مرشح تمرير النطاق السلبي: الدائرة، العمل، الكسب وتطبيقاته

تقوم دوائر الترشيح بتصفية الترددات داخل الدوائر الإلكترونية. تستخدم هذه الدوائر مجموعة من المقاومات و المكثفات باعتبارها لبنات البناء الأساسية الخاصة بهم. تعد دائرة المرشح هذه ضرورية في مخطط كتلة مصدر الطاقة بعد دائرة المقوم لأنها تغير التيار المتردد النابض إلى تيار مستمر وتزود في اتجاه واحد فقط. تقوم دائرة التصفية بفصل مكون التيار المتردد المتوفر داخل الخرج المصحح وتسمح لمكون التيار المستمر بالوصول إلى الحمل. هناك أنواع مختلفة من المرشحات المتاحة، من بينها مرشح تمرير النطاق (BPF) هو أحد الأنواع. يسمح هذا الفلتر بالترددات في نطاق معين من التردد ويخفف الترددات عندما يكون خارج النطاق. هؤلاء المرشحات متوفرة في أنواع مختلفة ولكن BPF السلبي هو أحد الأنواع. لذلك، تقدم هذه المقالة معلومات موجزة عن أ مرشح تمرير النطاق السلبي وأعماله وتطبيقاته.

ما هو مرشح تمرير النطاق السلبي؟

يُعرف الجمع بين مرشح التمرير المنخفض ومرشح التمرير العالي بمرشح تمرير النطاق السلبي. يسمح هذا النوع من المرشحات بنطاق معين من الترددات ويمنع جميع الترددات المتبقية. هذه دائرة كهربائية تستخدم عناصر سلبية فقط مثل R وC وL. لذا فإن هذا الفلتر مصنوع من خلال مرشحين متتاليين مثل LPF وHPF. الاستخدام الرئيسي لمرشح تمرير النطاق السلبي هو في مكبر الصوت . في بعض الأحيان في مكبرات الصوت، نحتاج إلى نطاق ترددي معين لا يبدأ من 0 هرتز وليس ترددًا عاليًا، على الرغم من أننا نشترط نطاقًا معينًا من نطاق التردد، إما أن يكون نطاقًا أوسع أو ضيقًا.

مخطط دائرة مرشح تمرير النطاق السلبي

يستخدم المرشح السلبي المكونات السلبية فقط مثل؛ المقاومات, المحاثات والمكثفات. وبالتالي، يمكن لمرشح تمرير النطاق السلبي أيضًا استخدام مكونات سلبية ولا يستخدم مكبر للصوت التشغيلي للتضخيم. جزء التضخيم المشابه لمرشح تمرير النطاق النشط غير موجود داخل مرشح تمرير النطاق السلبي. يشتمل مخطط دائرة مرشح تمرير النطاق السلبي أيضًا على دوائر مرشح التمرير العالي والمنخفض. لذا فإن الجزء الأول من الدائرة مخصص لـ HPF السلبي بينما النصف الثاني من الدائرة مخصص لـ LPF السلبي.

تصميم مرشح تمرير النطاق السلبي

يمكن إجراء تصميم مرشح تمرير النطاق السلبي ببساطة باستخدام المقاومات والمكثفات. لا تحتاج دائرة مرشح تمرير النطاق السلبي إلى أي طاقة ولا يتم استخدامها لأي تضخيم نشط. يتم استخدام هذه الأنواع من مرشحات تمرير النطاق بالإضافة إلى دائرة نشطة لتوفير التضخيم ولكنها في حد ذاتها لا توفر أي تضخيم. تم تصميم هذه المرشحات بمزيج من HPF وLPF.

المكونات المطلوبة لصنع هذه الدائرة تشمل بشكل رئيسي؛ المكثفات – 1nF و1μF، المقاومات – 150Ω و16KΩ. لبناء هذه الدائرة، تحتاج هذه الدائرة فقط إلى المقاومات والمكثفات. بالنسبة لدائرة المرشح هذه، يتراوح نطاق التمرير من 1 كيلو هرتز إلى 10 كيلو هرتز للمقاومات وقيم المكثفات المختارة. إذا قمنا بتعديل هذه الترددات، فيجب تغيير قيم المقاومات والمكثفات.

