Jak rychle navrhnout obvody filtru horní a dolní propusti

Jak rychle navrhnout obvody filtru horní a dolní propusti

V tomto příspěvku se naučíme, jak bez námahy navrhovat obvody zvukových filtrů, jako jsou obvody s vysokou propustí a obvody s nízkou propustností, aniž bychom museli procházet složitými simulacemi a výpočty. Prezentované návrhy umožní vytvářet filtrační obvody pouze pro požadovaná specifická frekvenční pásma a blokovat všechny ostatní nežádoucí frekvence.

Co je High Pass Filter

Jak název napovídá, obvod vysokofrekvenčního filtru je navržen tak, aby zeslabil všechny frekvence pod určitou zvolenou frekvenci a předal nebo povolil všechny frekvence nad touto prahovou hodnotou. Princip je opačný k obvodu nízkoprůchodového filtru.



Mezní rozsah je obecně na relativně vyšším frekvenčním rozsahu (v kHz),



Následující graf odezvy vysokoprůchodového filtru zobrazuje obraz průběhu, který ukazuje, jak jsou všechny frekvence pod zvolenou mezní hodnotou postupně zeslabovány nebo blokovány, jak frekvence klesá.

graf odezvy horní propusti

Následující dva obrázky jsou konfigurovány jako standardní vysokoprůchodové filtrační obvody, kde první je navržen pro práci s duálním napájením, zatímco druhý je určen pro provoz s jediným napájením.



standardní obvod horního filtru obvod horního filtru založený na operačním zesilovači

V obou výše uvedených konfiguracích operační zesilovač tvoří centrální aktivní složku zpracování, zatímco přidružené rezistory a kondenzátory zapojené přes vstupní piny operačního zesilovače jsou zavedeny pro určení mezního bodu pro horní propust filtru, v závislosti na tom, jak jsou hodnoty těchto pasivní součásti se počítají podle specifikací nebo požadavků uživatelů.

Jak navrhnout přizpůsobený horní propust

Jak je navrženo, k rychlému návrhu obvodu vysokofrekvenčního filtru lze pro výpočet příslušných rezistorů a kondenzátorů použít následující vzorce a následující kroky.

Nejprve libovolně vyberte příslušnou hodnotu pro C1 nebo C2, obě mohou být identické.



Dále vypočítejte R1 pomocí následujícího vzorce:

R1 = 1 / √2 x π x C1 x frekvence

Zde se pojem „frekvence“ vztahuje na požadovanou mezní hranici pro horní propust, pod níž je třeba postupně snižovat nebo ignorovat další nežádoucí frekvence.

Nakonec vypočítejte R2 stejným způsobem jako výše pomocí následující rovnice:

R2 = 1/2 √2 x π x C1 x frekvence

Jednodílnou verzi obvodu vysokofrekvenčního filtru lze vidět s dalším kondenzátorem Cout, který není vůbec kritický a může být přibližně 100 nebo 1000krát větší než C1.

Výše uvedené diskuse ukazují, jak jednoduše může kdokoli rychle vypočítat a navrhnout obvod vysokofrekvenčního filtru pro konkrétní aplikaci, kterou by mohl být výškový řídicí obvod, 10pásmový grafický ekvalizér nebo okruh domácího kina atd.

Jak fungují nízkoprůchodové filtry

Jak název napovídá nízkoprůchodové filtrační obvody jsou navrženy tak, aby prošly nebo provedly preferovaný rozsah frekvence nižší nebo nižší než požadovaná mezní hodnota a zeslabily nebo postupně blokovaly frekvence nad tuto hodnotu.

Obvykle se k výrobě takových filtračních obvodů používají opampy, protože opampy jsou pro tyto aplikace nejvhodnější díky svým extrémně univerzálním vlastnostem.

Graf ukazuje frekvenci vs zisk

Následující graf poskytuje typickou frekvenční odezvu filtru s nízkým průchodem, pokud jde o zesílení, můžeme jasně vidět, jak odezva zeslabuje (postupně klesá), jak se frekvence zvyšuje přes konkrétní mezní prahovou hodnotu.

frekvenční odezva nízkoprůchodového filtru s ohledem na zisk

Následující obrázky znázorňují standard nízkoprůchodové filtrační obvody založené na operačním zesilovači . První musí být napájen duálním napájením a druhý pracuje pomocí jediného napájecího napětí.

nízkoprůchodový filtr založený na operačním systému přizpůsobený obvod nízkoprůchodového filtru

Návrh přizpůsobeného obvodu nízkoprůchodového filtru

Komponenty R1, R2 a C1, C2 konfigurované s neinvertujícími (+) a invertujícími (-) vstupními vývody operačního zesilovače v zásadě rozhodují o mezním rozsahu filtru a je třeba je při výpočtu navrhovat optimálně obvod.

Pro výpočet těchto parametrů a návrh obvodu nízkoprůchodového filtru rychle během několika minut lze použít následující vzorce a vysvětlené kroky:

Nejprve musíme najít C1, které můžeme udělat výběrem libovolné hodnoty podle našeho pohodlí.

Dále můžeme vypočítat C2 podle vzorce:

C2 = C1 x 2

R1 a R2 mohou být identické a lze je vypočítat pomocí následujícího vzorce:

R1 nebo R2 = 1/2 √2 x π x C1 x frekvence.

zde je „frekvence“ rozsah, kde se očekává přechod k mezní hodnotě, nebo požadovaný mezní rozsah.

Hodnoty Cin a Cout zobrazené v nízkoprůchodovém filtru s jedním napájením nejsou kritické a mohou být 100 až 1000krát vyšší než hodnoty C1, což znamená, že pokud jste vybrali C1 jako 0,1 uF, pak by mohly být kdekoli mezi 10 uF a 100 uF atd. Specifikace napětí může být zvolena tak, aby byla dvojnásobná oproti použitému napájecímu napětí.

Všechny rezistory jsou dimenzovány na 1/4 watt, 5% nebo 1%.

A je to! .... pomocí výše uvedené jednoduché techniky můžete rychle navrhnout přiměřeně dobrý dolní propust a použít jej pro konkrétní aplikaci, která by mohla zahrnovat obvod vysoké basové hudby, aktivní reproduktor přes síť nebo systém domácího kina atd.

Další informace: https://drive.google.com/file/d/1yo_WH0NzYg43ro_X0ZrXoLYSM5XOzKU8/view?usp=sharing




Předchozí: 8 funkční vánoční světelný obvod Další: Obvod variabilního napájení LM324