يمكن تعريف المرشح بأنه نوع واحد من الدوائر المستخدمة لإعادة تشكيل وتعديل ورفض جميع الترددات غير المرغوب فيها للإشارة. مرشح RC المثالي سوف يقسم ويسمح بتمرير إشارات الإدخال (جيبية) حسب التردد. بشكل عام ، بتردد منخفض (<100 kHz) applications, passive المرشحات يتم تصنيعها باستخدام مكونات المقاوم والمكثف. لذلك يُعرف باسم أ مرشح RC السلبي . وبالمثل ، بالنسبة للإشارات عالية التردد (> 100 كيلو هرتز) ، يمكن تصميم المرشحات السلبية بمكونات مقاومة ومحث ومكثف. لذلك تم تسمية هذه الدوائر بأنها سلبية دوائر RLC . تسمى هذه المرشحات بناءً على نطاق تردد الإشارة التي تسمح لها بتمريرها. عادة ما يتم استخدام ثلاثة تصميمات للفلاتر مثل مرشح تمرير منخفض، مرشح دقيق ، و مرشح ممر الموجة . تتناول هذه المقالة نظرة عامة على مرشح تمرير الترددات المنخفضة.

ما هو مرشح الترددات المنخفضة؟

ال تعريف مرشح تمرير منخفض أو LPF هو نوع واحد من المرشحات المستخدمة لتمرير الإشارات ذات التردد المنخفض وكذلك التوهين بتردد عالٍ عن تردد القطع المفضل. ال استجابة تردد مرشح تمرير منخفض يعتمد بشكل أساسي على تمرير منخفض تصميم المرشح . توجد هذه المرشحات في عدة أشكال وتعطي نوعًا أكثر سلاسة للإشارة. سيستخدم المصممون هذه المرشحات بشكل متكرر مثل مرشح النموذج الأولي بمقاومة وعرض النطاق الترددي الموحد.

يتم الحصول على المرشح المفضل من العينة من خلال موازنة المعاوقة المفضلة وعرض النطاق الترددي والتغييرات في نوع النطاق المفضل مثل تمرير منخفض (LPF) ، تمرير عالي (HPF) أو تمرير النطاق (BPSF) أو النطاق الترددي (BSF).

مرشح تمرير منخفض من الدرجة الأولى

يظهر LPF من الدرجة الأولى في الشكل. ما هذه الدائرة؟ مُتكامل بسيط. لاحظ أن أداة التكامل هي لبنة البناء الأساسية لـ LPFs.

مرشح تمرير منخفض من الدرجة الأولى

افترض Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1

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

= Vi 1 / 1𝑅1 + 1

هنا ق = ي

وظيفة نقل مرشح تمرير منخفض يكون

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑅1 +1 + 1

يقلل الإخراج (يخفف) عكسياً مثل التردد. إذا كان التردد يضاعف الخرج بمقدار النصف (-6 ديسيبل لكل مضاعفة للتردد - 6 ديسيبل لكل جواب). هذا هو LPF من الدرجة الأولى ويكون التدحرج عند -6 ديسيبل لكل أوكتاف.

مرشح تمرير منخفض من الدرجة الثانية

ال مرشح تمرير منخفض من الدرجة الثانية يظهر في الشكل.

مرشح تمرير منخفض من الدرجة الثانية

افترض Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi 𝑍1 / 𝑅1 + 1

سادسا * (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)

Vi 1 / -1𝑅1 + 1

= Vi 1 / 1𝑅1 + 1

هنا ق = ي

وظيفة تحويل مرشح الترددات المنخفضة

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑅1 +1 + 1

افترض Z2 = 1 / -1

V1 = Vi 𝑍2 / 𝑅2 + 2

سادسا * (1 / 𝑗⍵𝐶2) / 𝑅2 + (1 / 𝑗⍵𝐶2)

Vi 1 / 2𝑅2 + 1

= Vi 1 / 2𝑅2 + 1

Vi (1 / -1𝑅1 + 1) * (1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1)

= 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + (𝑅1𝐶1 + 2𝐶2) +1)

لذلك فإن وظيفة النقل هي معادلة من الدرجة الثانية.

𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + (𝑅1𝐶1 + 2𝐶2) +1)

يقلل الإخراج (يخفف) بشكل عكسي مثل مربع التردد. إذا ضاعف التردد الخرج isc 1/4 (- 12 ديسيبل لكل مضاعفة التردد أو - 12 ديسيبل لكل جواب). هذا مرشح تمرير منخفض من الدرجة الثانية ولفته عند -12 ديسيبل لكل أوكتاف.

ال مرشح تمرير منخفض بودي مؤامرة هو مبين أدناه. بشكل عام ، يتم الإشارة إلى استجابة التردد لمرشح تمرير منخفض بمساعدة مخطط Bode ، ويتميز هذا المرشح بتردد القطع وكذلك معدل تكرار التردد

مرشح تمرير منخفض باستخدام Op Amp

Op-Amps أو مكبرات الصوت التنفيذية توفير مرشحات تمرير منخفضة فعالة للغاية دون استخدام محاثات. يمكن دمج حلقة التغذية المرتدة الخاصة بجهاز op-amp مع العناصر الأساسية للمرشح ، بحيث يتم تشكيل LPFs عالية الأداء بسهولة باستخدام المكونات المطلوبة باستثناء المحاثات. ال تطبيقات المرجع أمبير تستخدم LPFs في مناطق مختلفة من مزودات الطاقة إلى مخرجات DAC (المحولات الرقمية إلى التناظرية) للقضاء على إشارات الاسم المستعار وكذلك التطبيقات الأخرى.

أول طلب لدائرة LPF النشطة باستخدام Op-Amp

ال مخطط الرسم البياني القطب الواحد أو الدرجة الأولى مرشح تمرير منخفض نشط هو مبين أدناه. حلبة مرشح تمرير منخفض باستخدام المرجع أمبير الاستخدامات مكثف عبر المقاوم ردود الفعل. هذه الدائرة لها تأثير عندما يزداد التردد لتحسين مستوى التغذية المرتدة ثم تنخفض مقاومة المكثف التفاعلية.

طلب أول مرشح تمرير منخفض باستخدام Op Amp

يمكن حساب هذا المرشح من خلال العمل على التردد الذي يمكن أن تساوي مفاعلة المكثف فيه مقاومة المقاوم. يمكن الحصول على ذلك باستخدام الصيغة التالية.

Xc = 1 / π و ج

حيث 'Xc' هو المفاعلة السعوية بالأوم

'π' هو الحرف القياسي وقيمة هذا هو 3.412

'f' هو التردد (الوحدات-هرتز)

'C' هي السعة (وحدات فاراد)

يمكن حساب الكسب داخل النطاق لهذه الدوائر بطريقة بسيطة عن طريق التخلص من تأثير المكثف.

نظرًا لأن هذه الأنواع من الدوائر مفيدة في تقليل الكسب عند الترددات العالية ، فضلاً عن توفير سرعة نهائية للانزلاق تبلغ 6 ديسيبل لكل أوكتاف ، مما يعني أن الجهد الكهربي o / p ينقسم لكل تكرار في التردد. لذلك ، تمت تسمية هذا النوع من المرشحات على أنه مرشح تمرير منخفض من الدرجة الأولى أو مرشح تمرير منخفض أحادي القطب.

حلبة LPF النشطة من الدرجة الثانية باستخدام Op-Amp

باستخدام ملف مكبر تشغيلي ، من الممكن تصميم المرشحات في نطاق واسع بمستويات كسب مختلفة بالإضافة إلى نماذج التدحرج. يوفر هذا المرشح استجابة النطاق الترددي بالإضافة إلى كسب الوحدة.

