Bộ lọc thông thấp là gì

Bộ lọc thông thấp là gì?

Trước khi tìm hiểu và khám phá bộ lọc thông thấp, tất cả chúng ta hãy xem bộ lọc là gì. Bạn đã khi nào nghe nói về sàng hay lọc chưa ? Nếu có thì bạn phải biết hiệu quả của bộ lọc, nó được sử dụng để lọc chất rắn khỏi chất lỏng hoặc để tách những hạt thô hơn khỏi những hạt mịn hơn. Nói tóm lại, bộ lọc được sử dụng để lọc những tạp chất không mong ước trong dung dịch hoặc chất lỏng .

Tương tự như vậy, bộ lọc là thiết bị hoặc mạch được sử dụng khi chỉ cần dải tần hoặc tần số thiết yếu .

Dải tần số hoàn toàn có thể là toàn bộ những tần số nhỏ hơn tần số đơn cử, sự độc lạ giữa hai tần số xác lập trước, hoặc những tần số trên tần số đơn cử .
Bộ lọc chia ra làm bộ lọc thông cao, nộ lọc thông thấp, bộ lọc thông dải, bộ lọc khía hay bộ lọc vô hiệu dải .

Định nghĩa bộ lọc thông thấp

Bộ lọc thông thấp hay Low Pass Filter ( LPF ) là bộ lọc được cho phép những tín hiệu có tần số thấp hơn tần số đơn cử ( tần số đơn cử đó được gọi là tần số cắt ) .
Và không được cho phép những tín hiệu của tần số cao hơn tần số cắt .

Nói cách khác :
LPF là một mạch được phong cách thiết kế để vô hiệu tần số cao hơn không mong ước của tín hiệu điện từ, tín hiệu âm thanh, tín hiệu điện và chỉ gật đầu những tín hiệu được nhu yếu trong những mạch ứng dụng .
Bộ lọc thông thấp là một mạch làm suy giảm tổng thể những thành phần tín hiệu trên tần số cắt đến một mức đáng kể .
Về mặt kỹ thuật, bất kỳ bộ lọc nào cũng hoàn toàn có thể được phân loại là bộ lọc lý tưởng và bộ lọc thực tiễn, hình dưới đây cho thấy phản hồi của bộ lọc thông thấp lý tưởng và trong thực tiễn :
LPF lý tưởng được định nghĩa là bộ lọc có phản hồi của đầu vào lý tưởng so với những tần số đầu ra, tức là nó phải có độ suy giảm bằng không cho toàn bộ những khoảng trống vượt qua và suy hao vô hạn cho những tần số bị chặn .

LPF lý tưởng có phản hồi phẳng. Nhưng thực tiễn là không hề do đó tất cả chúng ta nhận được phản hồi hơi cong, điều này là do những thành phần không lý tưởng mà tất cả chúng ta sử dụng để tạo ra LPF .

Các loại bộ lọc thông thấp:

a ) Bộ lọc thông thấp dữ thế chủ động
b ) Bộ lọc thông thấp thụ động

Bộ lọc thông thấp chủ động:

Nó là một bộ lọc thông thấp sử dụng nguồn điện bên ngoài để phân phối những tần số đầu ra thiết yếu với Gain đơn cử .

Điều này là do bản thân mạch lọc tiêu thụ một số ít hiệu suất không mong ước so với những mạch sử dụng hiệu suất nguồn vào rất thấp và do đó không hề giải quyết và xử lý những tín hiệu nguồn vào .

Nói chung, bộ lọc thông thấp dữ thế chủ động được sử dụng trong “ Bộ khuếch đại với bộ cân đối ” và phong cách thiết kế mạch tần số vô tuyến tới hạn .

Bộ lọc thông thấp thụ động:

Đó là LPF không sử dụng bất kể nguồn điện bên ngoài nào và chỉ lọc ra tần số cao hơn để tạo ra những tần số thấp hơn .
Nó được sử dụng trong những mạch âm thanh, mạch cung ứng điện để loại nhiễu, và mạch vô tuyến để chọn tần số thấp hơn và tránh nhiễu tần số cao ở đầu máy thu .

Chúng ta hãy tìm hiểu chi tiết về bộ lọc thông thấp thụ động:

Bộ lọc thông thấp thụ động hoàn toàn có thể được triển khai theo nhiều cách bằng cách sử dụng sơ đồ đã cho. Một vài bộ lọc trong số chúng là bộ lọc RC, bộ lọc LC, bộ lọc RL và 1 số ít cấu trúc link gồm có, bộ lọc Butterworth, bộ lọc Chebyshev, bộ lọc π, bộ lọc T, …
Bộ lọc Butterworth, bộ lọc Chebyshev, bộ lọc π, bộ lọc T, bộ lọc k, … có phong cách thiết kế bộ lọc tân tiến .

Trong bài này, tất cả chúng ta sẽ bàn luận về những cách truyền thống cuội nguồn và cơ bản để tiến hành bộ lọc thông thấp .

Bộ lọc thông thấp RC:

Trong bộ lọc thông thấp RC, tất cả chúng ta sử dụng hai thành phần là điện trở và tụ điện .
Đây là giản đồ bộ lọc thông thấp được sử dụng nhiều nhất cho những mục tiêu yêu cầu âm thanh và bộ lọc chỉnh lưu .
Lý do đằng sau điều này rất đơn thuần vì giá rẻ và do đó là lựa chọn số 1 để sản xuất hàng loạt .

Hình bên dưới bộc lộ sơ đồ của bộ lọc thông thấp RC :

Mạch cơ bản của bộ lọc thông thấp RC gồm có điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau và tụ điện mắc song song với tải .