تحتوي هذه الدائرة على جزأين مثل مرشح التمرير العالي و مرشح تمرير منخفض . الجزء الأول من هذه الدائرة يتكون من R1 & C1 لتكوين HPS. لذا فإن هذا الفلتر يسمح ببساطة بجميع الترددات فوق النقطة التي تم تصميمه بشكل أساسي لتمريرها. يشكل تصميم المرشح هذا ببساطة نقطة تردد القطع السفلية ولكن نقطة تردد القطع الأدنى المطلوبة في هذه الدائرة هي 1 كيلو هرتز. لذلك، يسمح HPF بترددات أعلى من 1 كيلو هرتز.
يمكن حساب تردد القطع الأدنى باستخدام الصيغة التالية.

تردد القطع الأدنى = 1/2πR1C1.

نحن نعرف قيم المقاوم والمكثف مثل؛ R1 = 150Ω وC1 = 1μF، لذا استبدل هذه القيم في المعادلة أعلاه، ويمكننا الحصول على:

تردد القطع الأدنى = 1/2π(150Ω)*(1μF) => 1061 هرتز => 1 كيلو هرتز.

يسمح هذا الفلتر بجميع الترددات التي تزيد عن 1 كيلو هرتز ويحجب ببساطة جميع الترددات أو يخفف بشكل كبير جميع الترددات التي تقل عن 1 كيلو هرتز.

وبالمثل، فإن الجزء الثاني من هذه الدائرة يتكون من المقاوم R2 والمكثف C2 لتكوين LPF. يقوم هذا الفلتر بحظر جميع الترددات الموجودة أسفل نقطة القطع.

نحن هنا بحاجة إلى أن يكون تردد القطع الأعلى 10 كيلو هرتز داخل دائرة المرشح هذه، وبالتالي تسمح هذه الدائرة بتمرير جميع الترددات أقل من 10 كيلو هرتز وتحجب جميع الترددات التي تزيد عن نقطة 10 كيلو هرتز.
صيغة حساب تردد القطع الأعلى هي نفس صيغة تردد القطع الأدنى، التردد => 1/2π R2C2

نحن نعرف قيم المقاومة R2 والمكثف C2 مثل: R2 = 16KΩ & C2 = 1nF، لذا استبدل هاتين القيمتين في المعادلة أعلاه ثم يمكننا الحصول عليها؛

تردد القطع الأعلى = 1/2π(16KΩ)*(1nF)= 9952 هرتز => 10 كيلو هرتز.

وبالتالي، فإن HPF يسمح بجميع الترددات فوق نقطة القطع السفلية بينما يسمح LPF بجميع الترددات تحت تردد القطع الأعلى. سيؤدي ذلك إلى إنشاء مرشح تمرير النطاق حيث يحتوي المرشح على نطاق تمرير بين ترددات القطع المنخفضة والأعلى.

لتجنب تأثير التحميل على LPF من HPF، يوصى بأن تكون قيمة المقاوم R2 أقل من 10 (أو) أعلى من المقاوم R1. في هذه الدائرة، نجعل قيمة المقاوم R2 أعلى بـ 100 مرة.

عمل

تعمل هذه الدائرة عن طريق السماح بإشارات كاملة القوة بين مرشح التمرير المنخفض والمرشح مرشح دقيق الترددات. إذا تم تصميم مرشح التمرير المنخفض (LPF) لتردد 2 كيلو هرتز بينما تم تصميم مرشح التمرير العالي (HPF) لتردد 200 هرتز، فإن هذه الدائرة تولد إشارات خرج بين 200 هرتز و2 كيلو هرتز بقوة كاملة تقريبًا أو قوة كاملة.

