา dB/ทศวรรษ มีอยู่ในบทความ

ยิ่งความชันของการตอบสนองความถี่ตรงสูงชันเท่าใด คุณสมบัติการเลือกของตัวกรองก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น:

ตัวกรองที่มีคุณสมบัติความชัน 24 เดซิเบล/ออคเทฟ จะดีกว่าตัวกรองที่มีความชัน 6 เดซิเบล/ออคเทฟอย่างชัดเจน เนื่องจากตัวกรองจะเข้าใกล้อุดมคติมากขึ้น

ตัวกรอง RL

ทำไมไม่เปลี่ยนตัวเก็บประจุด้วยตัวเหนี่ยวนำล่ะ? เราได้รับตัวกรองสองประเภทอีกครั้ง:

สำหรับไส้กรองนี้

การตอบสนองความถี่มีรูปแบบดังนี้:

เรามีฟิลเตอร์โลว์พาสเหมือนกัน

และสำหรับห่วงโซ่ดังกล่าว

การตอบสนองความถี่จะอยู่ในรูปแบบนี้

ตัวกรองความถี่สูงผ่านเดียวกัน

ตัวกรอง RC และ RL เรียกว่า ตัวกรองลำดับแรกและให้ความชันตอบสนองความถี่ 6 dB/อ็อกเทฟหลังความถี่คัตออฟ

ตัวกรอง LC

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณเปลี่ยนตัวต้านทานเป็นตัวเก็บประจุ? โดยรวมแล้วเรามีองค์ประกอบวิทยุสองรายการในวงจร ซึ่งค่ารีแอกแตนซ์ขึ้นอยู่กับความถี่ นอกจากนี้ยังมีสองตัวเลือกที่นี่:

ลองดูการตอบสนองความถี่ของตัวกรองนี้

ดังที่คุณอาจสังเกตเห็นว่าการตอบสนองความถี่ในย่านความถี่ต่ำนั้นราบเรียบที่สุดและจบลงด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เขามาจากไหน? ไม่เพียงแต่วงจรประกอบจากองค์ประกอบวิทยุแบบพาสซีฟเท่านั้น แต่ยังขยายสัญญาณแรงดันไฟฟ้าในบริเวณสไปค์ด้วย!? แต่อย่าชื่นชมยินดี มันขยายด้วยแรงดันไฟฟ้า ไม่ใช่กำลัง ความจริงก็คือเราได้รับ ซึ่งตามที่คุณจำได้มีแรงดันไฟฟ้าเรโซแนนซ์ที่ความถี่เรโซแนนซ์ ด้วยเรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมขดลวดจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุ

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด แรงดันไฟฟ้านี้คือ Q เท่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับถังอนุกรม ถามคืออะไร? นี้ . การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วนี้ไม่ควรทำให้คุณสับสน เนื่องจากความสูงของจุดสูงสุดนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านคุณภาพ ซึ่งในวงจรจริงจะมีค่าเพียงเล็กน้อย วงจรนี้ยังมีชื่อเสียงจากข้อเท็จจริงที่ว่าความชันเฉพาะตัวของมันคือ 12 dB/ออคเทฟ ซึ่งดีกว่าฟิลเตอร์ RC และ RL ถึงสองเท่า อย่างไรก็ตามแม้ว่าแอมพลิจูดสูงสุดจะเกินค่า 0 dB แต่เรายังคงกำหนดพาสแบนด์ที่ระดับ -3 dB เรื่องนี้ก็ไม่ควรลืมเช่นกัน

เช่นเดียวกับตัวกรองความถี่สูงผ่าน

อย่างที่ฉันบอกไปแล้วว่าตัวกรอง LC ถูกเรียกไปแล้ว ตัวกรองลำดับที่สองและให้ความชันตอบสนองความถี่ 12 เดซิเบล/ออคเทฟ

ตัวกรองที่ซับซ้อน

จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณเชื่อมต่อตัวกรองลำดับแรกสองตัวติดกัน น่าแปลกที่สิ่งนี้จะส่งผลให้มีตัวกรองลำดับที่สอง

การตอบสนองความถี่จะชันมากขึ้น คือ 12 เดซิเบล/ออคเทฟ ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับตัวกรองลำดับที่สอง เดาว่าตัวกรองลำดับที่สามจะมีความชันเท่าใด ;-) ? ถูกต้อง เพิ่ม 6 dB/ออคเทฟ และได้ 18 dB/ออคเทฟ ดังนั้น สำหรับตัวกรองลำดับที่ 4 ความชันการตอบสนองความถี่จะเป็น 24 dB/ออคเทฟอยู่แล้ว เป็นต้น นั่นคือยิ่งเราเชื่อมต่อลิงก์มากเท่าใด ความชันของการตอบสนองความถี่ก็จะยิ่งชันมากขึ้นเท่านั้น และคุณลักษณะตัวกรองก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ทั้งหมดนี้เป็นจริง แต่คุณลืมไปว่าแต่ละขั้นตอนต่อมามีส่วนทำให้สัญญาณอ่อนตัวลง

ในแผนภาพด้านบน เราสร้างการตอบสนองความถี่ของตัวกรองที่ไม่มี ความต้านทานภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและยังไม่มีโหลด นั่นคือในกรณีนี้ ความต้านทานที่เอาต์พุตของตัวกรองคือค่าอนันต์ ซึ่งหมายความว่าขอแนะนำให้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแต่ละขั้นตอนต่อมามีความต้านทานอินพุตสูงกว่าขั้นตอนก่อนหน้าอย่างมาก ในปัจจุบัน ลิงก์แบบเรียงซ้อนได้จมลงสู่การลืมเลือนแล้ว และตอนนี้มีการใช้ตัวกรองแบบแอคทีฟที่สร้างขึ้นบน op-amps

การวิเคราะห์ตัวกรองจาก Aliexpress

เพื่อให้คุณเข้าใจแนวคิดก่อนหน้านี้ เราจะวิเคราะห์ตัวอย่างง่ายๆ จากพี่น้องตาแคบของเรา Aliexpress จำหน่ายตัวกรองซับวูฟเฟอร์ต่างๆ ลองพิจารณาหนึ่งในนั้น

