Фильтр может быть определен как один из видов схемы, используемой для изменения формы, модификации или иного подавления всех нежелательных частот сигнала. Идеальный RC-фильтр будет делить и пропускать входные сигналы (синусоидальные) в зависимости от частоты. Обычно в низкочастотном (<100 kHz) applications, passive фильтры построены с использованием компонентов резистора и конденсатора. Так что он известен как пассивный RC-фильтр . Точно так же для высокочастотных (> 100 кГц) сигналов можно разработать пассивные фильтры с компонентами резистор-индуктор-конденсатор. Эти схемы называются пассивными. Цепи RLC . Эти фильтры так называются в зависимости от диапазона частот сигнала, который они пропускают. Обычно используются три конструкции фильтров, например: фильтр нижних частот, фильтр высоких частот , и полосовой фильтр . В этой статье обсуждается обзор фильтра нижних частот.

Что такое фильтр низких частот?

В определение фильтра нижних частот или LPF - это один из видов фильтров, используемых для пропускания сигналов с низкой частотой, а также для ослабления с высокой частотой, чем предпочтительная частота среза. В АЧХ фильтра нижних частот в основном зависит от НЧ конструкция фильтра . Эти фильтры существуют в нескольких формах и дают более плавный тип сигнала. Разработчики часто используют этот фильтр как прототип фильтра с импедансом, а также единичной полосой пропускания.

Предпочтительный фильтр получается из образца путем уравновешивания предпочтительного импеданса и полосы пропускания и изменяется на предпочтительный тип полосы, например низкочастотный (LPF), высокочастотный (HPF) , полосовой (BPSF) или полосовой (BSF).

Фильтр нижних частот первого порядка

ФНЧ первого порядка показан на рисунке. Что это за схема? Простой интегратор. Обратите внимание, что интегратор является основным строительным блоком для LPF.

Фильтр нижних частот первого порядка

Предполагать Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi * 1 / 𝑅1 + 𝑍1 = Vi (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1/1)

= Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1

= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Здесь s = j⍵

передаточная функция фильтра нижних частот является

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Выходной сигнал уменьшается (ослабляется) обратно пропорционально частоте. При удвоении частоты выходной сигнал составляет половину (-6 дБ на каждое удвоение частоты, в противном случае - 6 дБ на октаву). Это ФНЧ первого порядка, и спад составляет -6 дБ на октаву.

Фильтр нижних частот второго порядка

В фильтр нижних частот второго порядка показан на рисунке.

Фильтр нижних частот второго порядка

Предполагать Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1

Vi * (1/1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)

Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1

= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Здесь s = j⍵

Функция передачи фильтра низких частот

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Предполагать Z2 = 1 / 𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi 2 / 𝑅2 + 𝑍2

Vi * (1 / 𝑗⍵𝐶2) / 𝑅2 + (1/2)

Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶2𝑅2 + 1

= Vi 1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1

Vi (1 / 1𝑅1 + 1) * (1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1)

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

Поэтому передаточная функция является уравнением второго порядка.

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

Выходной сигнал уменьшается (ослабляется) обратно пропорционально квадрату частоты. Если частота удваивается, выходной сигнал составляет 1/4 (- 12 дБ на каждое удвоение частоты или - 12 дБ на октаву). Это фильтр нижних частот второго порядка, и его диапазон составляет -12 дБ на октаву.

В график Боде фильтра нижних частот показано ниже. Как правило, частотная характеристика фильтра нижних частот отображается с помощью графика Боде, и этот фильтр отличается своей частотой среза, а также скоростью спада частоты.

Фильтр низких частот с использованием операционного усилителя

Операционные усилители или операционные усилители поставляют очень эффективные фильтры нижних частот без использования индукторов. Контур обратной связи операционного усилителя может быть объединен с основными элементами фильтра, поэтому высокопроизводительные фильтры низких частот легко формируются с использованием необходимых компонентов, за исключением катушек индуктивности. В применения операционного усилителя ФНЧ используются в различных областях Источники питания к выходам ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи) для устранения псевдонимов сигналов, а также других приложений.

Схема активного ФНЧ первого порядка на ОУ

В принципиальная электрическая схема однополюсного или первого порядка активный фильтр нижних частот показано ниже. Схема фильтр нижних частот с использованием операционного усилителя использует конденсатор через резистор обратной связи. Эта схема действует, когда частота увеличивается для повышения уровня обратной связи, а затем реактивное сопротивление конденсатора падает.

