Filter ng Pi

Karaniwang ginagamit ang mga filter sa lakas at audio electronics upang tanggihan ang mga hindi nais na dalas. Mayroong maraming iba't ibang mga uri ng mga filter na ginamit sa mga disenyo ng electronic circuit batay sa application ngunit ang pinagbabatayan na konsepto ng lahat ng mga ito ay pareho, iyon ay upang alisin ang mga hindi nais na signal. Ang lahat ng mga filter na ito ay maaaring mai-kategorya sa dalawang uri- Mga aktibong filter at passive filter. Gumagamit ang aktibong filter ng isa o higit pang mga aktibong sangkap na may iba pang mga passive na bahagi habang ang mga passive filter ay ginawa lamang gamit ang mga passive na bahagi. Tinalakay na natin sa mga detalye tungkol sa mga filter na ito:

• Filter ng Aktibong Mataas na Pass
• Filter ng Aktibong Mababang Pass
• Passive High Pass Filter
• Passive Low Pass Filter
• Filter ng Bandpass
• Harmonic Filter

Sa tutorial na ito, natututunan namin ang isa pang bagong uri ng filter na tinatawag na Pi Filter, na karaniwang ginagamit sa mga disenyo ng circuit ng power supply. Gumamit na kami ng Pi-Filter sa ilan sa aming nakaraang mga disenyo ng supply ng Power tulad ng 5V 2A SMPS circuit at 12V 1A SMPS Circuit. Kaya, detalyado natin kung ano ang mga filter na ito at kung paano ito idisenyo.

Pi-Filter

Ang Pi Filter ay isang uri ng passive filter na binubuo ng pangunahin sa tatlong bahagi bukod sa tradisyunal na dalawang-elemento na passive filters. Ang pag-aayos ng konstruksyon ng lahat ng mga sangkap ay lumilikha ng hugis ng Greek letrang Pi (π), kaya ang pangalang Pi section na Filter.

Sa karamihan, ginagamit ang mga filter ng Pi para sa aplikasyon ng Low pass filter, ngunit posible rin ang isa pang pagsasaayos. Ang pangunahing bahagi ng isang Pi filter ay ang capacitor at inductor na ginagawa itong isang filter ng LC. Sa aplikasyon ng low pass filter, tinawag din ng Pi filter ang Capacitor input filter habang ang capacitor ay mananatili sa gilid ng input sa mababang pass config.

Pi Filter bilang isang Mababang Pass Filter

Ang Pi filter ay isang mahusay na low pass filter na higit na iba kaysa sa tradisyunal na filter ng LC Pi. Kapag ang isang Pi filter ay idinisenyo para sa isang mababang pass, ang output ay mananatiling matatag na may isang pare-pareho-k factor.

Ang disenyo ng isang mababang pass filter gamit ang pagsasaayos ng Pi ay medyo prangka. Ang Pi Filter circuit ay binubuo ng dalawang mga capacitor na konektado sa parallel na sinusundan ng isang inductor sa serye na bumubuo ng isang hugis na Pi tulad ng ipinakita sa imahe sa ibaba

Tulad ng nakikita sa imahe sa itaas, binubuo ito ng dalawang mga capacitor na konektado sa lupa na may isang nasa pagitan na inductor ng serye. Dahil ito ay isang mababang pass filter, gumagawa ito ng mataas na impedance sa mataas na dalas at mababang impedance sa mababang dalas. Sa gayon, karaniwang ginagamit ito sa isang linya ng paghahatid upang harangan ang mga hindi ginustong mataas na frequency.

Ang konstruksyon at ang mga halaga ng sangkap ng pagkalkula ng Pi filter ay maaaring makuha mula sa ibabang equation upang magdisenyo ng isang Pi Filter para sa iyong aplikasyon.

Gupitin ang dalas (fc) = 1 / ᴫ (LC) ^1/2 Halaga ng Capacitance ay (C) = 1 / Z _0ᴫfc Halaga ng inductance (L1) = Z ₀ / ᴫfc Kung saan, ang Z ₀ ay ang impedance na katangian sa ohms at fc ang cut off frequency.

Pi Filter bilang isang High Pass Filter

Kapareho ng low pass filter, ang mga filter ng pi ay maaari ding mai-configure bilang isang high pass filter. Sa ganitong kaso, hinaharangan ng filter ang mababang dalas at pinapayagan na lumipas ang mataas na dalas. Ginagawa rin ito gamit ang dalawang uri ng mga passive na bahagi, dalawang inductor, at isang kapasitor.

Sa pagsasaayos ng mababang pass ang filter ay idinisenyo bilang dalawang capacitor ay kahanay sa isang inductor sa pagitan, ngunit sa mataas na pagsasaayos ng pass, ang posisyon at ang dami ng mga passive na bahagi ay eksaktong nakakakuha ng kabaligtaran. Sa halip na isang solong inductor, narito ang dalawang magkakahiwalay na inductor na ginagamit sa isang solong kapasitor.