ตามที่คุณสังเกตเห็น คุณลักษณะของตัวกรองจะถูกเขียนไว้: ประเภทนี้ฟิลเตอร์นี้ออกแบบมาสำหรับซับวูฟเฟอร์ขนาด 300 วัตต์ โดยมีความชันที่มีลักษณะเฉพาะคือ 12 เดซิเบล/ออคเทฟ หากคุณเชื่อมต่อซับวูฟเฟอร์ที่มีความต้านทานคอยล์ 4 โอห์มเข้ากับเอาต์พุตตัวกรอง ความถี่คัตออฟจะเป็น 150 Hz หากความต้านทานของคอยล์ซับวูฟเฟอร์คือ 8 โอห์ม ความถี่คัตออฟจะอยู่ที่ 300 Hz

สำหรับกาน้ำชาเต็ม ผู้ขายได้จัดเตรียมไดอะแกรมไว้ในคำอธิบายผลิตภัณฑ์ด้วย เธอมีลักษณะเช่นนี้:

ส่วนใหญ่แล้วคุณจะเห็นค่าความต้านทานของคอยล์บนลำโพงโดยตรง กระแสตรง: 2 โอห์ม, 4 โอห์ม, 8 โอห์ม น้อยกว่า 16 Ω สัญลักษณ์ Ω หลังตัวเลขหมายถึงโอห์ม โปรดจำไว้ว่าคอยล์ในลำโพงเป็นแบบอุปนัย

ตัวเหนี่ยวนำมีพฤติกรรมอย่างไรที่ความถี่ต่างกัน?

อย่างที่คุณเห็นที่กระแสตรงคอยล์ลำโพงมีความต้านทานแบบแอคทีฟเนื่องจากถูกพันจากลวดทองแดง ที่ความถี่ต่ำจะเข้ามามีบทบาทซึ่งคำนวณโดยสูตร:

ที่ไหน

X L - ความต้านทานของคอยล์, โอห์ม

P คงที่และเท่ากับประมาณ 3.14

F - ความถี่ Hz

L - ตัวเหนี่ยวนำ, H

เนื่องจากซับวูฟเฟอร์ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับความถี่ต่ำ ซึ่งหมายความว่ารีแอกแตนซ์ของคอยล์เดียวกันจะถูกเพิ่มอนุกรมพร้อมกับความต้านทานแบบแอกทีฟของคอยล์เอง แต่ในการทดลองของเรา เราจะไม่คำนึงถึงสิ่งนี้ เนื่องจากเราไม่ทราบความเหนี่ยวนำของผู้พูดในจินตนาการของเรา ดังนั้นเราจึงทำการคำนวณเชิงทดลองทั้งหมดโดยมีข้อผิดพลาดที่เหมาะสม

ตามความเชื่อของจีน เมื่อโหลดตัวกรองลำโพงด้วย 4 โอห์ม แบนด์วิดท์จะสูงถึง 150 เฮิรตซ์ มาตรวจสอบว่าสิ่งนี้เป็นจริงหรือไม่:

การตอบสนองความถี่ของมัน

อย่างที่คุณเห็น ความถี่คัตออฟที่ -3 dB เกือบ 150 Hz

เราใส่ตัวกรองของเราด้วยลำโพง 8 โอห์ม

ความถี่ตัดคือ 213 Hz

รายละเอียดสินค้าระบุว่าความถี่คัตออฟสำหรับซับ 8 โอห์มจะเป็น 300 Hz ฉันคิดว่าคุณสามารถไว้วางใจชาวจีนได้เนื่องจากประการแรกข้อมูลทั้งหมดเป็นการประมาณและประการที่สองการจำลองในโปรแกรมยังห่างไกลจากความเป็นจริง แต่นั่นไม่ใช่แก่นแท้ของประสบการณ์ ดังที่เราเห็นในการตอบสนองความถี่ การโหลดตัวกรองด้วยค่าความต้านทานที่สูงกว่า ความถี่คัตออฟจะเลื่อนขึ้น สิ่งนี้จะต้องนำมาพิจารณาด้วยเมื่อออกแบบตัวกรอง

ตัวกรองแบนด์พาส

ในบทความที่แล้ว เราได้ดูตัวอย่างหนึ่งของตัวกรอง bandpass

นี่คือลักษณะการตอบสนองความถี่ของตัวกรองนี้

ลักษณะเฉพาะของตัวกรองดังกล่าวคือมีความถี่คัตออฟสองความถี่ นอกจากนี้ยังถูกกำหนดที่ระดับ -3 dB หรือที่ระดับ 0.707 จากค่าสูงสุดของสัมประสิทธิ์การส่งผ่านหรือแม่นยำยิ่งขึ้น K u max /√2

ตัวกรองเรโซแนนซ์ Bandpass

หากเราจำเป็นต้องเลือกย่านความถี่แคบ ตัวกรองเรโซแนนซ์ LC จะถูกใช้สำหรับสิ่งนี้ พวกเขามักถูกเรียกว่าเลือกสรร มาดูตัวแทนคนหนึ่งของพวกเขากัน

วงจร LC ร่วมกับตัวต้านทาน R เกิดขึ้น คอยล์และตัวเก็บประจุที่จับคู่กันจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ความถี่เรโซแนนซ์จะมีอิมพีแดนซ์สูงมาก หรือที่เรียกกันว่าวงจรเปิด เป็นผลให้ที่เอาท์พุทของวงจรที่มีการสั่นพ้องจะมีค่าของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าโดยที่เราไม่ได้เชื่อมต่อโหลดใด ๆ กับเอาท์พุทของตัวกรองดังกล่าว

การตอบสนองความถี่ของตัวกรองนี้จะมีลักษณะดังนี้:

หากเราใช้ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านตามแกน Y กราฟตอบสนองความถี่จะมีลักษณะดังนี้:

สร้างเส้นตรงที่ระดับ 0.707 และประมาณแบนด์วิธของตัวกรองดังกล่าว อย่างที่คุณเห็นมันจะแคบมาก ปัจจัยด้านคุณภาพ Q ช่วยให้คุณสามารถประเมินลักษณะของวงจรได้ ยิ่งปัจจัยด้านคุณภาพสูงเท่าใด ลักษณะเฉพาะก็จะยิ่งคมชัดมากขึ้นเท่านั้น

