Ett filter kan definieras eftersom det är en typ av krets som används för att omforma, modifiera och på annat sätt avvisa alla oönskade frekvenser i en signal. Ett idealiskt RC-filter delar upp och tillåter passera ingångssignaler (sinusformade) beroende på frekvens. I allmänhet, i lågfrekvens (<100 kHz) applications, passive filter är konstruerade med hjälp av motstånds- och kondensatorkomponenter. Så det är känt som en passivt RC-filter . På samma sätt kan passiva filter för högfrekventa (> 100 kHz) signaler utformas med resistor-induktorkondensatorkomponenter. Så dessa kretsar heter passiva RLC-kretsar . Dessa filter är så kallade baserat på frekvensområdet för signalen som de låter passera dem. Det finns vanligtvis tre filterdesigner som t.ex. lågpassfilter, högpassfilter och bandpassfilter . Den här artikeln diskuterar en översikt över lågpassfiltret.
Vad är ett lågpassfilter?
De definition av lågpassfilter eller LPF är en typ av filter som används för att skicka signaler med låg frekvens såväl som dämpas med hög frekvens än en föredragen avstängningsfrekvens. De lågpassfilterfrekvenssvar beror främst på Lågpass filterdesign . Dessa filter finns i flera former och ger en mjukare typ av signal. Konstruktörerna använder ofta dessa filter som ett prototypfilter med impedans såväl som enhetsbandbredd.
Det föredragna filtret förvärvas från provet genom att balansera den föredragna impedansen och bandbredden och ändras till den föredragna bandtyp som lågpass (LPF), högpass (HPF) , bandpass (BPSF) eller bandstopp (BSF).
Första ordningens lågpassfilter
En första ordens LPF visas i figuren. Vad är den här kretsen? En enkel integrator. Observera att integratorn är den grundläggande byggstenen för LPF.
Första ordningens lågpassfilter
Antar Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1
V1 = Vi * 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1 = Vi (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)
= Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1
= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Här s = j⍵
lågpassfilteröverföringsfunktion är
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Utgången minskar (dämpas) omvänt som frekvensen. Om frekvens fördubblas är utgången halv (-6 dB för varje fördubbling av frekvensen annars - 6 dB per oktav). Detta är en LPF av första ordningen och avrullningen är vid -6 dB per oktav.
Andra ordningens lågpassfilter
De andra ordningens lågpassfilter visas i figuren.
Andra ordningens lågpassfilter
Antar Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1
V1 = Vi 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1
Vi * (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)
Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1
= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Här s = j⍵
Funktion för överföring av lågpassfilter
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Antar Z2 = 1 / 𝑗⍵𝐶1
V1 = Vi 𝑍2 / 𝑅2 + 𝑍2
Vi * (1 / 𝑗⍵𝐶2) / 𝑅2 + (1 / 𝑗⍵𝐶2)
Vi 1/ 𝑗𝜔𝐶2𝑅2+1
= Vi 1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1
Vi (1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1) * (1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1)
= 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Därför är överföringsfunktionen en andra ordningens ekvation.
𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Output minskar (dämpas) omvänt som frekvensen. Om frekvensen fördubblas är utgången c1 / 4th. (- 12 dB för varje fördubbling av frekvensen eller - 12 dB per oktav). Detta är ett lågpassfilter av andra ordningen och rullen på är -12 dB per oktav.
De lågpassfilter bode plot visas nedan. I allmänhet betecknas frekvensresponsen för ett lågpassfilter med hjälp av en Bode-plot, och detta filter utmärks med sin avstängningsfrekvens såväl som frekvensen för avrullning
Lågpassfilter med Op-amp
Op-förstärkare eller operativa förstärkare leverera mycket effektiva lågpassfilter utan att använda induktorer. Återkopplingsslingan hos en op-amp kan införlivas med ett grundläggande element i ett filter, så de högpresterande LPF: erna bildas enkelt med hjälp av nödvändiga komponenter förutom induktorer. De tillämpningar av op-amp LPF används i olika områden av nätaggregat till utgångarna från DAC (digitala till analoga omvandlare) för att eliminera aliasignaler liksom andra applikationer.
Första ordningens aktiva LPF-krets med Op-Amp
De kretsschema av enpolen eller första ordningen aktivt lågpassfilter visas nedan. Kretsen för lågpassfilter med op-amp användningsområden en kondensator över återkopplingsmotståndet. Denna krets har en effekt när frekvensen ökar för att förbättra återkopplingsnivån då kondensatorns reaktiva impedans faller.
