Passive low pass filter

Ang tutorial na ito ay tungkol sa Passive Low Pass Filter, isang malawak na ginamit na term sa Elektronika. Maririnig o gagamitin mo ang term na 'panteknikal' na ito halos bawat oras sa iyong pag-aaral o sa iyong propesyonal na karera. Tuklasin natin kung ano ang espesyal sa terminong panteknikal na ito.

Ano ito, Circuit, formula, curve?

Magsimula tayo sa pangalan. Alam mo ba kung ano ang passive ? Ano ang mababa ? Ano ang dumadaan at ano ang Filter ? Kung naiintindihan mo ang mga kahulugan ng apat na salitang " Passive Low Pass Filter ", mauunawaan mo ang 50% ng " Passive Low Pass Filter " na natitirang bahagi ng 50% na aming masasaliksik pa.

" Passive " - Sa diksyonaryo nangangahulugang pinapayagan o tanggapin kung ano ang nangyayari o kung ano ang ginagawa ng iba, nang walang aktibong tugon.

" Filter ng Low Pass " - nangangahulugan iyon ng pagpasa sa kung ano ang mababa, nangangahulugan din iyon ng pag-block ng kung ano ang mataas. Ito ay kumikilos katulad ng tradisyonal na filter ng tubig na mayroon kami sa aming tahanan / tanggapan na humahadlang sa mga impurities at ipinapasa lamang ang malinis na tubig.

Mababang pumasa ang Filter na pumasa sa mababang dalas at harangan ang isa na mas mataas. Ang isang tradisyunal na mababang pass pass pass pass frequency mula sa 30-300Khz (Mababang Frequency) at i-block sa itaas ng dalas na iyon kung ginamit sa Audio application.

Maraming mga bagay na nauugnay sa isang Low pass filter. Tulad ng inilarawan dati na ito ay mag-filter ng mga hindi ginustong bagay (signal) ng isang sinusoidal signal (AC).

Tulad ng passive nangangahulugang sa pangkalahatan ay hindi kami naglalapat ng anumang panlabas na mapagkukunan sa na-filter na signal out, maaari itong gawin gamit ang mga passive na bahagi, na hindi nangangailangan ng lakas, kaya ang na-filter na signal ay hindi pinatindi ng gate, ang amplitude signal signal ay hindi tataas sa anumang gastos.

Ang mga low pass filters ay ginawa gamit ang resistor at capacitor na kombinasyon (RC) para sa pag-filter ng hanggang sa 100Khz ngunit para sa natitirang 100khz-300khz Resistor, ginagamit ang Capacitor at Inductor (RLC).

Narito ang circuit sa imaheng ito:

Ito ay isang filter ng RC. Pangkalahatan ang isang input signal ay inilalapat sa seryeng ito na kumbinasyon ng risistor at di-polarised capacitor. Ito ay isang unang filter ng order dahil mayroon lamang isang reaktibo na bahagi sa circuitry na capacitor. Ang na-filter na output ay magagamit sa buong kapasitor.

Ang talagang nangyayari sa loob ng circuitry ay medyo nakakainteres.

Sa mababang mga frequency ang reaktibo ng capacitor ay magiging napakalaki kaysa sa resistors na halaga ng resistive. Kaya, ang potensyal ng boltahe ng signal sa buong capacitor ay magiging mas malaki kaysa sa drop ng boltahe sa buong risistor.

Sa mas mataas na mga frequency eksaktong kabaligtaran bagay ang mangyayari. Ang resistive na halaga ng resististor ay nakakakuha ng mas mataas at dahil doon sa epekto ng reaktibo ng kapasitor ay naging mas maliit ang boltahe sa buong capacitor.

Narito ang kurba kung paano ito magkamukha sa output ng capacitor: -

Frequency Response at Cut-Off Frequency

Maunawaan pa natin ang curve na ito

f _c ay ang dalas ng cutoff ng filter. Ang linya ng signal mula 0dB / 118Hz hanggang 100 KHz ito ay halos halos.