จะตรวจสอบปัจจัยด้านคุณภาพจากกราฟได้อย่างไร? ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องค้นหาความถี่เรโซแนนซ์โดยใช้สูตร:

ที่ไหน

f 0 คือความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร Hz

L - ตัวเหนี่ยวนำคอยล์, H

C - ความจุของตัวเก็บประจุ F

เราแทนที่ L=1mH และ C=1uF และรับความถี่เรโซแนนซ์ที่ 5033 Hz สำหรับวงจรของเรา

ตอนนี้เราจำเป็นต้องกำหนดแบนด์วิดท์ของตัวกรองของเรา ซึ่งทำได้ตามปกติที่ระดับ -3 dB หากสเกลแนวตั้งเป็น หรือที่ระดับ 0.707 หากสเกลเป็นแบบเส้นตรง

มาเพิ่มการตอบสนองความถี่ด้านบนของเราและค้นหาความถี่คัตออฟสองความถี่

ฉ 1 = 4839 เฮิรตซ์

ฉ 2 = 5233 เฮิรตซ์

ดังนั้น แบนด์วิธ Δf=f 2 – f 1 = 5233-4839=394 Hz

สิ่งที่เหลืออยู่ก็คือการค้นหาปัจจัยด้านคุณภาพ:

ถาม=5033/394=12.77

ตัวกรองรอยบาก

วงจร LC อีกประเภทหนึ่งคือวงจรซีรีย์ LC

การตอบสนองความถี่จะมีลักษณะดังนี้:

แน่นอนว่าข้อเสียนี้สามารถกำจัดได้โดยการวางตัวเหนี่ยวนำไว้ในตะแกรง mu-metal แต่จะทำให้มีราคาแพงกว่าเท่านั้น นักออกแบบพยายามหลีกเลี่ยงตัวเหนี่ยวนำทุกครั้งที่เป็นไปได้ แต่ด้วยความก้าวหน้า ปัจจุบันจึงไม่ได้ใช้คอยล์ในฟิลเตอร์แบบแอคทีฟที่สร้างขึ้นบน op-amps

บทสรุป

ตัวกรองพบการใช้งานมากมายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ ตัวอย่างเช่น ในด้านโทรคมนาคม ตัวกรองแบนด์พาสจะใช้ในช่วงความถี่เสียง (20 Hz-20 KHz) ระบบเก็บข้อมูลใช้ตัวกรองความถี่ต่ำ (LPF) ในเครื่องดนตรี ฟิลเตอร์จะลดเสียงรบกวน เลือกกลุ่มความถี่เฉพาะสำหรับลำโพงที่เกี่ยวข้อง และยังสามารถเปลี่ยนเสียงได้อีกด้วย ในระบบจ่ายไฟ ตัวกรองมักใช้เพื่อลดความถี่ใกล้กับความถี่หลัก 50/60 Hz ในอุตสาหกรรม ตัวกรองใช้เพื่อชดเชยโคไซน์พี และยังใช้เป็นตัวกรองฮาร์มอนิกด้วย

สรุป

ตัวกรองไฟฟ้าใช้เพื่อเน้นช่วงความถี่หนึ่งและลดความถี่ที่ไม่จำเป็น

ตัวกรองที่สร้างขึ้นจากองค์ประกอบวิทยุแบบพาสซีฟ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุ เรียกว่าตัวกรองแบบพาสซีฟ ฟิลเตอร์ที่มีองค์ประกอบวิทยุแบบแอคทีฟ เช่น ทรานซิสเตอร์หรือออปแอมป์ เรียกว่าฟิลเตอร์แบบแอคทีฟ

ยิ่งคุณสมบัติการตอบสนองความถี่ลดลงมากเท่าใด คุณสมบัติการเลือกของตัวกรองก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

โดยการมีส่วนร่วมของ JEER

เมื่อทำงานกับสัญญาณไฟฟ้า มักจำเป็นต้องแยกความถี่หรือย่านความถี่หนึ่งออกจากกัน (เช่น เพื่อแยกสัญญาณรบกวนและสัญญาณที่เป็นประโยชน์) ตัวกรองไฟฟ้าใช้สำหรับการแยกดังกล่าว ฟิลเตอร์แบบแอคทีฟต่างจากพาสซีฟตรงที่มีออปแอมป์ (หรือองค์ประกอบแอคทีฟอื่น ๆ เช่น ทรานซิสเตอร์ หลอดสุญญากาศ) และมีข้อดีหลายประการ ให้การแยก passbands และการลดทอนสัญญาณได้ดีขึ้น และค่อนข้างง่ายที่จะปรับความไม่สม่ำเสมอของพาสแบนด์เหล่านั้น การตอบสนองความถี่ในพื้นที่ของการส่งผ่านและการลดทอน นอกจากนี้วงจรกรองแบบแอคทีฟมักไม่ใช้ตัวเหนี่ยวนำ ในวงจรกรองแบบแอกทีฟ ลักษณะเฉพาะของความถี่จะถูกกำหนดโดยการป้อนกลับที่ขึ้นกับความถี่

กรองผ่านต่ำ

วงจรกรองความถี่ต่ำผ่านแสดงในรูปที่ 1 12.

ข้าว. 12. ฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำที่ใช้งานอยู่

ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านของตัวกรองดังกล่าวสามารถเขียนได้เป็น

, (5)

และ
. (6)

ที่ ถึง 0 >>1

ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน
ใน (5) กลายเป็นเหมือนกับตัวกรองพาสซีฟอันดับสองที่มีองค์ประกอบทั้งสาม ( ร, ล, ค) (รูปที่ 13) ซึ่ง:

ข้าว. 14. การตอบสนองความถี่และการตอบสนองเฟสของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่ที่แตกต่างกันถาม .

