Nizkopasovni filter: LPF z uporabo Op-Amp & Applications

Preizkusite Naš Instrument Za Odpravo Težav





Filter lahko definiramo kot eno vrsto vezja, ki se uporablja za preoblikovanje, spreminjanje in drugače zavračanje vseh neželenih frekvenc signala. Idealen RC filter se deli in omogoča oddajanje vhodnih signalov (sinusnih) glede na frekvenco. Na splošno pri nizkofrekvenčnih (<100 kHz) applications, passive filtri so izdelani z uporabo uporovnih in kondenzatorskih komponent. Torej je znan kot pasivni RC filter . Podobno lahko pasivne filtre za visokofrekvenčne (> 100 kHz) signale izdelamo z uporovno-induktorsko-kondenzatorskimi komponentami. Torej so ta vezja imenovana kot pasivna RLC vezja . Ti filtri so tako imenovani na podlagi frekvenčnega območja signala, ki jim ga dovolijo prenesti. Običajno se uporabljajo tri izvedbe filtrov, kot so nizkoprepustni filter, visokofrekvenčni filter , in pasovni filter . Ta članek obravnava pregled nizkopropusnega filtra.

Kaj je nizkofrekvenčni filter?

The definicija nizkopasovnega filtra ali LPF je ena vrsta filtra, ki se uporablja za oddajanje signalov z nizko frekvenco in tudi dušenje z visoko frekvenco kot prednostna mejna frekvenca. The nizkofrekvenčni frekvenčni odziv filtra je odvisno predvsem od Nizka podaja zasnova filtra . Ti filtri obstajajo v več oblikah in dajejo bolj gladko vrsto signala. Oblikovalci bodo te filtre pogosto uporabljali kot prototipni filter z impedanco in pasovno širino enotnosti.




Prednostni filter se pridobi iz vzorca z uravnoteženjem želene impedance in pasovne širine ter spremeni v najprimernejšo vrsto pasu, kot je nizkopasovni (LPF), visokofrekvenčni (HPF) , pasovni prehod (BPSF) ali pasovni stop (BSF).

Nizkofrekvenčni filter prvega reda

Na sliki je prikazan LPF prvega reda. Kaj je to vezje? Preprost integrator. Upoštevajte, da je integrator osnovni gradnik LPF-jev.



Nizkofrekvenčni filter prvega reda

Nizkofrekvenčni filter prvega reda

Predpostavimo 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

Tukaj s = j⍵

funkcija prenosa nizkopasovnega filtra je

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Izhod se zmanjša (oslabi) obratno kot frekvenca. Če frekvenca podvoji izhodno polovico (-6 dB za vsako podvojitev frekvence, sicer - 6 dB na oktavo). To je LPF prvega reda in odmik je pri -6 dB na oktavo.

Nizkofrekvenčni filter drugega reda

The nizkoprepustni filter drugega reda je prikazano na sliki.

Nizkofrekvenčni filter drugega reda

Nizkofrekvenčni filter drugega reda

Predpostavimo 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

Tukaj s = j⍵

Funkcija prenosa nizkofrekvenčnega filtra

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Predpostavimo 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)

Zato je prenosna funkcija enačba drugega reda.

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

Izhod se zmanjša (oslabi) obratno kot kvadrat frekvence. Če se frekvenca podvoji, je 1/4 (- 12 dB za vsako podvojitev frekvence ali - 12 dB na oktavo). To je nizkoprepustni filter drugega reda in zvitek je pri -12 dB na oktavo.

The nizkofrekvenčni diagram bode filtra je prikazano spodaj. Na splošno je frekvenčni odziv nizkoprepustnega filtra označen s pomočjo Bodejeve risbe in ta filter se odlikuje s svojo mejno frekvenco in hitrostjo odmika frekvence.

Nizkofrekvenčni filter z opcijskim ojačevalnikom

Op-ampere oz operacijski ojačevalniki dobavljamo zelo učinkovite nizkoprepustne filtre brez uporabe induktorjev. Povratno zanko op-ojačevalnika je mogoče vgraditi v osnovne elemente filtra, zato se visokozmogljivi LPF-ji enostavno oblikujejo z uporabo zahtevanih komponent, razen za induktorje. The aplikacije op-amp LPF se uporabljajo na različnih področjih napajalniki do izhodov DAC (digitalno-analogni pretvorniki) za odstranjevanje vzdevkovnih signalov in drugih aplikacij.

Prvo naročilo aktivnega vezja LPF z uporabo ojačevalnika Op-Amp

The diagram vezja enojnega pola ali prvega reda aktivni nizkoprepustni filter je prikazano spodaj. Vezje nizkoprepustni filter z uporabo op-amp uporablja kondenzator čez povratni upor. To vezje ima učinek, ko se frekvenca poveča za povečanje ravni povratnih informacij, potem ko reaktivna impedanca kondenzatorja pade.