Ang imahe ng circuit ng Pi Filter sa itaas ay ipinapakita ang filter sa mataas na pagsasaayos ng pass, at hindi banggitin ang konstruksyon ay mukhang isang simbolo din Pi. Ang konstruksyon at ang mga halaga ng sangkap ng Pi filter ay maaaring makuha mula sa ibabang equation -

Putulin ang dalas (fc) = 1 / 4ᴫ (LC) ^1/2 Halaga ng capacitance ay (C) = 1 / 4Z _0ᴫfc Halaga ng impedance (L1) = Z ₀ / 4ᴫfc Kung saan, ang Z ₀ ay ang katangian ng impedance sa ohms at fc ang cut off frequency.

Mga kalamangan ng Pi Filter

Mataas na boltahe ng output

Ang output boltahe sa kabuuan ng filter ng pi ay medyo mataas na ginagawang angkop para sa pinaka-kaugnay na aplikasyon ng kuryente kung saan kinakailangan ang mga filter ng DC na may mataas na boltahe.

Mababang kadahilanan ng ripple Na-

configure bilang isang mababang pass filter Sa mga layunin ng pagsala ng DC, ang Pi filter ay isang mahusay na filter, upang ma- filter ang mga hindi ginustong AC ripple na nagmumula sa isang tulay na tagatama. Nagbibigay ang capacitor ng mababang impedance sa AC ngunit isang mataas na paglaban sa DC dahil sa epekto ng capacitance at reactance. Dahil sa mababang impedance na ito sa kabuuan ng AC, ang unang kapasitor ng filter ng Pi ay dumadaan sa AC ripple na nagmumula sa tulay na tagapagtama. Ang bypassed ripple ng AC ay papunta sa inductor. Ang inductor ay lumalaban sa mga pagbabago ng kasalukuyang daloy at hinaharangan ang ripple ng AC kung saan ang kanyang karagdagang nasala ng pangalawang kapasitor. Ang maramihang mga yugto ng pag-filter ay makakatulong upang makabuo ng isang napakababang ripple makinis na output ng DC sa filter ng Pi.

Madaling idisenyo sa mga aplikasyon ng RF

Sa isang kinokontrol na kapaligiran sa RF, kung saan kinakailangan ang mas mataas na dalas ng paghahatid, halimbawa sa GHz band, ang mga filter na High-Frequency Pi ay madali at may kakayahang umangkop upang gawin sa PCB gamit lamang ang mga bakas ng PCB. Nagbibigay din ang mga filter ng Pi na may dalas na dalas ng mga kaligtasan sa alon ng paggulong kaysa sa mga filter na batay sa silikon. Halimbawa, ang isang silicon chip ay may isang limitasyon ng kapasidad na makatiis ng boltahe, samantalang ang mga filter ng pi na ginawa gamit ang mga passive na bahagi ay may higit na kaligtasan sa sakit sa mga tuntunin ng mga pag-ilog at malupit na mga pang-industriya na kapaligiran.

Mga disadvantages ng Pi Filter

Mas Mahahalagang Wattage Inductor Values

Maliban sa disenyo ng RF, hindi maipapayo ang Mataas na kasalukuyang pagguhit sa pamamagitan ng isang filter ng Pi dahil ang kasalukuyang kailangang dumaloy sa pamamagitan ng Inductor. Kung ang kasalukuyang pag-load ay medyo mataas, kung gayon ang wattage ng Inductor ay nagdaragdag din na ginagawang malaki at mahal. Gayundin, ang mataas na kasalukuyang sa pamamagitan ng inductor ay nagdaragdag ng pagwawaldas ng kuryente sa buong inductor na nagreresulta sa mahinang kahusayan.

Mataas na halaga na Input Capacitor

Ang isa pang pangunahing problema ng Pi filter ay ang malaking halaga ng input capacitance. Ang mga filter ng Pi ay nangangailangan ng mataas na kapasidad sa kabuuan ng pag-input na naging hamon sa mga application na napipigilan ng space. Gayundin, ang mga capacitor na may mataas na halaga ay nagdaragdag ng gastos ng disenyo.

Ang mga pagsala ng Bad Voltage

Pi ay hindi angkop kung saan ang mga alon ng pag-load ay hindi matatag at patuloy na nagbabago. Nagbibigay ang mga filter ng pi ng masamang regulasyon ng boltahe kapag ang kasalukuyang pag-load ay maraming naaanod. Sa ganitong aplikasyon ang mga filter na may isang seksyon ng L ay inirerekumenda.

Paglalapat ng Mga Filter ng Pi

Mga Power Converter

Tulad ng napag-usapan na, ang mga filter ng Pi ay isang mahusay na DC filter upang sugpuin ang mga AC ripples. Dahil sa pag-uugaling ito, ang mga filter ng Pi ay malawakan na ginagamit sa mga disenyo ng Power Electronic tulad ng converter ng AC-DC, converter ng Frequency, atbp. Gayunpaman, sa Mga Power Electronics Pi Filter ay ginagamit bilang Low Pass Filter at nagdisenyo na kami ng isang Pi Filter Power supply Circuit, para sa ang aming 12V 1A SMPS Disenyo tulad ng ipinakita sa ibaba.