Ang pormula ng Pagkalkula ng pakinabang ay

Makuha = 20log (Vout / Vin)

Kung inilalagay natin ang mga halagang iyon makikita natin ang resulta ng kita hanggang sa ang cut-off na dalas ay halos 1. 1 yunit ng pakinabang o 1x pakinabang ay tinatawag bilang pagkakaisa na nakuha.

Matapos ang signal na cut-off ang tugon ng circuit ay unti-unting bumababa sa 0 (Zero) at ang pagbawas na ito ay nangyayari sa isang rate na -20dB / Decade. Kung kalkulahin namin ang pagbaba bawat oktaba ito ay magiging -6dB. Sa teknikal na terminolohiya tinatawag itong " roll-off ".

Sa mababang frequency ang mataas na reaktibo ng capacitor ay tumitigil sa pagdaloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng capacitor.

Kung naglalapat kami ng mga mataas na frequency sa itaas ng limitasyon ng cut-off, ang reaktibo ng kapasitor ay bumababa nang proporsyonal kapag tumaas ang dalas ng signal, na nagreresulta ng mas mababang reaktibo ng output ay magiging 0 bilang epekto ng kondisyon ng maikling circuit sa buong kapasitor.

Ito ang low pass filter. Sa pamamagitan ng pagpili ng wastong risistor at wastong kapasitor maaari naming ihinto ang dalas, limitahan ang signal nang hindi nakakaapekto sa signal dahil walang aktibong tugon.

Sa imahe sa itaas ay may isang salitang Bandwidth. Ito ay nagpapahiwatig kung saan ilalapat ang pagkakaroon ng pagkakaisa at mai-block ang signal. Kaya't kung ito ay isang 150 Khz mababang pass filter pagkatapos ang bandwidth ay magiging 150Khz. Matapos ang dalas ng bandwidth na iyon ang signal ay magpapalambing at hihinto mula sa pagdaan sa circuitry.

Mayroon ding -3dB, ito ay isang mahalagang bagay, sa cut-off na dalas ay makakakuha tayo ng -3dB makakuha kung saan ang signal ay nagpahina sa 70.7% at ang capacitive reactance at paglaban ay pantay na R = Xc.

Ano ang pormula ng Cut-off Frequency?

f _c = 1 / 2πRC

Kaya, ang R ay paglaban at ang C ay may kapasidad. Kung ilalagay natin ang halaga malalaman natin ang dalas ng cutoff.

Pagkalkula ng Boltahe ng Output

Tingnan natin ang unang imahe ng circuitry kung saan ang 1 risistor at isang kapasitor ay ginagamit upang bumuo ng isang mababang pass filter o RC circuit.

Kapag ang signal ng DC ay inilapat sa buong circuit ito ay paglaban ng circuit na lumilikha ng drop kapag kasalukuyang dumadaloy, ngunit sa kaso ng isang senyas ng AC ay impedance ito, na sinusukat din sa Ohms.

Sa RC circuit mayroong dalawang resistive na bagay. Ang isa ay paglaban at ang isa pa ay ang capacitive reactance ng capacitor. Kaya, kailangan nating sukatin muna ang capacitive reactance ng capacitor dahil kakailanganin ito sa pagkalkula ng impedance ng circuitry.

Ang unang resistive na oposisyon ay capacitive reactance, ang formula ay: -

Xc = 1 / 2π f _c

Ang output ng formula ay nasa Ohms, dahil ang Ohms ay ang yunit ng capacitive reactance, dahil ito ay isang oposisyon na nangangahulugang Paglaban.

Ang Pangalawang pagsalungat ay ang resistor mismo. Ang halaga ng risistor ay isang paglaban din.

Kaya, pagsasama-sama ng dalawang pagsalungat na ito makukuha natin ang kabuuang paglaban, na kung saan ay impedance sa RC (AC signal input) circuit.

Ang impedance ay nangangahulugang si Z.