عندما تكون الإشارات المولدة خارج هذا النطاق، سيتم توهين الترددات إلى حد كبير، وبالتالي تكون اتساعها منخفضة جدًا مقارنة بسعة الإشارة داخل نطاق التمرير. يشير نطاق التمرير إلى الإشارات الموجودة بين مرشحات التمريرات العالية والمنخفضة التي يتم تمريرها بكامل قوتها.

هنا، نطاق التمرير هو 200 هرتز إلى 2 كيلو هرتز، ثم تردد القطع المنخفض هو 200 هرتز وتردد القطع العالي هو 2 كيلو هرتز. في نطاق التمرير، هذين الترددين هما النقطتان داخل نطاق المرور حيث يوجد انخفاض بمقدار 3 ديسيبل في السعة. لذا فإن هذا الانخفاض يعادل 0.707VPEAK.

في الرسم البياني التالي لتمرير النطاق، توجد سعة الذروة (VPEAK). هنا سوف تنخفض السعة عندما تحصل على هذين الترددين. بمجرد وصوله إلى 0.707VPEAK، فهذه هي نقطة القطع البالغة 3 ديسيبل والتي تشير إلى نصف الطاقة القصوى. بعد نقاط القطع 3 ديسيبل، هناك انخفاض حاد في السعة، وبالتالي فإن الترددات خارج ترددات القطع تكون مخففة للغاية.

هنا لدينا ترددان رئيسيان؛ تردد القطع الأدنى عند 1 كيلو هرتز وتردد القطع الأعلى عند 10 كيلو هرتز. لذلك يُعرف التردد المركزي بالتردد بين تردد القطع الأعلى والأدنى والذي يتم قياسه باستخدام الصيغة √(f1)(f2) => √ (1061)(9952) => 3249 هرتز.

تتمتع إشارة الخرج حول هذا التردد بالقوة الكاملة وتكون عند أعلى قيمة ذروة لها. عندما نقترب من هذا التردد، فإن القيمة سوف تضعف أو تقل في السعة. السعة هي 0.707VPEAK عند ترددات القطع. على سبيل المثال، إذا كان VPEAK يقيس 10 فولت من الذروة إلى الذروة عند ترددات القطع، فإن السعة تكون 7 فولت تقريبًا لأن 10 فولت * 0.707 فولت => 7 فولت.

كسب مرشح تمرير النطاق السلبي

يكون كسب مرشح تمرير النطاق السلبي دائمًا أقل من إشارة الإدخال، وبالتالي فإن كسب الإخراج أقل من الوحدة. تكون إشارة الخرج عند التردد المركزي ضمن الطور، على الرغم من أن إشارة الخرج الموجودة أسفل التردد المركزي تقود الطور بإزاحة +90 درجة وإشارة الخرج فوق التردد المركزي سوف تتأخر داخل الطور بمقدار -90 درجة إزاحة الطور. عندما نقوم بتوفير العزل الكهربائي بين المرشحين، يمكننا الحصول على أداء أفضل للمرشح.

التطبيقات

ال تطبيقات مرشحات تمرير النطاق السلبي تشمل ما يلي.

• يتم استخدام مرشح تمرير النطاق السلبي لعزل أو تصفية ترددات معينة تقع في نطاق (أو) معين من الترددات.
• تُستخدم هذه المرشحات ضمن دوائر مكبرات الصوت أو التطبيقات مثل؛ عناصر التحكم في نغمة المضخم المسبق (أو) مرشحات تقاطع مكبر الصوت.
• تنطبق هذه على دوائر الإرسال والاستقبال داخل اتصالات لاسلكية واسطة.

وبالتالي، هذه نظرة عامة على السلبي مرشح تمرير الموجة، والدوائر والعمل وتطبيقاتها. هذا الفلتر عبارة عن مزيج من HPF وLPF ويسمح بنطاق تردد انتقائي. تسمح دائرة الفلتر هذه بنطاق واسع وضيق من الترددات. يعتمد تردد القطع الأعلى والأدنى بشكل أساسي على تصميم الفلتر. وهنا سؤال لك، ما هو BPF؟