Sa pangkalahatan, ang mga filter ng Pi ay direktang konektado sa tulay na tagapagtama at ang output ng mga filter ng Pi ay tinukoy bilang Mataas na Boltahe DC. Ang output DC High Voltage ay ginagamit para sa Power supply driver circuitry para sa karagdagang operasyon.

Ang konstruksyon na ito, mula sa Bridge rectifier diode hanggang sa driver ay may ibang operasyon sa pagtatrabaho ng Pi-Filter. Una, ang filter ng Pi na ito ay nagbibigay ng makinis na DC para sa walang operasyon na ripple ng pangkalahatang circuit ng driver na nagreresulta sa isang mababang output ripple mula sa pangwakas na output ng power supply, at ang isa pa ay para sa paghiwalayin ng mga pangunahing linya mula sa mataas na dalas ng paglipat sa kabuuan driver circuit.

Ang isang maayos na itinayo na filter ng linya ay maaaring magbigay ng pagsasala ng Karaniwang mode (Isang filter na tumatanggi sa signal ng ingay na parang isang independiyenteng solong conductor) at pagkakaiba - iba ng pagsasala ng mode (pag-iiba-iba ng dalawang ingay ng dalas ng paglipat, lalo na ang ingay ng dalas ng dalas na maaaring idagdag sa linya ng mains) sa isang Power supply kung saan ang Pi filter ay isang mahalagang sangkap. Ang isang filter ng pi ay tinukoy din bilang isang filter ng Linya ng Lakas kung ginamit sa Power Electronics Application.

Paglalapat ng RF

Sa aplikasyon ng RF, ang mga filter ng Pi ay ginagamit sa iba't ibang mga operasyon at iba't ibang mga pagsasaayos. Halimbawa, sa mga aplikasyon ng RF, ang pagtutugma ng impedance ay isang malaking kadahilanan at ang mga filter ng Pi ay ginagamit upang tumugma sa impedance sa kabuuan ng RF Antennas at bago ang mga RF amplifier. Gayunpaman, sa maximum na mga kaso kung saan ang napakataas na dalas, tulad ng sa GHz band ay ginagamit, ang mga filter ng Pi ay ginagamit sa linya ng paghahatid ng signal at idinisenyo gamit ang mga bakas lamang ng PCB.

Ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng mga filter na nakabatay sa trace ng PCB kung saan ang bakas ay lumilikha ng inductance at capacitance sa napakataas na dalas ng mga application. Maliban sa linya ng paghahatid, ang mga filter ng Pi ay ginagamit din sa mga aparato sa komunikasyon ng RF, kung saan nagaganap ang modulasyon at demodulasyon. Ang mga filter ng Pi ay idinisenyo para sa isang target na dalas upang ma-demodulate ang signal pagkatapos matanggap sa panig ng tatanggap. Ginagamit din ang mga high pass Pi filters upang ma-bypass ang naka-target na mataas na dalas sa mga yugto ng pagpapalaki o paghahatid.

Mga Tip sa Disenyo ng Pi-Filter

Upang mag-disenyo ng tamang Pi filter kinakailangan upang mabayaran ang tamang mga taktika sa disenyo ng PCB para sa operasyon na walang kaguluhan, ang mga tip na ito ay nakalista sa ibaba.

Sa Power Electronics

• Ang mga makapal na bakas ay kinakailangan sa layout ng filter ng Pi.
• Ang paghihiwalay ng Pi filter mula sa power supply unit ay mahalaga.
• Ang distansya sa pagitan ng input capacitor, inductor, at ang output capacitor ay kinakailangan upang maisara.
• Ang Ground na eroplano ng output capacitor ay kinakailangan upang direktang konektado sa driver circuit sa pamamagitan ng isang tamang ground plane.
• Kung ang disenyo ay binubuo ng mga maingay na linya (Tulad ng linya ng mataas na boltahe para sa driver) na kailangang maiugnay sa Mataas na boltahe DC, kinakailangan upang ikonekta ang bakas bago ang pangwakas na output capacitor ng mga filter ng Pi. Pinapabuti nito ang kaligtasan sa ingay at hindi ginustong pag-iniksyon ng ingay sa buong circuitry ng driver.

Sa RF Circuit

• Ang pagpili ng sangkap ay isang pangunahing pamantayan para sa aplikasyon ng RF. Ang pagpapaubaya ng mga bahagi ay may pangunahing papel.
• Ang isang maliit na pagtaas sa bakas ng PCB ay maaaring magbuod ng inductance sa circuit. Ang wastong pangangalaga ay dapat gawin para sa pagpili ng inductor sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa PCB trace inductance. Ang disenyo ay dapat gawin gamit ang wastong taktika upang mabawasan ang stray inductance.
• Kailangan ng capacitance ng stray upang ma-minimize.
• Kailangan ng saradong pagkakalagay.
• Ang coaxial cable ay angkop para sa pag-input at output sa aplikasyon ng RF.