ถ้า ร 1 = ร 3 = ร และ ค 2 = ค 4 = ค(ในรูปที่ 12) จากนั้นสามารถเขียนค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านได้เป็น

ลักษณะแอมพลิจูดและความถี่เฟสของฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำแบบแอคทีฟสำหรับปัจจัยด้านคุณภาพที่แตกต่างกัน ถามแสดงในรูปที่. 14 (พารามิเตอร์ของวงจรไฟฟ้าถูกเลือกไว้เช่นนั้น ω 0 = 200 ราด/วินาที) ตัวเลขแสดงให้เห็นว่ามีเพิ่มขึ้น ถาม

ตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่ของลำดับแรกถูกนำมาใช้โดยวงจร รูปที่. 15.

ข้าว. 15. ตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่ในลำดับแรก

ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านตัวกรองคือ

.

อะนาล็อกแบบพาสซีฟของตัวกรองนี้แสดงไว้ในรูปที่ 1 16.

เมื่อเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน เราจะเห็นว่าค่าคงที่ในเวลาเดียวกัน τ’ 2 และ τ โมดูลัสของกำไรของตัวกรองที่ใช้งานลำดับแรกจะเข้ามา ถึง 0 มากกว่าพาสซีฟหลายเท่า

ข้าว. 17.ซิมูลิงค์- รูปแบบตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่

คุณสามารถศึกษาการตอบสนองความถี่และการตอบสนองเฟสของตัวกรองที่ใช้งานอยู่ระหว่างการพิจารณาได้ เช่น ใน ซิมูลิงค์โดยใช้บล็อกฟังก์ชันถ่ายโอน สำหรับพารามิเตอร์ แผนภาพไฟฟ้า ถึง ร = 1, ω 0 = 200 rad/s และ ถาม = 10 ซิมูลิงค์- โมเดลที่มีบล็อกฟังก์ชันถ่ายโอนข้อมูลจะมีลักษณะดังแสดงในรูป 17. สามารถรับการตอบสนองความถี่และการตอบสนองเฟสได้โดยใช้ แอลทีไอ- ผู้ดู. แต่ในกรณีนี้จะใช้คำสั่งได้ง่ายกว่า แมทแล็บ ความถี่. ด้านล่างนี้เป็นรายการเพื่อรับกราฟการตอบสนองความถี่และเฟส

W0=2e2; %ความถี่ธรรมชาติ

ถาม=10; % ปัจจัยด้านคุณภาพ

ก=0:1:400; %ช่วงความถี่

ข=; %เวกเตอร์ของตัวเศษของฟังก์ชันถ่ายโอน:

ก=; %เวกเตอร์ของตัวส่วนของฟังก์ชันการถ่ายโอน:

ความถี่(b,a,w); การคำนวณ % และการสร้างการตอบสนองความถี่และการตอบสนองเฟส

ลักษณะความถี่แอมพลิจูดของฟิลเตอร์ความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่ (สำหรับ τ = 1 วินาทีและ ถึง 0 = 1,000) แสดงในรูปที่ 18 ตัวเลขแสดงให้เห็นว่ามีเพิ่มขึ้น ถามลักษณะเรโซแนนซ์ของลักษณะแอมพลิจูด-ความถี่ปรากฏให้เห็น

มาสร้างแบบจำลองของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านกันเถอะ ซิมพาวเวอร์ซิสเต็มส์โดยใช้บล็อก op-amp ที่เราสร้างขึ้น ( การดำเนินงานเครื่องขยายเสียง) ดังแสดงในรูปที่ 19 บล็อกเครื่องขยายเสียงในการดำเนินงานไม่เป็นเชิงเส้น ดังนั้นในการตั้งค่า การจำลอง/ การกำหนดค่าพารามิเตอร์ซิมูลิงค์เพื่อเพิ่มความเร็วในการคำนวณคุณต้องใช้วิธีการ ode23tbหรือ ode15s. นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องเลือกขั้นตอนเวลาอย่างชาญฉลาด

ข้าว. 18. การตอบสนองความถี่และการตอบสนองเฟสของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่ (สำหรับτ = 1ค)

อนุญาต ร 1 = ร 3 = ร 6 = 100 โอห์ม ร 5 = 190 โอห์ม ค 2 = ค 4 = 5*10 -5 F สำหรับกรณีที่ความถี่ต้นทางตรงกับความถี่ธรรมชาติของระบบ ω 0 สัญญาณที่เอาต์พุตตัวกรองจะถึงแอมพลิจูดสูงสุด (แสดงในรูปที่ 20) สัญญาณแสดงถึงการสั่นบังคับในสภาวะคงตัวด้วยความถี่ต้นทาง กราฟแสดงกระบวนการชั่วคราวที่เกิดจากการเปิดวงจรในช่วงเวลาหนึ่งอย่างชัดเจน ที= 0 กราฟยังแสดงความเบี่ยงเบนของสัญญาณจากรูปร่างไซน์ซอยด์ใกล้สุดขั้วด้วย ในรูป 21. ส่วนที่ขยายของกราฟก่อนหน้าจะปรากฏขึ้น ความเบี่ยงเบนเหล่านี้สามารถอธิบายได้ด้วยความอิ่มตัวของ op-amp (ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตที่เอาต์พุต op-amp ± 15 V) เห็นได้ชัดว่าเมื่อแอมพลิจูดของสัญญาณต้นทางเพิ่มขึ้น พื้นที่ของการบิดเบือนของสัญญาณที่เอาต์พุตก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

ข้าว. 19. แบบจำลองของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่ซิมพาวเวอร์ซิสเต็มส์.

