Нискочестотен филтър: LPF, използващ Op-Amp и приложения

Нискочестотен филтър: LPF, използващ Op-Amp и приложения

Филтърът може да бъде дефиниран, тъй като е един вид верига, използвана за преоформяне, модифициране и по друг начин отхвърляне на всички нежелани честоти на даден сигнал. Идеалният RC филтър ще се раздели и позволява преминаване на входни сигнали (синусоидални) в зависимост от честотата. Като цяло, при нискочестотни (<100 kHz) applications, passive филтри са конструирани с помощта на резисторни и кондензаторни компоненти. Така че е известно като a пасивен RC филтър . По същия начин, за високочестотни (> 100 kHz) сигнали пасивните филтри могат да бъдат проектирани с резистор-индуктор-кондензаторни компоненти. Така че тези вериги се наричат ​​пасивни RLC вериги . Тези филтри се наричат ​​така въз основа на честотния диапазон на сигнала, който те оставят да ги предаде. Обикновено се използват три конструкции на филтри, като например нискочестотен филтър, високочестотен филтър , и лентов филтър . Тази статия разглежда общ преглед на нискочестотния филтър.



Какво е нискочестотен филтър?

The дефиниция на нискочестотен филтър или LPF е един вид филтър, използван за предаване на сигнали с ниска честота, както и затихване с висока честота от предпочитана гранична честота. The честотна характеристика на нискочестотния филтър зависи главно от Нисък пас дизайн на филтъра . Тези филтри съществуват в няколко форми и дават по-плавен тип сигнал. Дизайнерите често използват тези филтри като прототипни филтри с импеданс, както и единна честотна лента.


Предпочитаният филтър се придобива от пробата чрез балансиране на предпочитания импеданс и широчина на честотната лента и се променя в предпочитания тип лента като нискочестотен (LPF), високочестотен (HPF) , band-pass (BPSF) или band-stop (BSF).



Нискочестотен филтър от първа поръчка

LPF от първи ред е показан на фигурата. Каква е тази схема? Прост интегратор. Имайте предвид, че интеграторът е основният градивен елемент за LPF.

Нискочестотен филтър от първа поръчка

Нискочестотен филтър от първа поръчка



Да приемем 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

Тук s = j⍵

функция за пренос на нискочестотен филтър е

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Изходът намалява (отслабва) обратно на честотата. Ако честотата удвои изхода е наполовина (-6 dB за всяко удвояване на честотата в противен случай - 6 dB на октава). Това е LPF от първи порядък и разгръщането е при -6 dB на октава.

Нискочестотен филтър от втори ред

The нискочестотен филтър от втори ред е показано на фигурата.

Нискочестотен филтър от втори ред

Нискочестотен филтър от втори ред

Да приемем 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

Тук s = j⍵

Функция за прехвърляне на нискочестотен филтър

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Да приемем 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)

Следователно трансферната функция е уравнение от втори ред.

𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)

Изходът намалява (намалява) обратно на квадрата на честотата. Ако честотата удвои изхода е 1/4. (- 12 dB за всяко удвояване на честотата или - 12 dB на октава). Това е нискочестотен филтър от втори ред и ролката е при -12 dB на октава.

The графика на нискочестотния филтър е показано по-долу. Обикновено честотната характеристика на нискочестотния филтър се обозначава с помощта на графика на Боде и този филтър се отличава със своята честота на прекъсване, както и скоростта на отпадане на честотата

Нискочестотен филтър, използващ Op Amp

Операционни усилватели или операционни усилватели доставят много ефективни нискочестотни филтри, без да използват индуктори. Цикълът за обратна връзка на операционния усилвател може да бъде включен с основните елементи на филтъра, така че високопроизводителните LPF се формират лесно чрез използване на необходимите компоненти, с изключение на индукторите. The приложения на op-amp LPF се използват в различни области на захранвания към изходите на ЦАП (цифрово-аналогови преобразуватели) за премахване на псевдоними сигнали, както и други приложения.

Първа поръчка на активна LPF верига с помощта на Op-Amp

The електрическа схема на един полюс или първи ред активен нискочестотен филтър е показано по-долу. Веригата на нискочестотен филтър, използващ оп-усилвател използва кондензатор през резистора за обратна връзка. Тази схема има ефект, когато честотата се увеличава за повишаване на нивото на обратна връзка, тогава реактивният импеданс на кондензатора пада.

