ניתן להגדיר פילטר מכיוון שהוא סוג אחד של מעגלים המשמשים לעיצוב מחדש, שינוי ודחייה אחרת של כל התדרים הלא רצויים של האות. מסנן RC אידיאלי יחלק ומאפשר העברת אותות קלט (סינוס), בתדירות. באופן כללי, בתדירות נמוכה (<100 kHz) applications, passive פילטרים נבנים באמצעות רכיבי נגדים וקבלים. אז זה ידוע בשם מסנן RC פסיבי . באופן דומה, עבור אותות בתדר גבוה (> 100 קילו-הרץ) ניתן לתכנן פילטרים פסיביים עם רכיבי קבלים-משרנים. אז המעגלים האלה נקראים פסיביים מעגלי RLC . פילטרים אלה נקראים כך בהתבסס על טווח התדרים של האות שהם מאפשרים להעביר אותם. ישנם בדרך כלל שלושה עיצובים מסננים משמשים כגון מסנן מעביר נמוך, לעבור סינון גבוה , ו מסנן מעבר פס . מאמר זה דן בסקירה כללית על פילטר המעבר הנמוך.

מהו מסנן מעברים נמוכים?

ה הגדרה של מסנן נמוך לעבור או LPF הוא סוג מסנן אחד המשמש להעברת אותות בתדירות נמוכה וכן להחליש בתדירות גבוהה מאשר תדר ניתוק מועדף. ה תגובת תדר מסנן נמוך תלוי בעיקר ב מעבר נמוך עיצוב פילטר . מסננים אלה קיימים בכמה צורות ונותנים את האות החלק יותר של האות. המעצבים ישתמשו לעתים קרובות במסנן זה כמו במסנן אב-טיפוס עם עכבה כמו גם רוחב פס של אחדות.

המסנן המועדף נרכש מהמדגם על ידי איזון העכבה המועדפת, ורוחב הפס, ושינויים בסוג הלהקה המועדף כמו מעבר נמוך (LPF), מעבר גבוה (HPF) , פס מעבר (BPSF) או הפסקה (BSF).

מסנן מעבר נמוך מההזמנה הראשונה

LPF מסדר ראשון מוצג באיור. מהו המעגל הזה? אינטגרטור פשוט. שים לב שהאינטגרטור הוא אבן הבניין הבסיסית עבור LPFs.

מסנן מעבר נמוך מההזמנה הראשונה

לְהַנִיחַ 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

כאן s = j⍵

פונקצית העברת מסנן נמוך הוא

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

הפלט מפחית (מוחלש) הפוך כתדר. אם התדר מכפיל את התפוקה היא חצי (-6 dB לכל הכפלת תדר אחרת - 6 dB לאוקטבה). זהו LPF מהמעלה הראשונה וההשקה היא ב -6 dB לאוקטבה.

מסנן נמוך לעבור מסדר שני

ה מסנן מעבר נמוך מסדר שני מוצג באיור.

מסנן נמוך לעבור מסדר שני

לְהַנִיחַ 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

כאן s = j⍵

פונקציית העברת מסנן נמוך

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

לְהַנִיחַ 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)

לכן פונקציית העברה היא משוואה מסדר שני.

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

התפוקה מצטמצמת (מוחלשת) הפוכה כריבוע התדר. אם התדר מכפיל את התפוקה הוא c1 / 4th. (- 12 dB לכל הכפלת תדר או - 12 dB לאוקטבה). זהו פילטר מעבר נמוך מסדר שני והגלגול הוא ב -12 dB לאוקטבה.

ה עלילת מסנן נמוכה לעבור מוצג להלן. באופן כללי, תגובת התדר של מסנן נמוך לעבור מסומנת בעזרת עלילת Bode, ומסנן זה נבדל בתדירות הניתוק שלו, כמו גם בקצב התדרדרות התדר.

מסנן נמוך לעבור באמצעות מגבר אופ

מגברי אופ או מגברים תפעוליים מספקים מסנני מעבר נמוכים יעילים מאוד ללא שימוש במשרנים. ניתן לשלב את לולאת המשוב של מגבר Op עם האלמנטים הבסיסיים של פילטר, כך ש- LPFs בעלי הביצועים הגבוהים נוצרים בקלות על ידי שימוש ברכיבים הנדרשים למעט משרנים. ה יישומים של מגבר אופ LPFs משמשים באזורים שונים של ספקי כוח לתפוקות של DAC (ממירים דיגיטליים לאנלוגיים) לביטול אותות כינוי כמו גם יישומים אחרים.

מעגל LPF פעיל מההזמנה הראשונה באמצעות Op-Amp

ה תרשים מעגל של הקוטב היחיד או הצו הראשון מסנן נמוך לעבור פעיל מוצג להלן. המעגל של מסנן נמוך לעבור באמצעות מגבר אופ שימושים קבלים על פני נגד המשוב. למעגל זה יש השפעה כאשר התדר עולה לשיפור רמת המשוב ואז עכבת התגובה של הקבל נופלת.