ข้าว. 20. สัญญาณที่เอาต์พุตของฟิลเตอร์โลว์พาสที่ใช้งานอยู่

ข้าว. 21. แฟรกเมนต์ของสัญญาณที่เอาต์พุตของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ใช้งานอยู่

ในบทความนี้เราจะพูดถึงตัวกรองความถี่สูงและต่ำผ่านลักษณะและความหลากหลายของตัวกรอง

ตัวกรองผ่านสูงและต่ำ- นี้ วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีการตอบสนองความถี่แบบไม่เชิงเส้น - มีความต้านทานต่างกันที่ความถี่ต่างกัน

ตัวกรองความถี่สามารถแบ่งออกเป็นตัวกรองความถี่สูงผ่าน (ความถี่สูง) และตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน (ความถี่ต่ำผ่าน) เหตุใดผู้คนจึงมักพูดว่าความถี่ "บน" มากกว่า "สูง" เพราะในทางวิศวกรรมเสียง ความถี่ต่ำสิ้นสุดที่ 2 กิโลเฮิรตซ์ และความถี่สูงเริ่มต้น และในวิศวกรรมวิทยุ 2 กิโลเฮิรตซ์เป็นอีกประเภทหนึ่ง - ความถี่เสียงซึ่งหมายถึง "ความถี่ต่ำ"! ในด้านวิศวกรรมเสียง มีแนวคิดอีกอย่างหนึ่งคือความถี่กลาง ดังนั้น ฟิลเตอร์มิดพาสมักจะเป็นการผสมผสานระหว่างฟิลเตอร์โลว์พาสและไฮพาสสองตัว หรือฟิลเตอร์แบนด์พาสประเภทอื่น

ทำซ้ำอีกครั้ง:

เพื่อกำหนดลักษณะตัวกรองความถี่ต่ำและความถี่สูงและไม่เพียงแต่ตัวกรองเท่านั้น แต่ยังมีองค์ประกอบใด ๆ ของวงจรวิทยุด้วย มีแนวคิดคือ - การตอบสนองความถี่แอมพลิจูด, หรือ การตอบสนองความถี่

ตัวกรองความถี่มีลักษณะเป็นตัวบ่งชี้

ความถี่ตัด– นี่คือความถี่ที่แอมพลิจูดของสัญญาณเอาต์พุตตัวกรองลดลงเหลือค่า 0.7 จากสัญญาณอินพุต

ความชันการตอบสนองความถี่ของตัวกรองเป็นคุณลักษณะตัวกรองที่แสดงให้เห็นว่าแอมพลิจูดของสัญญาณเอาท์พุตของตัวกรองลดลงอย่างรวดเร็วเพียงใดเมื่อความถี่ของสัญญาณอินพุตเปลี่ยนแปลง ตามหลักการแล้ว คุณควรพยายามลดการตอบสนองความถี่ให้สูงสุด (แนวตั้ง)

ตัวกรองความถี่ทำจากองค์ประกอบที่มีรีแอกแตนซ์ - ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ รีแอกแตนซ์ที่ใช้ในตัวกรองตัวเก็บประจุ ( เอ็กซ์ ซี ) และตัวเหนี่ยวนำ ( เอ็กซ์แอล ) เกี่ยวข้องกับความถี่ตามสูตรด้านล่าง:

การคำนวณตัวกรองก่อนทำการทดลองโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม และอุปกรณ์อื่นๆ) ทำได้ง่ายกว่าที่บ้าน โปรแกรมไมโครซอฟต์ Excel สร้างตารางคำนวณอัตโนมัติอย่างง่าย (คุณต้องสามารถทำงานกับสูตรใน Excel ได้) ฉันใช้วิธีนี้เพื่อคำนวณวงจรใดๆ ขั้นแรก ฉันสร้างตาราง แทรกข้อมูล รับการคำนวณ ซึ่งฉันจะถ่ายโอนไปยังกระดาษในรูปแบบของกราฟตอบสนองความถี่ เปลี่ยนพารามิเตอร์ และวาดจุดตอบสนองความถี่อีกครั้ง ในวิธีนี้ ไม่จำเป็นต้องจัด “ห้องปฏิบัติการเครื่องมือวัด” การคำนวณและการวาดการตอบสนองความถี่จะดำเนินการอย่างรวดเร็ว

ควรเพิ่มว่าการคำนวณตัวกรองจะถูกต้องเมื่อมีการดำเนินการกฎ:

เพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องของตัวกรอง ค่าความต้านทานขององค์ประกอบตัวกรองมีค่าประมาณสองลำดับความสำคัญน้อยกว่า (100 เท่า) ของความต้านทานของโหลดที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของตัวกรอง เมื่อความแตกต่างนี้ลดลง คุณภาพของตัวกรองจะลดลง เนื่องจากความต้านทานโหลดส่งผลต่อคุณภาพของตัวกรองความถี่ หากคุณไม่ต้องการความแม่นยำสูง ความแตกต่างนี้สามารถลดลงได้ถึง 10 เท่า

ตัวกรองความถี่คือ:

1. องค์ประกอบเดี่ยว (ตัวเก็บประจุ - เป็นตัวกรองความถี่สูงผ่านหรือตัวเหนี่ยวนำ - เป็นตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน)

2. รูปตัว L - โดย รูปร่างมีลักษณะคล้ายตัวอักษร G หันหน้าไปทางอื่น

3. รูปตัว T - มีลักษณะคล้ายตัวอักษร T;

4. รูปตัวยู - มีลักษณะคล้ายตัวอักษร P;

5. มัลติลิงค์ - ฟิลเตอร์รูปตัว L เดียวกันที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรม

ตัวกรองผ่านสูงและต่ำองค์ประกอบเดียว

โดยทั่วไปแล้ว ตัวกรองความถี่สูงและต่ำผ่านองค์ประกอบเดียวจะใช้โดยตรง ระบบลำโพง เครื่องขยายเสียงอันทรงพลังความถี่เสียงเพื่อปรับปรุงเสียงของลำโพงเสียงเอง

เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับหัวไดนามิก ประการแรก ช่วยปกป้องทั้งหัวไดนามิกจากสัญญาณไฟฟ้ากำลังแรงและแอมพลิฟายเออร์จากความต้านทานโหลดต่ำ โดยไม่ต้องโหลดลำโพงเพิ่มเติมที่ความถี่ที่ลำโพงเหล่านี้ไม่ได้สร้างขึ้นใหม่ ประการที่สองพวกเขาทำให้การเล่นน่าฟังยิ่งขึ้น