Nizkofrekvenčni filter prvega naročila z uporabo ojačevalnika op

Nizkofrekvenčni filter prvega naročila z uporabo ojačevalnika op

Izračun tega filtra lahko opravimo tako, da delamo na frekvenci, pri kateri je reaktanca kondenzatorja lahko enaka uporu upora. To lahko dobimo z uporabo naslednje formule.

Xc = 1 / π f C

Kjer je 'Xc' kapacitivna reaktanca v ohmih

'Π' je standardna črka, vrednost tega pa je 3.412

„F“ je frekvenca (enote-Hz)

„C“ je kapacitivnost (enote-farade)

Doseg znotraj pasov teh vezij je mogoče izračunati na preprost način z odpravo učinka kondenzatorja.

Ker so te vrste vezij koristne za zmanjšanje ojačenja pri visokih frekvencah, pa tudi ponujajo največjo hitrost odvajanja 6 dB za vsako oktavo, kar pomeni, da se napetost o / p deli za vsako ponovitev v frekvenci. Torej je ta vrsta filtra poimenovana kot prvorazredni ali enopolni nizkoprepustni filter.

Aktivno vezje LPF drugega reda z optičnim ojačevalnikom

Z uporabo operacijski ojačevalnik , je možno načrtovati filtre v širokem razponu z različnimi stopnjami ojačanja, kot tudi modele z odvijanjem. Ta filter ponuja odziv na pasovno širino in dobiček enotnosti.

Aktivno vezje LPF drugega reda z optičnim ojačevalnikom

Aktivno vezje LPF drugega reda z optičnim ojačevalnikom

Izračun vrednosti vezja ni preprost za odziv Butterworthov nizkoprepustni filter & enotnost dobiček. Za ta vezja je potrebno znatno dušenje in vrednosti razmerja kondenzatorja in upora zaključujejo to.

R1 = R2

C1 = C2

f = 1 - √4 π R C2

Med izbiro vrednosti se prepričajte, da bodo vrednosti upora v območju padle med 10 kg ohm in 100 kilo ohmi. To se splača, saj se impedanca o / p vezja poveča za frekvenco in zunanje vrednosti tega odseka lahko spremenijo dejanje.

Kalkulator nizkofrekvenčnega filtra

Za RC nizkonapetostni filter , nizkoprepustni filter kalkulator - izračuna frekvenco križanja in nariše Graf nizkofrekvenčnega filtra kar je znano kot ploskev.

Na primer:

Funkcijo prenosa nizkopasovnega filtra lahko izračunamo z uporabo naslednje formule, če poznamo vrednosti upora in kondenzatorja v vezju.

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

Izračunajte frekvenčno vrednost za dani upor in vrednosti kondenzatorja

fc = 1/2 πRC

LPF valovna oblika

LPF valovna oblika

Aplikacije nizkofrekvenčnega filtra

Uporaba nizkoprepustnega filtra vključuje naslednje.

  • Nizkopasovni filtri se uporabljajo v telefonskih sistemih za pretvorbo frekvenc zvoka v zvočniku v pasovno omejen glasovni signal.
  • LPF-ji se uporabljajo za filtriranje visokofrekvenčnega signala, ki je znan kot 'šum' iz vezja, saj se signal prenaša skozi ta filter, nato se večina visokofrekvenčnega signala izloči in lahko nastane očiten hrup.
  • Nizkoprepustni filter v obdelava slik za izboljšanje slike
  • Včasih so ti filtri zaradi aplikacij v zvoku znani kot visoki ali visoki.
  • Nizkopasovni filter se uporablja v RC vezju, ki je znano kot RC nizkoprepustni filter .
  • LPF se uporablja kot integrator kot RC vezje
  • V večstopenjskem DSP se med izvajanjem interpolatorja LPF uporablja kot protivirusni filter. Podobno se pri izvajanju decimatorja ta filter uporablja kot anti-aliasing filter.
  • Nizkopasovni filtri se uporabljajo v sprejemnikih, kot je super heterodin, za učinkovit odziv signalov osnovnega pasu.
  • Nizkofrekvenčni filter se uporablja v signalih medicinskih pripomočkov, ki prihajajo iz človeškega telesa, medtem ko so preskusi z uporabo elektrod manj pogosti. Tako lahko ti signali tečejo skozi LPF za odstranjevanje neželenega zvoka iz okolice.
  • Ti filtri se uporabljajo za pretvorbo amplitude delovnega cikla in zaznavanje faz v fazno zaklenjeni zanki.
  • LPF se v AM radiu uporablja za detektor diode za spreminjanje AM moduliranega vmesnega frekvenčnega signala v avdio signal.

Tu gre torej za a nizkoprepustni filter . Oblikovanje LPF na osnovi op-amp je enostavno oblikovati, pa tudi bolj zapletene zasnove z uporabo različnih vrst filtrov. Za več aplikacij LPF zagotavlja izjemno zmogljivost. Tukaj je vprašanje za vas, kakšna je glavna funkcija nizkoprepustnega filtra?