ตัวกรองพาสซีฟแบนด์: วงจร, การทำงาน, เกนและการใช้งาน

วงจรกรองกรองความถี่ภายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ วงจรเหล่านี้ใช้การรวมกันของตัวต้านทาน & ตัวเก็บประจุ เป็นรากฐานการก่อสร้างของพวกเขา วงจรตัวกรองนี้จำเป็นในแผนภาพบล็อกแหล่งจ่ายไฟหลังวงจรเรียงกระแส เนื่องจากวงจรจะเปลี่ยน AC แบบพัลซิ่งเป็น DC และจ่ายในทิศทางเดียวเท่านั้น วงจรตัวกรองจะแยกส่วนประกอบ AC ที่มีอยู่ภายในเอาต์พุตที่แก้ไขแล้ว และอนุญาตให้ส่วนประกอบ DC มาถึงโหลด มีตัวกรองหลายประเภทให้เลือกใช้ ตัวกรองผ่านแบนด์ (BPF) เป็นหนึ่งในประเภท ตัวกรองนี้อนุญาตให้ใช้ความถี่ในช่วงความถี่เฉพาะ และลดทอนความถี่เมื่ออยู่นอกช่วง เหล่านี้ ตัวกรอง มีให้เลือกหลายแบบ แต่ BPF แบบพาสซีฟก็เป็นหนึ่งในประเภท ดังนั้นบทความนี้จึงให้ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับก ตัวกรองแบนด์พาสแบบพาสซีฟ การทำงานและการประยุกต์ของมัน

ตัวกรอง Passive Band Pass คืออะไร?

การรวมกันของทั้งตัวกรองความถี่ต่ำและตัวกรองความถี่สูงเรียกว่าตัวกรองความถี่พาสซีฟ ตัวกรองประเภทนี้อนุญาตให้มีแถบความถี่บางช่วงและบล็อกความถี่ที่เหลือทั้งหมด นี่คือวงจรไฟฟ้าที่ใช้องค์ประกอบแบบพาสซีฟเช่น R, C & L เท่านั้น ดังนั้นตัวกรองนี้จึงถูกสร้างขึ้นโดยการเรียงซ้อนตัวกรองสองตัวเช่น LPF และ HPF การใช้งานหลักของตัวกรอง bandpass แบบพาสซีฟอยู่ใน เครื่องขยายเสียง - บางครั้งในเครื่องขยายเสียง เราต้องการช่วงความถี่ที่แน่นอนซึ่งไม่ได้เริ่มต้นจาก 0 Hz และไม่ใช่ความถี่สูง แม้ว่าเราต้องการช่วงความถี่ที่แน่นอนก็ตาม ไม่ว่าจะเป็นช่วงที่กว้างหรือแคบก็ตาม

แผนภาพวงจรกรองพาสซีฟแบนด์

ตัวกรองแบบพาสซีฟใช้เฉพาะส่วนประกอบแบบพาสซีฟเท่านั้น เช่น; ตัวต้านทาน, ตัวเหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุ ดังนั้นตัวกรอง bandpass แบบพาสซีฟยังสามารถใช้ส่วนประกอบแบบพาสซีฟได้ & ไม่ได้ใช้ เครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน สำหรับการขยายเสียง ส่วนการขยายเสียงที่คล้ายกับตัวกรองความถี่พาสซีฟแบบแอ็คทีฟไม่มีอยู่ในตัวกรองความถี่พาสซีฟแบบพาสซีฟ แผนภาพวงจรกรองพาสซีฟแบนด์ยังรวมถึงวงจรกรองความถี่สูงและความถี่ต่ำผ่าน ดังนั้นส่วนแรกของวงจรมีไว้สำหรับ HPF แบบพาสซีฟ ในขณะที่ครึ่งหลังของวงจรมีไว้สำหรับ LPF แบบพาสซีฟ