ในการคำนวณตัวกรองแบบองค์ประกอบเดียว คุณจำเป็นต้องทราบค่ารีแอกแตนซ์ของไดนามิกเฮดคอยล์ การคำนวณทำได้โดยใช้สูตรตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าซึ่งใช้ได้กับตัวกรองรูปตัว L เช่นกัน ส่วนใหญ่แล้วตัวกรององค์ประกอบเดียวจะถูกเลือกแบบ "ตามหู" เพื่อเน้นความถี่สูงบนทวีตเตอร์ ตัวเก็บประจุจะถูกติดตั้งแบบอนุกรมร่วมกับตัวเก็บประจุ และเพื่อเน้นความถี่ต่ำบนลำโพงความถี่ต่ำ (หรือซับวูฟเฟอร์) จะมีการเชื่อมต่อโช้ค (ตัวเหนี่ยวนำ) แบบอนุกรมด้วย ตัวอย่างเช่น ด้วยกำลังไฟลำดับ 20...50 วัตต์ เป็นการดีที่สุดที่จะใช้ตัวเก็บประจุ 5...20 µF สำหรับทวีตเตอร์ และใช้เป็นโช้คสำหรับลำโพงความถี่ต่ำ ให้ใช้ขดลวดพันด้วยทองแดงเคลือบฟัน ลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3...1.0 มม. บนม้วนจากเทปวิดีโอ VHS และบรรจุ 200...1,000 รอบ มีการระบุขีดจำกัดกว้างๆ เนื่องจากการเลือกเป็นเรื่องของแต่ละคน

ฟิลเตอร์รูปตัว L

ฟิลเตอร์กรองความถี่สูงหรือต่ำผ่านรูปตัว L— ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วยสององค์ประกอบที่มีการตอบสนองความถี่ไม่เชิงเส้น สำหรับตัวกรองรูปตัว L จะใช้วงจรและสูตรทั้งหมดสำหรับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

ตัวกรองความถี่รูปตัว L บนตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน

ร 1 กับ เอ็กซ์ ซี .

หลักการทำงานของตัวกรองดังกล่าว: ตัวเก็บประจุซึ่งมีรีแอกแตนซ์ต่ำที่ความถี่สูง ผ่านกระแสได้ไม่จำกัด และที่ความถี่ต่ำ รีแอกแตนซ์จะสูงสุด ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

จากบทความ "ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า" เรารู้ว่าค่าของตัวต้านทานสามารถอธิบายได้ด้วยสูตร:

หรือ

เอ็กซ์ ซี และความถี่ตัด.

ร 2 ไปจนถึงความต้านทานของตัวต้านทาน ร 1 (เอ็กซ์ ซี ) สอดคล้องกับ: ร 2 / ร 1 = 0.7 / 0.3 = 2.33 . นี่หมายถึง: C = 1.16 / R 2 πf , ที่ไหน ฉ – ความถี่คัตออฟของการตอบสนองความถี่ของตัวกรอง

ร 2 ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าไปยังตัวเก็บประจุ กับ มีปฏิกิริยาตอบสนองเป็นของตัวเอง เอ็กซ์ ซี .

หลักการทำงานของตัวกรองดังกล่าว: ตัวเก็บประจุซึ่งมีรีแอกแตนซ์ต่ำที่ความถี่สูงจะสับกระแสความถี่สูงไปยังตัวเรือนและที่ความถี่ต่ำรีแอกแตนซ์ของมันจะสูงสุดดังนั้นจึงไม่มีกระแสไหลผ่าน

จากบทความ "ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า" เราใช้สูตรเดียวกัน:

หรือ

รับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็น 1 (หน่วย) และ แรงดันขาออกสำหรับ 0.7 (ค่าที่สอดคล้องกับการตัด) รู้ค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุซึ่งเท่ากับ:

เราพบการแทนที่ค่าแรงดันไฟฟ้า เอ็กซ์ ซี และความถี่ตัด.

ร 2 (เอ็กซ์ ซี ) กับความต้านทานของตัวต้านทาน ร 1 สอดคล้องกับ: ร 2 / ร 1 = 0.7 / 0.3 = 2.33 . นี่หมายถึง: C = 1 / (4.66 x R 1 πf) , ที่ไหน ฉ – ความถี่คัตออฟของการตอบสนองความถี่ของตัวกรอง

ตัวกรองความถี่รูปตัว L บนตัวเหนี่ยวนำและตัวต้านทาน

ได้ตัวกรองความถี่สูงผ่านโดยการเปลี่ยนตัวต้านทาน ร 2 ล เอ็กซ์แอล .

หลักการทำงานของตัวกรองดังกล่าว: การเหนี่ยวนำซึ่งมีรีแอกแตนซ์ต่ำที่ความถี่ต่ำจะแยกพวกมันไปที่ตัวเรือนและที่ความถี่สูงรีแอกแตนซ์ของมันจะสูงสุดดังนั้นจึงไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

เราพบการแทนที่ค่าแรงดันไฟฟ้า เอ็กซ์แอล และความถี่ตัด.

เช่นเดียวกับตัวกรองความถี่สูงผ่าน การคำนวณสามารถทำย้อนกลับได้ โดยคำนึงถึงว่าแอมพลิจูดของแรงดันเอาต์พุตของตัวกรอง (เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า) ที่ความถี่คัตออฟของการตอบสนองความถี่ควรเท่ากับ 0.7 ของแรงดันไฟฟ้าอินพุตตามมาด้วยอัตราส่วนของความต้านทานของตัวต้านทาน ร 2 (เอ็กซ์แอล ) กับความต้านทานของตัวต้านทาน ร 1 สอดคล้องกับ: ร 2 / ร 1 = 0.7 / 0.3 = 2.33 . นี่หมายถึง: L = 1.16 R 1 / (πf) .

ได้รับตัวกรองความถี่ต่ำผ่านโดยการเปลี่ยนตัวต้านทาน ร 1 ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าถึงตัวเหนี่ยวนำ ล ซึ่งมีรีแอกแตนซ์ในตัวมันเอง เอ็กซ์แอล .