מסנן מעברים נמוכים בהזמנה ראשונה באמצעות מגבר אופ

חישוב המסנן הזה יכול להיעשות על ידי עבודה על התדר בו תגובת הקבל יכולה להיות שווה להתנגדות הנגד. ניתן להשיג זאת באמצעות הנוסחה הבאה.

Xc = 1 / π f C

כאשר 'Xc' הוא התגובה הקיבולית באום

'Π' היא האות הרגילה והערך שלה הוא 3.412

'F' הוא התדר (יחידות-הרץ)

'C' הוא הקיבול (Units-Farads)

ניתן לחשב את הרווח בתוך המעגלים הללו בצורה פשוטה על ידי ביטול השפעת הקבל.

מכיוון שמעגלים מסוג זה מועילים לתת הפחתה ברווח בתדרים גבוהים, וכן מציעים מהירות אולטימטיבית להפעלה של 6 dB לכל אוקטבה, כלומר מתח o / p מתחלק לכל חזרה בתדר. אז, סוג זה של פילטר נקרא כמסנן נמוך או מסדר נמוך בעל עמוד יחיד.

מעגל LPF פעיל מסדר שני באמצעות Op-Amp

באמצעות מגבר תפעולי , ניתן לתכנן פילטרים במגוון רחב עם רמות רווח שונות כמו גם דגמי רול-אוף. מסנן זה מציע תגובה רוחב פס כמו גם רווח אחדות.

מעגל LPF פעיל מסדר שני באמצעות Op-Amp

חישובי ערכי המעגל אינם מורכבים לתגובת מסנן מעבר נמוך של Butterworth ורווח אחדות. יש צורך בשיכוך משמעותי עבור מעגלים אלה וערכי היחס של הקבל והנגד מסכמים זאת.

R1 = R2

C1 = C2

f = 1 - √4 π R C2

בעת בחירת הערכים, ודא כי ערכי הנגד יירדו באזור בין 10 קילו אוהם ל 100 קילו-אוהם. זה כדאי מכיוון שעכבת ה- o / p של המעגל עולה בתדירות ובערכים החיצוניים של סעיף זה עשויים לשנות את המעשה.

מחשבון מסנן נמוך לעבור

עבור RC מעגל מסנן נמוך לעבור , ה מחשבון מסנן נמוך לעבור מחשבת את תדירות ההצלבה ומתווה את גרף מסנן נמוך לעבור אשר ידוע כעלילת מבשר.

לדוגמה:

ניתן לחשב את פונקציית העברת המסנן הנמוך באמצעות הנוסחה הבאה אם אנו יודעים את ערכי הנגד והקבל במעגל.

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

חשב את ערך התדר עבור הנגד הנתון וכן את ערכי הקבלים

“תרשים מעגל בקר טעינת סוללה סולארית ”

fc = 1/2 π RC

צורת גל LPF

יישומי מסנן נמוך לעבור

היישומים של מסנן מעבר נמוך כוללים את הדברים הבאים.

מסנני מעבר נמוך משמשים במערכות טלפון להמרת תדרי השמע ברמקול לאות הלהקה הקולית מוגבלת הלהקה.
LPFs משמשים לסינון אות בתדר גבוה המכונה 'רעש' ממעגל, שכן האות מועבר דרך מסנן זה, ואז מרבית האות בתדר גבוה מסולק, כמו כן ניתן לייצר רעש ברור.
מסנן נמוך לעבור עיבוד תמונה לשיפור התמונה
לפעמים מסננים אלה ידועים כגזירה או גזירה גבוהה בשל היישומים באודיו.
נעשה שימוש במסנן נמוך לעבור במעגל RC המכונה מסנן RC נמוך לעבור .
LPF משמש כ- אינטגרטור כמו מעגל RC
ב- DSP רב-קצביים, בזמן ביצוע אינטרפולטור, LPF משמש כמסנן אנטי-הדמיה. באופן דומה, בעת ביצוע מכשיר decimator מסנן זה משמש כמסנן נגד כינויים.
מסנני מעבר נמוך משמשים במקלטים כמו סופר הטרודין לתגובה יעילה של אותות רצועת הבסיס.
מסנן נמוך לעבור משמש באותות המכשירים הרפואיים המגיעים מגוף האדם בזמן שבדיקות באמצעות האלקטרודות פחות תדירות. אז האותות האלה יכולים לזרום דרך ה- LPF להסרת צליל סביבתי לא רצוי.
מסננים אלה משמשים להמרה של משרעת מחזור חובה וכן גילוי פאזה בלולאה הנעולה פאזה.
LPF משמש ברדיו AM לגלאי הדיודות כדי לשנות את אות תדר הביניים המוונן AM לאות השמע.

לפיכך, זה הכל על א מסנן מעביר נמוך . העיצוב של LPF מבוסס-מגבר הוא פשוט לעיצוב, כמו גם עיצובים מורכבים יותר בעזרת סוגים שונים של פילטרים. עבור יישומים נוספים, ה- LPF מספק ביצועים יוצאי דופן. הנה שאלה עבורך, מה הפונקציה העיקרית של פילטר המעבר הנמוך?