Penapis dapat didefinisikan kerana ia adalah salah satu jenis rangkaian yang digunakan untuk membentuk semula, mengubah, dan sebaliknya menolak semua frekuensi isyarat yang tidak diingini. Penapis RC yang ideal akan membahagi & membenarkan isyarat input yang lewat (sinusoidal) bergantung pada frekuensi. Secara amnya, dalam frekuensi rendah (<100 kHz) applications, passive penapis dibina menggunakan komponen perintang dan kapasitor. Jadi ia dikenali sebagai penapis RC pasif . Begitu juga, untuk isyarat frekuensi tinggi (> 100 kHz) penapis pasif boleh dirancang dengan komponen resistor-induktor-kapasitor. Jadi litar ini dinamakan pasif Litar RLC . Penapis ini dipanggil berdasarkan julat frekuensi isyarat yang mereka biarkan untuk menyebarkannya. Terdapat tiga reka bentuk penapis yang biasa digunakan seperti penapis lulus rendah, penapis lulus tinggi , dan penapis jalur lebar . Artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan penapis lulus rendah.
Apa itu Penapis Lulus Rendah?
The definisi saringan lulus rendah atau LPF adalah salah satu jenis penapis yang digunakan untuk menyampaikan isyarat dengan frekuensi rendah serta melemahkan dengan frekuensi tinggi daripada frekuensi pemotongan yang disukai. The tindak balas frekuensi penapis lulus rendah terutamanya bergantung pada PAS Rendah reka bentuk penapis . Penapis ini terdapat dalam beberapa bentuk dan memberikan jenis isyarat yang lebih halus. Pereka akan sering menggunakan penapis ini seperti penapis prototaip dengan impedans serta lebar jalur kesatuan.
Penapis pilihan diperoleh dari sampel dengan mengimbangkan impedans yang disukai, dan lebar jalur, & berubah menjadi jenis jalur pilihan seperti low-pass (LPF), high-pass (HPF) , band-pass (BPSF) atau band-stop (BSF).
Penapis Pas Rendah Pesanan Pertama
LPF pesanan pertama ditunjukkan dalam gambar. Apakah litar ini? Penyepadu yang sederhana. Perhatikan bahawa integrator adalah blok asas untuk LPF.
Penapis Pas Rendah Pesanan Pertama
Andaikan 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
Di sini s = j⍵
fungsi pemindahan penapis lulus rendah adalah
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Keluarannya berkurang (melemahkan) secara terbalik sebagai frekuensi. Sekiranya frekuensi menggandakan output adalah separuh (-6 dB untuk setiap penggandaan frekuensi sebaliknya - 6 dB per oktaf). Ini adalah LPF dari pesanan pertama dan roll-off pada -6 dB per oktaf.
Penapis Pas Rendah Pesanan Kedua
The penapis lulus rendah pesanan kedua ditunjukkan dalam rajah.
Penapis Pas Rendah Pesanan Kedua
Andaikan 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
Di sini s = j⍵
Fungsi Pemindahan Penapis Lulus Rendah
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Andaikan 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)
Oleh itu fungsi pemindahan adalah persamaan pesanan kedua.
𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Output mengurangkan (melemahkan) secara terbalik sebagai kuasa dua frekuensi. Sekiranya frekuensi menggandakan output isc1 / 4. (- 12 dB untuk setiap penggandaan frekuensi atau - 12 dB per oktaf). Ini adalah saringan lulus rendah urutan kedua dan gulungannya berada pada -12 dB per oktaf.
The plot bode penapis lulus rendah ditunjukkan di bawah. Secara amnya, tindak balas frekuensi penapis lulus rendah ditandai dengan bantuan plot Bode, & penapis ini dibezakan dengan frekuensi pemotongannya serta kadar penggulungan frekuensi
Penapis Lulus Rendah Menggunakan Op Amp
Op-Amps atau penguat operasi membekalkan penapis lulus rendah yang sangat berkesan tanpa menggunakan induktor. Gelung maklum balas op-amp dapat digabungkan dengan elemen asas penapis, jadi LPF berprestasi tinggi mudah dibentuk dengan menggunakan komponen yang diperlukan kecuali induktor. The aplikasi op-amp LPF digunakan di kawasan yang berlainan di bekalan kuasa ke output dari DAC (Penukar Digital ke Analog) untuk menghilangkan isyarat alias dan juga aplikasi lain.
Litar LPF Aktif First Order menggunakan Op-Amp
The gambarajah litar tiang tunggal atau urutan pertama penapis lulus rendah aktif ditunjukkan di bawah. Litar penapis lulus rendah menggunakan op-amp kegunaan sebuah kapasitor merentas perintang maklum balas. Litar ini mempunyai kesan apabila frekuensi meningkat untuk meningkatkan tahap maklum balas maka impedans reaktif kapasitor jatuh.
