Nízkopropustný filtr: 13 faktů, které byste měli vědět

  • Definice dolní propusti
  • Schéma zapojení
  • Aktivní a pasivní Low Pass filtr
  • Co dělá LPF? Jak to funguje?
  • Operace
  • Frekvenční odezva
  • Přenosová funkce LPF
  • Navrhování LPF
  • Rohová frekvence a dolní propust
  • Ideální a skutečný filtr
  • Nízkoprůchodový filtr vs horní propust
  • Výhody LPF
  • Jaká jsou použití dolní propusti?
  • Nejčastější dotazy

Definice LPF:

 "Nízkofrekvenční filtr přenáší signály s nižší frekvencí s menším odporem a má konstantní výstupní zisk z nuly na mezní frekvenci."

Obecně platí, že dolní propust zeslabuje frekvence nad mezními body.

Schéma zapojení dolní propusti:

Existují dva typy aktivního filtru, jsou -

  • Aktivní dolní propust – skládá se z většinou aktivních součástek, jako je operační zesilovač, tranzistor.
Aktivní dolní propust
číslo 1.1 Aktivní dolní propust
  • Pasivní dolní propust - skládá se převážně z pasivních součástek, jako jsou kondenzátory, rezistory atd.
LPF PASIVNÍ DG
číslo 1.2 Pasivní dolní propust

Jak funguje dolní propust??

Co dělá dolní propust?

Na obrázku 1.1 je to běžně používaný low-pass aktivní filtr.

Filtrování se běžně provádí pomocí RC sítě a operační zesilovač se používá jako zesilovač zisku jednoty. Rezistor RF(= R) je zahrnuto pro Dc offset.

Při DC je kapacitní reaktance nekonečná a stejnosměrná odporová cesta k zemi pro obě svorky by měla být stejná.

Zde jsou všechna napětí Vi, Vx, Vy, V0 jsou měřeny vzhledem k zemi.

Vstupní impedance operačního zesilovače je vždy nekonečná; do vstupních svorek nebude proudit žádný proud.

Rovnice 1

Podle pravidla děliče napětí je napětí na kondenzátoru,

EQ 2

Jelikož zisk operačního zesilovače je nekonečný,

EQ 3

Kde,

EQ 4

= zisk pásma v pásmu filtru

                 f = frekvence vstupního signálu

EQ 5

= mezní frekvence signálu

AcL

 = zisk filtru v uzavřené smyčce jako funkce frekvence.

Velikost zisku,

EQ 6

A fázový úhel (ve stupních),

EQ 7

Provoz dolní propusti:

Činnost dolnoprůchodového filtru lze ověřit z rovnice velikosti zisku následujícím způsobem -

Při velmi nízkých frekvencích, tj. F >> fc,

EQ 8

Při f = fc,

EQ 9
Při f> fc,

              |AcL| <AF

Filtr má tedy konstantní zisk AF od 0 Hz do mezní frekvence fc. Ve fc, růst je 0.707AFa po fc, klesá stabilním tempem se zvyšováním frekvence.

Zde se skutečná odezva odchyluje od lineární čárkované aproximace v blízkosti 'fc. "

Frekvenční odezva nízkoprůchodového filtru:

LPF CHARAC 1.1
Vlastnosti nízkoprůchodového filtru

Jak vyrobit Low Pass filtr?

Nízkoprůchodový filtr:

Hodnota mezní frekvence ωc je vybrán.

Kapacita C je vybrána s určitou hodnotou; obvykle je hodnota mezi 0.001 a 0.1 µF. Mylar nebo tantalové kondenzátory jsou doporučeny pro lepší výkon.

Hodnota R se vypočítá ze vztahu,

EQ 10

              Fc = mezní frekvence v hertzích

              Ωc = mezní frekvence je v radiánské sekundě.

              C = ve Faradu

Nakonec jsou hodnoty R.1 a RF jsou vybrány v závislosti na požadovaném zisku propustného pásma pomocí relace,

EQ 11

Frekvenční škálování: - Jakmile je filtr navržen, může být nutné změnit jeho mezní frekvenci. Způsob převodu původní mezní frekvence fc na novou mezní frekvenci se nazývá „škálování frekvence“.

Chcete-li změnit mezní frekvenci, vynásobte R nebo C, ale ne obojí poměrem: -

EQ 12

Rohová frekvence a mezní frekvence nízkoprůchodového filtru:

Přechod dolní propusti je vždy rychlý a plynulý propustné pásmo na stopband. Mezní frekvence také není žádným parametrem pro měření dobra nebo špatnosti v rozsahu frekvence. Mezní frekvence se přesněji označuje jako -3dB frekvence, tj. Je to frekvence, při které je velikostní odezva o 3dB nižší než hodnota při 0 Hz.

Co je Pass-band?

"Pass-band je konkrétní rozsah frekvencí, kterými filtr prochází uvnitř."

U filtrů s nízkým průchodem nemohou mít frekvence, které se pohybují ke konci pásma pásma, žádný významný zisk nebo pozornost.

Co je Stopband?

