Filterkretsar filtrerar bort frekvenser inom elektroniska kretsar. Dessa kretsar använder en kombination av motstånd och kondensatorer som deras grundläggande byggstenar. Denna filterkrets är nödvändig i strömförsörjningsblockschemat efter likriktarkretsen eftersom den ändrar en pulserande AC till DC och den matar endast i en enda riktning. En filterkrets kopplar bort den tillgängliga AC-komponenten inom den likriktade utgången och tillåter DC-komponenten att komma fram till lasten. Det finns olika typer av filter tillgängliga, bland dem bandpassfilter (BPF) är en av typerna. Detta filter tillåter frekvenser inom ett specifikt frekvensområde och dämpar frekvenser när det är utanför räckvidden. Dessa filter finns i olika typer men passiv BPF är en av typerna. Så den här artikeln ger kort information om en passivt bandpassfilter , dess funktion och dess tillämpningar.
Vad är ett passivt bandpassfilter?
Kombinationen av både lågpassfiltret och högpassfiltret är känt som det passiva bandpassfiltret. Denna typ av filter tillåter ett visst band av frekvenser och blockerar alla återstående frekvenser. Detta är en elektrisk krets som endast använder passiva element som R, C & L. Så detta filter är tillverkat genom att kaskadkoppla två filter som LPF & HPF. Den huvudsakliga användningen av ett passivt bandpassfilter är i en ljudförstärkare . Ibland i ljudförstärkare kräver vi ett visst frekvensområde som inte börjar från 0 Hz & inte en hög frekvens, även om vi kräver ett visst frekvensband, antingen det är bredare eller smalare.
Passivt bandpassfilterkretsdiagram
Det passiva filtret använder endast passiva komponenter som; motstånd, induktorer & kondensatorer. Således kan det passiva bandpassfiltret också använda passiva komponenter och det använder inte operationsförstärkare för förstärkning. Förstärkningsdelen som liknar ett aktivt bandpassfilter finns inte i ett passivt bandpassfilter. Det passiva bandpassfilterkretsschemat inkluderar även högpass- och lågpassfilterkretsar. Så den första delen av kretsen är för den passiva HPF medan den andra halvan av kretsen är för den passiva LPF.
Passivt bandpassfilterdesign
Den passiva bandpassfilterdesignen kan göras helt enkelt med hjälp av motstånd & kondensatorer. Den passiva bandpassfilterkretsen behöver ingen ström och används inte för någon aktiv förstärkning. Dessa typer av bandpassfilter används förutom en aktiv krets för att tillhandahålla förstärkning, men i sig ger de ingen förstärkning. Dessa filter är designade med en kombination av en HPF och en LPF.
De komponenter som krävs för att göra denna krets inkluderar huvudsakligen; kondensatorer – 1nF & 1μF, motstånd – 150Ω & 16KΩ. För att bygga denna krets behöver denna krets bara motstånd och kondensatorer. För denna filterkrets sträcker sig passbandet från 1KHz till 10KHz för de valda motstånden och kondensatorvärdena. Om vi modifierar dessa frekvenser måste värdena på motstånden och kondensatorerna ändras.
Denna krets har två delar som högpassfilter och ett lågpassfilter . Den första delen av denna krets består av R1 & C1 för att bilda HPS. Så det här filtret tillåter helt enkelt alla frekvenser över den punkt som det är designat att huvudsakligen passera. Denna filterdesign bildar helt enkelt den lägre gränsfrekvenspunkten men den erforderliga lägre gränsfrekvenspunkten i denna krets är 1KHz. Så, HPF tillåter över 1KHz frekvenser.
Den lägre gränsfrekvensen kan beräknas med följande formel.
Den lägre gränsfrekvensen = 1/2πR1C1.
Vi känner till värdena för motstånd och kondensator som; R1 = 150Ω och C1 = 1μF, så ersätt dessa värden i ekvationen ovan och vi kan få;
Den lägre gränsfrekvensen = 1/2π(150Ω)*(1μF) => 1061 Hz => 1KHz.
Detta filter tillåter över 1KHz alla frekvenser och blockerar helt enkelt alla frekvenser eller dämpar rejält alla frekvenser under 1KHz.
På liknande sätt är den andra delen av denna krets sammansatt av motstånd R2 & kondensator C2 för att bilda LPF. Detta filter blockerar alla frekvenser under brytpunkten.
Här behöver vi att den högre gränsfrekvensen är 10 KHz inom denna filterkrets, så denna krets tillåter helt enkelt under 10 KHz alla frekvenser att passera och blockerar alla frekvenser över 10 KHz-punkten.