حلبة LPF النشطة من الدرجة الثانية باستخدام Op-Amp

حسابات قيم الدائرة غير معقدة لاستجابة مرشح الترددات المنخفضة بتروورث & كسب الوحدة. التخميد الكبير ضروري لهذه الدوائر وقيم النسبة للمكثف والمقاوم تستنتج ذلك.

R1 = R2

C1 = C2

f = 1 - √4 π R C2

أثناء تحديد القيم ، تأكد من أن قيم المقاوم ستنخفض في المنطقة بين 10 كيلو أوم إلى 100 كيلو أوم. هذا أمر يستحق العناء حيث تزداد مقاومة الدائرة الكهربية بالتردد والقيم الخارجية لهذا القسم قد تغير الفعل.

آلة حاسبة لمرشح الترددات المنخفضة

من أجل RC دائرة مرشح تمرير منخفض ، ال مرشح تمرير منخفض حاسبة بحساب تردد التقاطع ورسم رسم بياني لمرشح التمرير المنخفض والتي تُعرف باسم مؤامرة بودي.

على سبيل المثال:

يمكن حساب وظيفة نقل مرشح التمرير المنخفض باستخدام الصيغة التالية إذا عرفنا قيم المقاوم والمكثف في الدائرة.

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

احسب قيمة التردد للمقاوم المحدد وكذلك قيم المكثف

“ما هو الزيجبي وكيف يعمل ”

نادي = 1/2 πRC

شكل موجة LPF

تطبيقات مرشح الترددات المنخفضة

تطبيقات مرشح تمرير منخفض تشمل ما يلي.

تُستخدم مرشحات التمرير المنخفض في أنظمة الهاتف لتحويل ترددات الصوت في السماعة إلى إشارة نطاق صوت محدود النطاق.
تُستخدم LPFs لتصفية الإشارات عالية التردد والتي تُعرف باسم 'الضوضاء' من الدائرة ، حيث يتم تمرير الإشارة من خلال هذا الفلتر ، ثم يتم التخلص من معظم الإشارات عالية التردد بالإضافة إلى إمكانية إنتاج ضوضاء واضحة.
مرشح تمرير منخفض معالجة الصورة لتحسين الصورة
في بعض الأحيان ، تُعرف هذه المرشحات بالقطع الثلاثي أو القص العالي بسبب التطبيقات في الصوت.
يتم استخدام مرشح تمرير منخفض في دائرة RC والتي تُعرف باسم RC مرشح تمرير منخفض .
يستخدم LPF كملف تكامل مثل دائرة RC
في DSP متعدد المعدلات ، أثناء تنفيذ Interpolator ، يتم استخدام LPF كمرشح مضاد للتصوير. وبالمثل ، عند تنفيذ decimator ، يتم استخدام هذا الفلتر كمرشح مانع للتشويش.
تُستخدم مرشحات التمرير المنخفض في أجهزة الاستقبال مثل التجانس الفائق للاستجابة الفعالة لإشارات النطاق الأساسي.
يستخدم مرشح التمرير المنخفض في إشارات الأجهزة الطبية القادمة من جسم الإنسان أثناء الاختبار باستخدام الأقطاب الكهربائية أقل في التردد. لذلك يمكن أن تتدفق هذه الإشارات عبر LPF لإزالة بعض الأصوات المحيطة غير المرغوب فيها.
تُستخدم هذه المرشحات في تحويل سعة دورة العمل وكذلك اكتشاف الطور في الحلقة المغلقة بالطور.
يستخدم LPF في راديو AM لكاشف الصمام الثنائي لتغيير إشارة التردد الوسيطة المعدلة AM إلى إشارة الصوت.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن ملف مرشح تمرير منخفض . تصميم LPF القائم على op-amp سهل التصميم ، بالإضافة إلى تصميمات أكثر تعقيدًا باستخدام أنواع مختلفة من المرشحات. لمزيد من التطبيقات ، يوفر LPF أداءً متميزًا. إليك سؤال لك ، ما هي الوظيفة الرئيسية لمرشح الترددات المنخفضة؟