Фильтр низких частот первого порядка с использованием операционного усилителя

Расчет этого фильтра можно выполнить, определив частоту, при которой реактивное сопротивление конденсатора может равняться сопротивлению резистора. Это можно получить, используя следующую формулу.

Xc = 1 / π f C

Где «Xc» - емкостное реактивное сопротивление в Ом.

‘Π’ - стандартная буква, ее значение составляет 3,412.

‘F’ - частота (единицы-Гц)

«C» - емкость (единицы-фарады)

Внутриполосное усиление этих схем может быть вычислено простым способом, исключив влияние конденсатора.

Поскольку эти типы схем полезны для снижения усиления на высоких частотах, а также предлагают максимальную скорость спада 6 дБ для каждой октавы, что означает деление напряжения o / p для каждого повторения частоты. Таким образом, этот вид фильтра называется фильтром нижних частот первого порядка или однополюсным фильтром нижних частот.

Схема активного ФНЧ второго порядка с ОУ

Используя операционный усилитель , можно создавать фильтры в широком диапазоне с разными уровнями усиления, а также модели спада. Этот фильтр предлагает полосу пропускания, а также единичное усиление.

Схема активного ФНЧ второго порядка с ОУ

Расчет значений схемы несложен для реакции Фильтр нижних частот Баттерворта и усиление единства. Для этих цепей необходимо значительное демпфирование, и значения отношения конденсатора и резистора подтверждают это.

R1 = R2

C1 = C2

f = 1 - √4 π R C2

При выборе значений убедитесь, что значения резистора упадут в диапазоне от 10 кОм до 100 кОм. Это имеет смысл, так как импеданс схемы увеличивается на частоту, и внешние значения этого участка могут изменить действие.

Калькулятор фильтра низких частот

Для RC схема фильтра нижних частот , то калькулятор фильтра нижних частот вычисляет частоту кроссовера и строит график График фильтра нижних частот который известен как заговор Боде.

Например:

Передаточная функция фильтра нижних частот может быть рассчитана по следующей формуле, если нам известны номиналы резистора и конденсатора в цепи.

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

Рассчитайте значение частоты для данного резистора, а также номиналы конденсатора.

“список портов на компьютере ”

fc = 1/2 πRC

Форма волны LPF

Применения фильтра низких частот

Области применения фильтра нижних частот включают следующее.

Фильтры нижних частот используются в телефонных системах для преобразования частот звука в динамике в сигнал с ограниченной полосой пропускания голоса.
Фильтры LPF используются для фильтрации высокочастотного сигнала, известного как «шум» из схемы, поскольку сигнал проходит через этот фильтр, тогда большая часть высокочастотного сигнала устраняется, а также может создаваться очевидный шум.
Фильтр низких частот в обработка изображений для улучшения имиджа
Иногда эти фильтры известны как срезание высоких или высоких частот из-за применений в аудио.
В RC-цепи используется фильтр нижних частот, который известен как RC фильтр нижних частот .
LPF используется как интегратор как цепь RC
В многоскоростном DSP при выполнении интерполятора LPF используется в качестве фильтра Anti-Imaging. Точно так же при выполнении прореживания этот фильтр используется как фильтр сглаживания.
Фильтры нижних частот используются в приемниках, таких как супергетеродин, для эффективного отклика сигналов основной полосы частот.
Фильтр нижних частот используется в сигналах медицинских устройств, исходящих от тела человека, в то время как при тестировании с использованием электродов частота меньше. Таким образом, эти сигналы могут проходить через LPF для удаления нежелательных окружающих звуков.
Эти фильтры используются для преобразования амплитуды рабочего цикла, а также для обнаружения фазы в контуре фазовой автоподстройки частоты.
LPF используется в AM-радио для диодного детектора, чтобы преобразовать AM-модулированный сигнал промежуточной частоты в звуковой сигнал.

Таким образом, это все о фильтр нижних частот . ФНЧ на базе операционных усилителей просты в разработке, как и в более сложных конструкциях с использованием различных типов фильтров. Для большего количества приложений LPF обеспечивает выдающуюся производительность. Вот вам вопрос, какова основная функция фильтра низких частот?