หลักการทำงานของตัวกรองดังกล่าว: ตัวเหนี่ยวนำซึ่งมีรีแอกแตนซ์ต่ำที่ความถี่ต่ำ จ่ายกระแสได้ไม่จำกัด และที่ความถี่สูง รีแอกแตนซ์จะสูงสุด ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไหลผ่าน

ใช้สูตรเดียวกันจากบทความ "ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า" และรับแรงดันอินพุตเป็น 1 (ความสามัคคี) และแรงดันเอาต์พุตเป็น 0.7 (ค่าที่สอดคล้องกับค่าตัด) โดยรู้ค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเหนี่ยวนำซึ่งเท่ากับ:

เราพบการแทนที่ค่าแรงดันไฟฟ้า เอ็กซ์แอล และความถี่ตัด.

คุณสามารถคำนวณในลำดับย้อนกลับได้ โดยคำนึงถึงว่าแอมพลิจูดของแรงดันเอาต์พุตของตัวกรอง (เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า) ที่ความถี่คัตออฟของการตอบสนองความถี่ควรเท่ากับ 0.7 ของแรงดันไฟฟ้าอินพุตตามมาด้วยอัตราส่วนของความต้านทานของตัวต้านทาน ร 2 ไปจนถึงความต้านทานของตัวต้านทาน ร 1 (เอ็กซ์แอล ) สอดคล้องกับ: ร 2 / ร 1 = 0.7 / 0.3 = 2.33 . นี่หมายถึง: L = R 2 / (4.66 πf)

ตัวกรองความถี่รูปตัว L บนตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ

ตัวกรองความถี่สูงผ่านได้มาจากตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าธรรมดาโดยการเปลี่ยนไม่เพียงแต่ตัวต้านทานเท่านั้น ร 1 ไปยังตัวเก็บประจุ กับ เช่นเดียวกับตัวต้านทาน ร 2 บนคันเร่ง ล . ตัวกรองดังกล่าวมีการตัดความถี่อย่างมีนัยสำคัญ (ลดลงอย่างมาก) ในการตอบสนองความถี่มากกว่าตัวกรองที่กล่าวถึงข้างต้นโดยอิงจาก อาร์.ซี.หรือ อาร์.แอล.ห่วงโซ่.

อย่างที่เคยทำมาก่อนหน้านี้เราใช้วิธีการคำนวณแบบเดียวกัน ตัวเก็บประจุ กับ มีรีแอกแตนซ์ของตัวเอง เอ็กซ์ ซี และคันเร่ง ล — รีแอกแตนซ์ เอ็กซ์แอล :

เราสามารถหาค่าของปริมาณต่างๆ - แรงดันไฟฟ้า, ความต้านทานอินพุตหรือเอาต์พุตของตัวกรองได้ กับ และ ล , ความถี่ตัดการตอบสนองความถี่ คุณยังสามารถคำนวณในลำดับย้อนกลับได้ เนื่องจากมีปริมาณตัวแปรสองค่า - ตัวเหนี่ยวนำและความจุ ค่าของความต้านทานอินพุตหรือเอาต์พุตของตัวกรองส่วนใหญ่มักถูกตั้งค่าเป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ความถี่คัตออฟของการตอบสนองความถี่ และตามค่านี้ จะพบพารามิเตอร์ที่เหลือ .

ได้รับตัวกรองความถี่ต่ำผ่านโดยการเปลี่ยนตัวต้านทาน ร 1 ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าถึงตัวเหนี่ยวนำ ล และตัวต้านทาน ร 2 ไปยังตัวเก็บประจุ กับ .

ตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ จะใช้วิธีการคำนวณแบบเดียวกันผ่านสูตรตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าและค่ารีแอกแตนซ์ขององค์ประกอบตัวกรอง ในกรณีนี้เราเท่ากับค่าของตัวต้านทาน ร 1 เพื่อเร่งรีแอกแตนซ์ เอ็กซ์แอล , ก ร 2 รีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุ เอ็กซ์ ซี .

ฟิลเตอร์ผ่านสูงและต่ำรูปตัว T

ตัวกรองความถี่สูงและต่ำผ่านรูปตัว T เป็นตัวกรองรูปตัว L เดียวกันซึ่งมีการเพิ่มองค์ประกอบอีกหนึ่งรายการ ดังนั้นจึงคำนวณในลักษณะเดียวกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ประกอบด้วยสององค์ประกอบที่มีการตอบสนองความถี่แบบไม่เชิงเส้น จากนั้นค่ารีแอกแตนซ์ขององค์ประกอบที่สามจะถูกบวกเข้ากับค่าที่คำนวณได้ อีกวิธีหนึ่งในการคำนวณตัวกรองรูปตัว T ที่แม่นยำน้อยกว่าเริ่มต้นด้วยการคำนวณตัวกรองรูปตัว L หลังจากนั้นค่าขององค์ประกอบที่คำนวณ "แรก" ของตัวกรองรูปตัว L จะเพิ่มขึ้นหรือลดลงครึ่งหนึ่ง - "กระจาย" ระหว่างสอง องค์ประกอบของตัวกรองรูปตัว T หากเป็นตัวเก็บประจุ ค่าความจุของตัวเก็บประจุในตัวกรอง T จะเพิ่มเป็นสองเท่า และหากเป็นตัวต้านทานหรือตัวเหนี่ยวนำ ค่าความต้านทานหรือตัวเหนี่ยวนำของขดลวดจะลดลงครึ่งหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงของตัวกรองแสดงไว้ในรูปภาพ ลักษณะเฉพาะของฟิลเตอร์รูปตัว T คือเมื่อเปรียบเทียบกับฟิลเตอร์รูปตัว L ความต้านทานเอาท์พุตของพวกมันจะส่งผลต่อวงจรวิทยุที่อยู่ด้านหลังฟิลเตอร์น้อยกว่า

ฟิลเตอร์ผ่านสูงและต่ำรูปตัวยู

ฟิลเตอร์รูปตัว U เป็นฟิลเตอร์รูปตัว L เหมือนกันซึ่งมีการเพิ่มองค์ประกอบอื่นไว้ด้านหน้าฟิลเตอร์ ทุกอย่างที่เขียนขึ้นสำหรับฟิลเตอร์รูปตัว T นั้นเป็นจริงสำหรับฟิลเตอร์รูปตัว U ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือเมื่อเปรียบเทียบกับฟิลเตอร์รูปตัว L พวกมันจะเพิ่มเอฟเฟกต์การแบ่งวงจรวิทยุที่อยู่ด้านหน้าฟิลเตอร์เล็กน้อย