"Filtr vždy nese filtry v daném pásmu a odmítá frekvence, které jsou pod daným rozsahem." Tento konkrétní rozsah se nazývá Stopband. “

Jelikož zde existují omezení pro dolní propusti, dorazové pásmo zeslabuje na určité frekvenci, která se pohybuje v blízkosti mezní frekvence blíže k 0 Hz.

Funkce přenosu dolní propusti:

Co je funkce přenosu?

"Přenosová funkce je komplexní číslo, které má velikost i fázi. V případě filtrů pomáhá přenosová funkce zavést fázový rozdíl mezi vstupem a výstupem. "

Vzhledem k tomu, že dolní propust umožňuje průchod nízkofrekvenčních střídavých signálů, výstup se zeslabí. K výrobě filtru používáme různé aktivní a pasivní komponenty, které mají nakonec další vlastnosti. Funkce přenosu nám říká, jak jeden vstup souvisí s výstupem v závislosti na vlastnostech komponenty. Přenosovou funkci lze snadno určit z grafu výstupního signálu při různých frekvencích. Můžeme také vypočítat přenosovou funkci pomocí Kirchoffových zákonů, abychom odvodili diferenciální rovnici filtru.

EQ 13

Jak jím prochází více signálu, filtr použije fázový posun na výstupní signál pro vstupní signál. Přenosová funkce filtru je tedy komplexní funkcí frekvence. Obsahuje také všechny důležité informace, které potřebujeme k určení velikosti výstupního signálu a jeho fáze.

Ideální filtr a skutečný filtr:

Někdy z důvodu zjednodušení často používáme aktivní filtry k přiblížení způsobů. Upgradujeme je na ideální a teoretický model, který se nazývá „Ideální filtr“.

Použití těchto standardů je nedostatečné, což vede k chybám; s filtrem by pak mělo být zacházeno na základě přesného skutečného chování, tj. jako s „skutečným filtrem“.

Hlavní klíčové pojmy ideálního filtru jsou

  • Jednotka zisku
  • Úplná degradace vstupního signálu napříč pásmy.
  • Přechod odezvy z jedné zóny do druhé je docela náhlý.
  • Při průchodu signálu tranzitní zónou nevytváří žádné zkreslení.

Jaké jsou rozdíly mezi dolní propustí a horní propustí?

lpf vs hpf

Jaké jsou výhody Low Pass filtru?

  • Low-Pass filtry mohou snadno odstranit aliasingové efekty z obvodu, díky čemuž obvod funguje hladce.
  • Nízkoprůchodové filtry jsou nákladově efektivní, takže je lze snadno použít.
  • Nízkoprůchodové filtry mají nízkou výstupní impedanci; tak brání ovlivnění mezní frekvence filtrů kvůli zatížení.

Aplikace nízkoprůchodového filtru:

  • U „syčivých“ filtrů se používá dolní propust.
  • LPF se používá v audio reproduktorech ke snížení vysoké frekvence.
  • LPF lze použít jako zvukový zesilovač a ekvalizér.
  • In Analogově digitální převodník, LPF se používá jako antialiasingové filtry pro řízení signálů.
  • LPF se používá k vyhlazení obrazu, rozmazání obrazu.
  • LPF se také používá v rádiových vysílačích k blokování harmonických emisí.
  • Tyto filtry se používají v hudebních systémech k filtrování vysokofrekvenčních zvuků, což způsobuje ozvěnu vyšších zvuků.

Co je pasivní dolní propust?

Pasivní dolní propust je filtr vyrobený ze všech pasivních součástí, jako jsou kondenzátory, rezistory atd. Způsobuje nižší výstupní úroveň ve srovnání se vstupní úrovní.

Co je RC low pass obvod?

RC low pass obvod je vyroben pouze z rezistorů a kondenzátorů, jak název napovídá. Je to také základní pasivní filtr. V tomto filtru se reaktance kondenzátoru mění nepřímo s frekvencí a hodnota odporu zůstává konstantní při změně frekvence.

Co je to nízkoprůchodový filtr Butterworth?

A Butterworthův filtr je ten typ filtru, kde je frekvenční odezva plochá v oblasti propustného pásma. Nízkoprůchodový Butterworthův filtr poskytuje konstantní výstup ze zdroje stejnosměrného proudu na konkrétní mezní frekvenci a odmítá frekvence vyšších úrovní.

Jak lze sestrojit dolní propust druhého řádu?

Víme, že dolní propust prvního řádu lze vyrobit připojením jediného rezistoru a kondenzátoru, jehož jediný pól nám může poskytnout strmý sklon -20 dB / dekádu. Abychom vytvořili pasivní dolní pasový filtr druhého řádu, spojíme nebo kaskádujeme dva pasivní filtry (prvního řádu). Je to také dvoupólová síť.

Zapište si rohovou frekvenci filtru druhého řádu.

V dolnoprůchodovém filtru druhého řádu sledujeme rohový bod -3 dB, a proto se frekvence průchozího pásma mění z původní hodnoty, jak je vypočítáno v rovnici:

poslední rovnice 1

Chcete-li si přečíst více o elektronice klikněte zde