Första ordningens lågpassfilter med Op Amp
Beräkningen av detta filter kan göras genom att arbeta med den frekvens med vilken kondensatorreaktansen kan motsvara motståndet hos motståndet. Detta kan erhållas med användning av följande formel.
Xc = 1/ π f C
Där 'Xc' är den kapacitiva reaktansen i ohm
'Π' är standardbokstaven och värdet på detta är 3,412
'F' är frekvensen (Enheter-Hz)
'C' är kapacitansen (Units-Farads)
In-bandförstärkningen för dessa kretsar kan beräknas på ett enkelt sätt genom att eliminera kondensatorns effekt.
Eftersom dessa typer av kretsar är till hjälp för att ge en minskning av förstärkningen vid höga frekvenser, såväl som erbjuder en slutlig hastighet för avrullning på 6 dB för varje oktav, vilket innebär att o / p-spänningen delas för varje repetition i frekvens. Så den här typen av filter heter som första ordning eller enpoligt lågpassfilter.
Andra ordningens aktiva LPF-krets med Op-Amp
Genom att använda en operationsförstärkare är det möjligt att designa filter i ett brett sortiment med olika förstärkningsnivåer samt avrullningsmodeller. Det här filtret ger både bandbreddssvar och enhetsförstärkning.
Andra ordningens aktiva LPF-krets med Op-Amp
Beräkningarna av kretsvärdena är okomplicerade för svaret på Butterworth lågpassfilter & enhetsvinst. Betydande dämpning är nödvändig för dessa kretsar och förhållandevärdena för kondensatorn och motståndet avslutar detta.
R1 = R2
C1 = C2
f = 1 - √4 π R C2
När du väljer värdena, se till att värdena på motståndet faller i området mellan 10 kilo ohm till 100 kilo-ohm. Detta är värdefullt eftersom kretsens o / p-impedans ökar med frekvensen och värdena utanför detta avsnitt kan ändra handlingen.
Lågpassfilterräknare
För en RC lågpassfilterkrets , den lågpassfilter miniräknare beräknar delningsfrekvensen och plottar Lågpassfilterdiagram vilket är känt som en bode plot.
Till exempel:
Funktionen för överföring av lågpassfilter kan beräknas med hjälp av följande formel om vi känner till värdena på motståndet och kondensatorn i kretsen.
Vout (s) / Vin (s) + 1 / CR / s + 1 / CR
Beräkna frekvensvärdet för det givna motståndet samt kondensatorvärdena
fc = 1/2 πRC
LPF Waveform
Lågpassfilterapplikationer
Tillämpningarna av lågpassfilter inkluderar följande.
- Lågpassfilter används i telefonsystem för att konvertera ljudfrekvensen i högtalaren till en bandbegränsad röstbandsignal.
- LPF används för att filtrera högfrekvent signal som kallas ”brus” från en krets, eftersom signalen passerar genom detta filter, då elimineras det mesta av högfrekvenssignalen såväl som ett uppenbart brus kan produceras.
- Lågpassfilter in bildbehandling för att förbättra bilden
- Ibland kallas dessa filter för diskant eller hög klippning på grund av applikationerna i ljud.
- Ett lågpassfilter används i en RC-krets som är känd som en RC lågpassfilter .
- LPF används som en integrator som en RC-krets
- I DSP med flera hastigheter, medan man kör en interpolator, används LPF som ett anti-bildfilter. På samma sätt används detta filter som ett anti-aliasing-filter vid körning av en decimator.
- Lågpassfilter används i mottagare som super heterodyne för ett effektivt svar på basbandssignalerna.
- Lågpassfilter används i signalerna från medicintekniska produkter som kommer från människokroppen medan testningen med elektroderna är mindre frekvent. Så dessa signaler kan flöda genom LPF för att ta bort något oönskat omgivande ljud.
- Dessa filter används vid omvandling av arbetscykelamplitud såväl som fasdetektering i den faslåsta slingan.
- LPF används i AM-radio för dioddetektorn för att ändra den AM-modulerade mellanfrekvenssignalen till ljudsignalen.
Således handlar det här om en lågpassfilter . Utformningen av op-amp-baserad LPF är enkel att designa, liksom mer komplicerade mönster med olika typer av filter. För fler applikationer ger LPF en enastående prestanda. Här är en fråga för dig, vad är lågpassfilterets huvudfunktion?