Formeln för att beräkna den högre gränsfrekvensen är densamma som lägre gränsfrekvens, frekvens => 1/2π R2C2
Vi känner till värdena på motståndet R2 och kondensatorn C2 som; R2 = 16KΩ & C2 = 1nF, så ersätt dessa två värden i ovanstående ekvation så kan vi få;
Högre gränsfrekvens = 1/2π(16KΩ)*(1nF)= 9952Hz => 10KHz.
Sålunda tillåter HPF alla frekvenser över den lägre brytpunkten medan LPF tillåter alla frekvenser under den högre gränsfrekvensen. Så detta kommer att skapa ett bandpassfilter där filtret har ett passband mellan de lägre och högre gränsfrekvenserna.
För att undvika belastningseffekten på LPF från HPF, rekommenderas att R2-resistorvärdet måste vara under 10 (eller) över R1-motståndet. I denna krets gör vi R2-resistorvärdet 100 gånger högre.
Arbetssätt
Denna krets fungerar genom att tillåta fullstyrka signaler mellan lågpassfiltret och högpassfilter frekvenser. Om lågpassfiltret (LPF) är designat för 2KHz frekvens medan högpassfiltret (HPF) är designat för 200Hz frekvens, genererar denna krets utsignaler mellan 200Hz och 2KHz med nästan full styrka eller full styrka.
När de genererade signalerna ligger utanför detta område kommer frekvenserna att dämpas kraftigt, sålunda är deras amplituder mycket låga jämfört med amplituden för signalen inom passbandet. Passbandet hänvisar till signalerna mellan högpass- och lågpassfiltren som passerar genom full styrka.
Här är passbandet 200 Hz till 2 KHz, sedan är den låga gränsfrekvensen 200 Hz och den höga gränsfrekvensen är 2 KHz. I passbandet är dessa två frekvenser de två punkter inom passbandet där det finns ett 3dB fall inom amplituden. Så detta fall motsvarar 0,707VPEAK.
I följande bandpassdiagram finns toppamplitud (VPEAK). Här kommer amplituden att sjunka när du får dessa två frekvenser. När den väl uppnår 0,707VPEAK är detta 3dB-gränsen som betyder hälften av den maximala effekten. Efter 3dB-gränspunkterna är det en brant minskning av amplituden, så frekvenser utanför gränsfrekvenserna är mycket dämpade.
Här har vi två huvudfrekvenser; den lägre gränsfrekvensen vid 1 KHz och den högre gränsfrekvensen vid 10 KHz. Så mittfrekvensen är känd som frekvensen mellan högre och lägre gränsfrekvens som mäts med formeln √(f1)(f2) => √ (1061)(9952) => 3249 Hz.
Utsignalen runt denna frekvens har full styrka och har sitt högsta toppvärde. När vi kommer nära denna frekvens kommer värdet att dämpas eller minska inom amplituden. Amplituden är 0,707VPEAK vid gränsfrekvenserna. Till exempel, om VPEAK mäter 10V från topp till topp vid gränsfrekvenserna, är amplituden 7V ungefär eftersom 10V * 0,707V => 7V.
Förstärkning av passivt bandpassfilter
Förstärkningen för det passiva bandpassfiltret är alltid under ingångssignalen, så uteffekten är mindre än ett. Utsignalen vid mittfrekvensen är inom fas, även om utsignalen under mittfrekvensen leder fasen med en +90° förskjutning och utsignalen över mittfrekvensen kommer att släpa inom fas med -90° fasförskjutning. Närhelst vi tillhandahåller elektrisk isolering mellan de två filtren kan vi få bättre filterprestanda.
Ansökningar
De tillämpningar av passiva bandpassfilter inkluderar följande.
- Passivt bandpassfilter används för att isolera eller filtrera bort vissa frekvenser som ligger i ett specifikt band (eller) frekvensintervall.
- Dessa filter används inom ljudförstärkarkretsar eller applikationer som; förförstärkarens tonkontroller (eller) högtalarfilter.
- Dessa gäller sändar- och mottagarkretsar inom trådlös kommunikation medium.
Detta är alltså en översikt av en passiv bandpassfilter, kretsar , arbete och deras tillämpningar. Detta filter är en kombination av HPF och LPF och tillåter ett selektivt frekvensområde. Denna filterkrets tillåter ett brett och smalt spektrum av frekvenser. Gränsfrekvensen för högre och lägre beror huvudsakligen på filterdesignen. Här är en fråga till dig, vad är BPF?