เช่นเดียวกับในกรณีของตัวกรองรูปตัว T ในการคำนวณตัวกรองรูปตัว U จะใช้สูตรตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าพร้อมกับการเพิ่มความต้านทานแบ่งเพิ่มเติมขององค์ประกอบตัวกรองแรก อีกวิธีที่แม่นยำน้อยกว่าในการคำนวณตัวกรองรูปตัว U เริ่มต้นด้วยการคำนวณตัวกรองรูปตัว L หลังจากนั้นค่าขององค์ประกอบที่คำนวณ "สุดท้าย" ของตัวกรองรูปตัว L จะเพิ่มขึ้นหรือลดลงครึ่งหนึ่ง - "กระจาย" ระหว่างสอง องค์ประกอบของตัวกรองรูปตัว U ตรงกันข้ามกับตัวกรองรูปตัว T หากเป็นตัวเก็บประจุ ค่าความจุของตัวเก็บประจุในตัวกรอง P จะลดลงครึ่งหนึ่ง และหากเป็นตัวต้านทานหรือตัวเหนี่ยวนำ ค่าของความต้านทานหรือการเหนี่ยวนำของ ขดลวดเป็นสองเท่า

เนื่องจากความจริงที่ว่าการผลิตตัวเหนี่ยวนำ (โช้ค) ต้องใช้ความพยายามบางอย่างและบางครั้งก็มีพื้นที่เพิ่มเติมสำหรับการวางตำแหน่งการผลิตตัวกรองจากตัวเก็บประจุและตัวต้านทานจะทำกำไรได้มากกว่าโดยไม่ต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำ นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะกับ ความถี่เสียง. ดังนั้นฟิลเตอร์กรองความถี่สูงมักจะทำเป็นรูปตัว T และฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำจะทำเป็นรูปตัว U นอกจากนี้ยังมีตัวกรองมิดพาสซึ่งตามกฎแล้วจะทำเป็นรูปตัว L (จากตัวเก็บประจุสองตัว)

ตัวกรองเรโซแนนซ์ Bandpass

ตัวกรองความถี่เรโซแนนซ์แบนด์พาสได้รับการออกแบบมาเพื่อแยกหรือปฏิเสธ (ตัด) ย่านความถี่บางย่าน ตัวกรองความถี่เรโซแนนซ์สามารถประกอบด้วยวงจรออสซิลเลเตอร์หนึ่ง สอง หรือสามวงจรที่ปรับตามความถี่เฉพาะ ตัวกรองเรโซแนนซ์มีการเพิ่มขึ้น (หรือลดลง) ในการตอบสนองความถี่ที่สูงชันที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับตัวกรองอื่นๆ (ที่ไม่ใช่เรโซแนนซ์) ตัวกรองความถี่เรโซแนนซ์แบนด์พาสอาจเป็นองค์ประกอบเดียว - มีวงจรเดียว รูปตัว L - มี 2 วงจร รูป T และรูปตัวยู - มี 3 วงจร หลายองค์ประกอบ - มี 4 วงจรขึ้นไป

รูปนี้แสดงไดอะแกรมของตัวกรองเรโซแนนซ์แบนด์พาสรูปตัว T ที่ออกแบบมาเพื่อแยกความถี่บางอย่าง ประกอบด้วยวงจรออสซิลเลเตอร์สามวงจร ค 1 ล 1 และ ค 3 ล 3 – วงจรออสซิลเลเตอร์แบบอนุกรม ที่ความถี่เรโซแนนซ์มีความต้านทานต่อกระแสไหลต่ำ และที่ความถี่อื่น ๆ ก็มีความต้านทานสูง วงจรขนาน ค 2 ล 2 ในทางตรงกันข้าม มีความต้านทานสูงที่ความถี่เรโซแนนซ์ ในขณะที่มีความต้านทานต่ำที่ความถี่อื่น ในการขยายแบนด์วิดท์ของตัวกรองดังกล่าวจะลดปัจจัยด้านคุณภาพของวงจรเปลี่ยนการออกแบบตัวเหนี่ยวนำการแยกวงจร "ขวา, ซ้าย" ให้เป็นความถี่ที่แตกต่างจากเรโซแนนซ์กลางเล็กน้อยซึ่งขนานกับวงจร ค 2 ล 2 เชื่อมต่อตัวต้านทาน

รูปต่อไปนี้แสดงไดอะแกรมของตัวกรองเรโซแนนซ์รอยบากรูปตัว T ที่ออกแบบมาเพื่อระงับความถี่เฉพาะ เช่นเดียวกับตัวกรองก่อนหน้านี้ประกอบด้วยวงจรออสซิลโลสโคปสามวงจร แต่หลักการเลือกความถี่สำหรับตัวกรองดังกล่าวนั้นแตกต่างกัน ค 1 ล 1 และ ค 3 ล 3 – วงจรออสซิลเลเตอร์แบบขนานที่ความถี่เรโซแนนซ์มีความต้านทานสูงต่อกระแสไหลและที่ความถี่อื่น - เล็ก วงจรขนาน ค 2 ล 2 ตรงกันข้ามมีความต้านทานที่ความถี่เรโซแนนซ์ต่ำ แต่มีความต้านทานสูงที่ความถี่อื่น ดังนั้น หากตัวกรองก่อนหน้าเลือกความถี่เรโซแนนซ์และระงับความถี่ที่เหลือ ตัวกรองนี้จะผ่านความถี่ทั้งหมดได้อย่างอิสระ ยกเว้นความถี่เรโซแนนซ์

ขั้นตอนการคำนวณตัวกรองเรโซแนนซ์แบนด์พาสจะขึ้นอยู่กับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน โดยที่วงจร LC ที่มีความต้านทานคุณลักษณะจะทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบเดียว วิธีคำนวณวงจรออสซิลเลเตอร์ ความถี่เรโซแนนซ์ ปัจจัยด้านคุณภาพ และอิมพีแดนซ์ลักษณะ (คลื่น) ถูกกำหนดไว้ในบทความ