( không phải vị trí của tụ vì đây là thành phần quyết định hành động bộ lọc là thông thấp hay thông cao )

Hoạt động :
Vậy làm thế nào để mạch này chặn tần số cao hơn ?
Mạch này đã sử dụng thuộc tính của tụ điện hoạt động giải trí như ngắn mạch so với những tần số cao hơn và do đó tần số cao hơn không hề truyền đến tải .

trái lại, nó chặn những tín hiệu tần số thấp đi qua nó, tác dụng là truyền qua tải .

Một cách khác để hiểu điều là trải qua việc khám phá thời hạn sạc và xả của tụ điện chịu nghĩa vụ và trách nhiệm cho hoạt động giải trí của hai tần số khác nhau .
Sự phối hợp của R và C tạo ra hiệu ứng sạc và xả trên tụ điện được gọi là hằng số thời hạn ( τ ) của nó trong mạch .

τ = RC giây

Đối với tần số thấp hơn, có đủ thời hạn để tụ điện sạc ở cùng điện áp nguồn vào và dẫn đến hiện tượng kỳ lạ hở mạch .

Đối với tần số cao hơn, có ít thời gian hơn để tụ điện sạc trước khi chu kỳ âm đến và dẫn đến ngắn mạch.

Điều gì xác lập tần số đi qua và tần số chặn ?
fc = 1 / ( 2 π R C )

Tau ( τ ), hằng số thời hạn tương quan đến tần số cắt ƒc như trên .

Ở đây những tần số thấp hơn ‘ fc ‘ được cho qua và cao hơn sẽ bị chặn .

Bộ lọc thông thấp RL

RL LPF sử dụng điện trở và cuộn cảm có cùng thông số kỹ thuật với RC LPF .

Nói chung, bộ lọc thông thấp RL thường được tránh tiến hành vì kích cỡ lớn của cuộn cảm ( đặc biệt quan trọng so với những giá trị cao hơn ), cung ứng tần số phi tuyến do sự biến hóa nhiệt độ, và cũng khá phức tạp để triển khai .

Bộ lọc thông thấp LC

LC-LPF được tạo thành từ cuộn cảm và tụ điện, đây là một LPF khác được sử dụng nhiều nhất. Lý do đằng sau là sự đơn thuần và độ đúng mực của phản hồi tần số, hoàn toàn có thể đạt được tần số cắt rất nhỏ bằng cách sử dụng bộ lọc LC .

Mạch vô tuyến máy thu, máy phát, bộ điều chế sử dụng những bộ lọc LC. Có thể nói rằng bất kỳ mạch RF nào nhu yếu hạn chế tổn thất điện năng thấp và không thay đổi hơn đều sử dụng bộ lọc LC .

Công thức và giản đồ cho bộ lọc thông thấp LC :

Hãy nghiên cứu và phân tích bộ lọc thông thấp với một ví dụ thực tiễn :
Câu hỏi : Thiết kế một bộ lọc thông thấp có tần số cắt ‘ fc ‘ = 75MH z và Vin = 5V bằng cách sử dụng bộ lọc RC ?
Lời giải : Đã cho -> f = 75M hz .
R = 100 Ω ( giả định ) giả sử giá trị của R hoặc C
Như vậy phải tìm C

Công thức, fc = 1 / ( 2 π R C )
Thay giá trị vào tất cả chúng ta nhận được, C = 21,2 pF. Từ đó hoàn toàn có thể phong cách thiết kế mạch .

Phân tích sâu hơn ,

Tìm Xc = ? sử dụng công thức Xc = 1 / ( 2 π f C )
Do đó, Xc1 = 100,14 ( 75M hz ) ; .
Xc2 = 8.23 ( 900M hz )

Vout = Vin [ Xc / sqrt ( R² + Xc² ) ]

Thay giá trị vào

Chúng tôi nhận được, Vout = 3,54 V cho f = 75 Mhz ( i )

Vout = 0,41 V cho f = 900M hz ( ii )

Từ hiệu quả i ), ii ) tất cả chúng ta quan sát thấy rằng so với ” tần số được phong cách thiết kế “, tất cả chúng ta nhận được tổn hao gần như bằng không so với khoanh vùng phạm vi ” ngoài tần suất được phong cách thiết kế “. Do đó LPF được phong cách thiết kế theo nhu yếu .

Cải thiện phản hồi tần số :
Cải thiện phản hồi tần số có nghĩa là những bước để đạt được gần đường cong phản hồi tần số lý tưởng. Chúng tôi hoàn toàn có thể thực thi điều này bằng cách tăng số bậc .

Ở đây bậc có nghĩa là số tầng của cùng một mạch. Nếu hai bộ lọc RC được mắc tiếp nối đuôi nhau thì nó là bộ lọc bậc hai. Nếu tất cả chúng ta sử dụng ba bộ lọc RC cạnh nhau thì đó là bộ lọc bậc ba .

Và cứ như thế tiếp nối, nhưng có một số lượng giới hạn nhất định để sử dụng bộ lọc bậc cao hơn. Giới hạn đó là sự suy giảm tần số băng thông, chèn tiếng ồn, …

Bằng cách tăng bậc của bộ lọc sẽ tạo ra phản hồi sắc nét .
Hình dưới đây là bộ lọc bậc hai ( bậc 1 + bậc 1 ) :

Các ứng dụng của LPF:

1 ) Trong đầu thu của máy thu hình máy thu vô tuyến …

2) Trong điện tử công suất để lọc ra tiếng ồn tần số cao.

3 ) Trong những mạch giải điều chế để Phục hồi những tín hiệu bắt đầu ví dụ như máy thu FM hoặc AM .
4 ) LPF loại R-C được sử dụng làm bộ tích phân .
5 ) Phát hiện pha trong vòng lặp bị khóa pha

Source: https://blogchiase247.net
Category: Hỏi Đáp