Ang filter ng RC ay kumikilos bilang " frequency dependant variable potensyal na divider " circuit.

Ang output boltahe ng divider na ito ay ang mga sumusunod =

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

Ang R1 + R2 ay ang kabuuang paglaban ng circuit at ito ay kapareho ng impedance.

Kaya, pinagsasama ang kabuuang equation na makukuha natin

Sa pamamagitan ng, paglutas ng formula sa itaas nakukuha namin ang pangwakas: -

Vout = Vin * (Xc / Z)

Halimbawa sa Pagkalkula

Tulad ng alam na natin kung ano talaga ang nangyayari sa loob ng circuit at Paano malalaman ang halaga. Pumili tayo ng mga praktikal na halaga.

Kunin natin ang pinaka-karaniwang halaga sa risistor at capacitor, 4.7k at 47nF. Pinili namin ang halaga dahil malawak itong magagamit at mas madaling makalkula. Tingnan natin kung ano ang magiging cut-off frequency at Output voltage.

Putulin ang Dalas ay magiging: -

Sa pamamagitan ng paglutas ng equation na ito ang cut-off frequency ay 720Hz.

Hayaan natin kung saan ito totoo o hindi…

Ito ang circuit. Tulad ng tugon sa dalas na inilarawan bago na sa cut-off frequency ang dB ay magiging -3dB, Hindi alintana ang mga frequency. Hahanapin namin ang -3dB sa output signal at makikita kung 720Hz o hindi. Narito ang tugon sa dalas: -

Tulad ng nakikita mo ang tugon ng Frequency (Tinatawag din bilang Bode Plot) itinakda namin ang cursor sa -3dB (Red Arrow) at kumuha ng sulok ng 720Hz (Green Arrow) o Frequency ng Bandwidth.

Kung mag-apply kami ng 500Hz signal pagkatapos ay ang capacitive reactance ay magiging

Pagkatapos ang Vout ay kapag inilapat 5V Vin sa 500Hz: -

Phase Shift

Dahil mayroong isang kapasitor na nauugnay sa Mababang pass filter at ito ay isang senyas ng AC na ang Phase Angle ay nangangahulugang bilang φ (Phi) sa output ay -45

Ito ang phase shift curve. Itinakda namin ang cursor sa -45

Ito ay isang pangalawang order ng Low Pass Filter. Ang R1 C1 ay unang order at ang R2 C2 ay pangalawang order. Kasamang magkakaskas bumubuo sila ng pangalawang order na low pass filter.

Ang pangalawang order ng filter ay may papel na ginagampanan ng slope ng 2 x -20dB / dekada o -40dB (-12dB / oktaba).

Narito ang curve ng tugon: -

Ang cursor na nagpapakita ng -3dB cut-off point sa Green signal na nasa kabuuan ng unang pagkakasunud-sunod (R1 C1), ang slope dito ay nakita dati -20dB / Decade at ang pula sa huling output na may slope ng -40dB / Dekada

Ang mga formula ay: -

Makakuha ng f _c : -

Kalkulahin nito ang nakuha ng pangalawang-order na mababang pass circuit.

Dalas ng cut-off: -

Sa praktikal na pagtaas ng slope ng roll-off bawat pagdaragdag ng yugto ng pagsala, ang point na -3dB at ang pass band frequency ay nagbabago mula sa aktwal na kinakalkula na halaga sa itaas ng isang tinukoy na halaga.

Ang tinukoy na halagang ito ay kinakalkula ng sumusunod na equation: -

Hindi napakahusay na mag-cascade ng dalawang passive filters bilang pabago-bagong impedance ng bawat filter order effects iba pang network sa parehong circuitry.

Mga Aplikasyon

Ang low pass filter ay malawakang ginagamit circuit sa electronics.

Narito ang ilang mga application: -

1. Audio receiver at Equalizer
2. Filter ng camera
3. Oscilloscope
4. Sistema ng pagkontrol ng musika at pagbuo ng dalas ng Bass
5. Function Generator
6. Power Supply