Нискочестотен филтър от първа поръчка с помощта на Op Amp

Нискочестотен филтър от първа поръчка с помощта на Op Amp

Изчисляването на този филтър може да се извърши, като се работи върху честотата, при която съпротивлението на кондензатора може да бъде равно на съпротивлението на резистора. Това може да се получи, като се използва следната формула.

Xc = 1 / π f C

Където ‘Xc’ е капацитивното съпротивление в ома

‘Π’ е стандартната буква и стойността на това е 3,412

„F“ е честотата (единици-Hz)

‘C’ е капацитетът (Units-Farads)

Коефициентът на усилване в обхвата на тези вериги може да бъде изчислен по прост начин чрез елиминиране на ефекта на кондензатора.

Тъй като тези типове вериги са полезни за намаляване на усилването при високи честоти, както и предлагат максимална скорост за преобръщане от 6 dB за всяка октава, което означава, че напрежението o / p се разделя за всяко повторение по честота. И така, този вид филтър е наречен като първи ред или еднополюсен нискочестотен филтър.

Активна LPF верига от втори ред с помощта на Op-Amp

Чрез използване на операционен усилвател , възможно е да се проектират филтри в широк диапазон с различни нива на усилване, както и модели на разгъване. Този филтър предлага реакция на честотната лента, както и усилване на единството.

Активна LPF верига от втори ред с помощта на Op-Amp

Активна LPF верига от втори ред с помощта на Op-Amp

Изчисленията на стойностите на веригата са неусложнени за реакцията на Нискочестотен филтър на Батъруърт & единство печалба. За тези вериги е необходимо значително затихване и стойностите на съотношението на кондензатора и резистора заключават това.

R1 = R2

C1 = C2

f = 1 - √4 π R C2

Докато избирате стойностите, уверете се, че стойностите на резистора ще спаднат в района между 10 килограма ома до 100 килоома. Това си струва, тъй като импедансът на o / p на веригата се увеличава с честотата и външните стойности на този раздел могат да променят действието.

Калкулатор за нискочестотен филтър

За RC нискочестотна филтърна верига , нискочестотен филтър калкулатор - изчислява честотата на кросоувър и начертава Графика на нискочестотния филтър което е известно като предчувствие.

Например:

Функцията за пренос на нискочестотен филтър може да бъде изчислена чрез следната формула, ако знаем стойностите на резистора и кондензатора във веригата.

Vout (s) / Vin (s) + 1 / CR / s + 1 / CR

Изчислете честотната стойност за дадения резистор, както и стойностите на кондензатора

fc = 1/2 πRC

LPF форма на вълната

LPF форма на вълната

Приложения за нискочестотен филтър

Приложенията на нискочестотния филтър включват следното.

  • Нискочестотните филтри се използват в телефонните системи за преобразуване на честотите на аудиото в високоговорителя в сигнал с ограничена честотна лента.
  • LPF се използват за филтриране на високочестотен сигнал, който е известен като „шум“ от верига, тъй като сигналът се предава през този филтър, след което по-голямата част от високочестотния сигнал се елиминира, както и може да се получи очевиден шум.
  • Нискочестотен филтър обработка на изображение за подобряване на изображението
  • Понякога тези филтри са известни като високи или високи, поради приложенията в аудиото.
  • Нискочестотен филтър се използва в RC верига, която е известна като RC нискочестотен филтър .
  • LPF се използва като интегратор като RC верига
  • В многоскоростния DSP, докато се изпълнява интерполатор, LPF се използва като филтър против изображения. По същия начин, когато изпълнява дециматор, този филтър се използва като филтър за изглаждане.
  • Нискочестотните филтри се използват в приемници като супер хетеродин за ефективен отговор на сигналите на основната лента.
  • Нискочестотният филтър се използва в сигналите на медицински устройства, идващи от човешкото тяло, докато тестването с помощта на електродите е по-рядко. Така че тези сигнали могат да преминават през LPF за премахване на нежелания околен звук.
  • Тези филтри се използват за преобразуване на амплитудата на работния цикъл, както и за откриване на фаза във фазово заключен контур.
  • LPF се използва в AM радио за диодния детектор за промяна на AM модулирания сигнал на междинна честота към аудио сигнал.

По този начин това е всичко за a нискочестотен филтър . Проектирането на базиран на оп усилвател LPF е лесен за проектиране, както и по-сложни конструкции, използващи различни видове филтри. За повече приложения LPF осигурява изключителна производителност. Ето въпрос към вас, каква е основната функция на нискочестотния филтър?