Penapis Lulus Rendah Pesanan Pertama Menggunakan Op Amp
Pengiraan penapis ini dapat dilakukan dengan mengerjakan frekuensi di mana reaktansi kapasitor dapat menyamai rintangan perintang. Ini dapat diperoleh dengan menggunakan formula berikut.
Xc = 1 / π f C
Di mana 'Xc' adalah reaktansi kapasitif dalam ohm
'Π' adalah huruf standard dan nilai ini adalah 3.412
‘F’ adalah frekuensi (Unit-Hz)
‘C’ adalah kapasitansi (Unit-Farad)
Keuntungan dalam rangkaian litar ini dapat dikira dengan cara yang mudah dengan menghilangkan kesan kapasitor.
Oleh kerana jenis litar ini berguna untuk memberikan pengurangan keuntungan pada frekuensi tinggi, dan juga menawarkan kelajuan tertinggi untuk putaran 6 dB untuk setiap oktaf, yang bermaksud voltan o / p membahagi bagi setiap pengulangan frekuensi. Oleh itu, penapis jenis ini dinamakan sebagai penuras low pass single order atau single pole.
Litar LPF Aktif Pesanan Kedua menggunakan Op-Amp
Dengan menggunakan penguat operasi , adalah mungkin untuk merancang penapis dalam jarak yang luas dengan tahap keuntungan yang berbeza dan juga model roll-off. Penapis ini menawarkan tindak balas lebar jalur dan keuntungan perpaduan.
Litar LPF Aktif Pesanan Kedua menggunakan Op-Amp
Pengiraan nilai litar tidak rumit untuk tindak balas Penapis lulus rendah Butterworth & keuntungan perpaduan. Peredaman ketara diperlukan untuk litar ini & nilai nisbah kapasitor dan perintang menyimpulkan ini.
R1 = R2
C1 = C2
f = 1 - √4 π R C2
Semasa memilih nilai, pastikan nilai perintang akan turun di rantau ini antara 10 kilogram ohm hingga 100 kilo-ohm. Ini bermanfaat kerana impedans o / p litar meningkat dengan kekerapan & nilai luar bahagian ini boleh mengubah tindakan.
Kalkulator Penapis Lulus Rendah
Untuk RC litar penapis lulus rendah , kalkulator penapis lulus rendah mengira frekuensi silang dan petak the Graf penapis lulus rendah yang dikenali sebagai plot bode.
Sebagai contoh:
Fungsi transfer low pass filter dapat dikira dengan menggunakan formula berikut jika kita mengetahui nilai perintang dan kapasitor dalam litar.
Vout / Vin (s) + 1 / CR / s + 1 / CR
Hitung nilai frekuensi bagi perintang yang diberikan dan juga nilai kapasitor
fc = 1/2 πRC
Bentuk Gelombang LPF
Aplikasi Penapis Lulus Rendah
Aplikasi penapis lulus rendah merangkumi yang berikut.
- Penapis lulus rendah digunakan dalam sistem telefon untuk menukar frekuensi audio dalam pembesar suara menjadi isyarat pita suara terhad pita.
- LPF digunakan untuk menyaring isyarat frekuensi tinggi yang dikenal sebagai 'noise' dari litar, kerana isyarat melewati penapis ini, maka sebahagian besar isyarat frekuensi tinggi dihapuskan serta kebisingan yang jelas dapat dihasilkan.
- Penapis lulus rendah di pemprosesan imej untuk meningkatkan imej
- Kadang kala penapis ini dikenali sebagai potongan treble atau potongan tinggi kerana aplikasi dalam audio.
- Penapis lulus rendah digunakan dalam litar RC yang dikenali sebagai Penapis lulus rendah RC .
- LPF digunakan sebagai penyepadu seperti litar RC
- Dalam DSP multi-kadar, ketika menjalankan Interpolator, LPF digunakan sebagai Anti - Imaging Filter. Begitu juga, ketika menjalankan desimator, filter ini digunakan sebagai filter anti-aliasing.
- Penapis lulus rendah digunakan pada penerima seperti super heterodyne untuk tindak balas isyarat baseband yang cekap.
- Penapis lulus rendah digunakan dalam isyarat alat perubatan yang datang dari tubuh manusia semasa ujian menggunakan elektrod kurang frekuensi. Jadi isyarat ini dapat mengalir melalui LPF untuk mengeluarkan beberapa bunyi ambien yang tidak diingini.
- Penapis ini digunakan dalam penukaran amplitud kitaran tugas dan juga pengesanan fasa dalam gelung terkunci fasa.
- LPF digunakan di radio AM untuk pengesan dioda untuk menukar isyarat frekuensi perantara yang dimodulasi AM menjadi isyarat audio.
Oleh itu, ini semua berkaitan dengan a penapis lulus rendah . Perancangan LPF berasaskan op-amp adalah mudah untuk reka bentuk, serta reka bentuk yang lebih rumit menggunakan pelbagai jenis penapis. Untuk lebih banyak aplikasi, LPF memberikan prestasi yang luar biasa. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah fungsi utama saringan low pass?