การออกแบบฟิลเตอร์พาสซีฟแบนด์

การออกแบบตัวกรอง bandpass แบบพาสซีฟสามารถทำได้ง่ายๆ โดยใช้ ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ วงจรกรองพาสซีฟแบนด์ไม่ต้องการพลังงานใดๆ และไม่ได้ใช้สำหรับการขยายสัญญาณแบบแอคทีฟใดๆ ตัวกรองแบนด์พาสประเภทนี้ใช้เพิ่มเติมจากวงจรแอคทีฟสำหรับการขยายสัญญาณ แต่โดยตัวมันเอง พวกมันไม่ได้ให้การขยายสัญญาณใดๆ ตัวกรองเหล่านี้ได้รับการออกแบบโดยผสมผสานระหว่าง HPF และ LPF

ส่วนประกอบที่จำเป็นในการทำวงจรนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วย ตัวเก็บประจุ – 1nF & 1μF, ตัวต้านทาน – 150Ω & 16KΩ ในการสร้างวงจรนี้ วงจรนี้ต้องการเพียงตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเท่านั้น สำหรับวงจรตัวกรองนี้ ช่วงความถี่ของการส่งผ่านตั้งแต่ 1KHz ถึง 10KHz สำหรับค่าตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่เลือก หากเราแก้ไขความถี่เหล่านี้ จะต้องเปลี่ยนค่าตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

วงจรนี้มีสองส่วนคือตัวกรองความถี่สูงและก กรองผ่านต่ำ - ส่วนแรกของวงจรนี้ประกอบด้วย R1 & C1 เพื่อสร้าง HPS ดังนั้นตัวกรองนี้จึงยอมให้ความถี่ทั้งหมดเหนือจุดที่ออกแบบมาเพื่อส่งผ่านเป็นหลัก การออกแบบตัวกรองนี้สร้างจุดความถี่คัตออฟที่ต่ำกว่า แต่จุดความถี่คัตออฟต่ำกว่าที่ต้องการในวงจรนี้คือ 1KHz ดังนั้น HPF อนุญาตให้มีความถี่สูงกว่า 1KHz
ความถี่ตัดที่ต่ำกว่าสามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้

ความถี่คัตออฟต่ำกว่า = 1/2πR1C1

เรารู้ค่าของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุดังนี้ R1 = 150Ω และ C1 = 1μF ดังนั้นให้แทนค่าเหล่านี้ในสมการข้างต้น แล้วเราจะได้

ความถี่ตัดต่ำกว่า = 1/2π(150Ω)*(1μF) => 1061 Hz => 1KHz

ตัวกรองนี้อนุญาตให้ความถี่ทั้งหมดสูงกว่า 1KHz และบล็อกความถี่ทั้งหมดหรือลดทอนความถี่ทั้งหมดที่ต่ำกว่า 1KHz อย่างมาก

ในทำนองเดียวกัน ส่วนที่สองของวงจรนี้ประกอบด้วยตัวต้านทาน R2 และตัวเก็บประจุ C2 เพื่อสร้าง LPF ตัวกรองนี้จะบล็อกความถี่ทั้งหมดภายใต้จุดตัด

ที่นี่เราต้องการความถี่ตัดที่สูงกว่าเป็น 10 KHz ภายในวงจรตัวกรองนี้ ดังนั้นวงจรนี้จึงอนุญาตให้ความถี่ทั้งหมดต่ำกว่า 10 KHz ที่จะส่งผ่านและบล็อกความถี่ทั้งหมดที่สูงกว่าจุด 10 KHz
สูตรคำนวณความถี่คัตออฟที่สูงกว่าจะเหมือนกับความถี่คัตออฟที่ต่ำกว่า ความถี่ => 1/2π R2C2

เรารู้ค่าของตัวต้านทาน R2 และตัวเก็บประจุ C2 เช่น R2 = 16KΩ & C2 = 1nF ดังนั้นให้แทนที่ค่าทั้งสองนี้ในสมการข้างต้นแล้วเราจะได้

ความถี่คัตออฟที่สูงขึ้น = 1/2π(16KΩ)*(1nF)= 9952Hz => 10KHz

ดังนั้น HPF อนุญาตให้ใช้ความถี่ทั้งหมดที่อยู่เหนือจุดตัดที่ต่ำกว่า ในขณะที่ LPF อนุญาตให้ใช้ความถี่ทั้งหมดภายใต้ความถี่ตัดที่สูงกว่า ดังนั้นสิ่งนี้จะสร้างตัวกรองแบนด์พาสโดยที่ตัวกรองมีพาสแบนด์อยู่ระหว่างความถี่คัตออฟต่ำกว่าและสูงกว่า

เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบต่อการโหลด LPF จาก HPF ขอแนะนำให้ค่าตัวต้านทาน R2 ต้องต่ำกว่า 10 (หรือ) สูงกว่าตัวต้านทาน R1 ในวงจรนี้ เราทำให้ค่าตัวต้านทาน R2 สูงขึ้น 100 เท่า

การทำงาน

วงจรนี้ทำงานโดยให้สัญญาณความแรงเต็มที่อยู่ระหว่างตัวกรองความถี่ต่ำผ่านและ ตัวกรองผ่านสูง ความถี่ หากตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน (LPF) ได้รับการออกแบบมาสำหรับความถี่ 2KHz ในขณะที่ตัวกรองความถี่สูงผ่าน (HPF) ได้รับการออกแบบมาสำหรับความถี่ 200Hz วงจรนี้จะสร้างสัญญาณเอาท์พุตระหว่าง 200Hz และ 2KHz โดยมีความแรงใกล้เต็มที่หรือความแรงเต็มที่

เมื่อสัญญาณที่สร้างขึ้นอยู่นอกช่วงนี้ ความถี่จะถูกลดทอนลงอย่างมาก ดังนั้น แอมพลิจูดของสัญญาณจึงต่ำมากเมื่อเทียบกับแอมพลิจูดของสัญญาณภายในย่านความถี่ที่ผ่าน แถบความถี่ผ่านหมายถึงสัญญาณระหว่างตัวกรองความถี่ผ่านสูงและความถี่ต่ำซึ่งจะถูกส่งผ่านอย่างเต็มกำลัง

ที่นี่ ช่วงความถี่ของการส่งผ่านคือ 200Hz ถึง 2 KHz จากนั้นความถี่คัตออฟต่ำคือ 200Hz และความถี่คัตออฟสูงคือ 2 KHz ในพาสแบนด์ ความถี่ทั้งสองนี้คือสองจุดภายในพาสแบนด์ซึ่งมีการลดลง 3dB ภายในแอมพลิจูด ดังนั้นการดรอปนี้จึงเท่ากับ 0.707VPEAK

ในกราฟแบนด์พาสต่อไปนี้ จะมีแอมพลิจูดสูงสุด (VPEAK) ที่นี่แอมพลิจูดจะลดลงทุกครั้งที่คุณได้รับความถี่ทั้งสองนี้ เมื่อบรรลุถึง 0.707VPEAK แล้วนี่คือจุดตัด 3dB ซึ่งหมายถึงครึ่งหนึ่งของกำลังสูงสุด หลังจากจุดตัด 3dB แอมพลิจูดจะลดลงอย่างมาก ดังนั้น ความถี่ที่อยู่นอกความถี่คัตออฟจะถูกลดทอนลงอย่างมาก

ที่นี่เรามีความถี่หลักสองความถี่ ความถี่คัตออฟต่ำกว่าที่ 1 KHz และความถี่คัตออฟสูงกว่าที่ 10 KHz ดังนั้นความถี่กลางจึงเรียกว่าความถี่ระหว่างความถี่คัตออฟสูงและความถี่ต่ำ ซึ่งวัดโดยใช้สูตร √(f1)(f2) => √ (1061)(9952) => 3249 Hz

สัญญาณเอาท์พุตรอบความถี่นี้มีกำลังเต็มที่และอยู่ที่ค่าสูงสุดสูงสุด เมื่อเราเข้าใกล้ความถี่นี้ ค่าจะลดลงหรือลดลงภายในแอมพลิจูด แอมพลิจูดคือ 0.707VPEAK ที่ความถี่คัตออฟ ตัวอย่างเช่น หาก VPEAK วัด 10Volts จากจุดสูงสุดถึงจุดสูงสุดที่ความถี่คัตออฟ แอมพลิจูดจะเป็น 7V โดยประมาณ เนื่องจาก 10V * 0.707V => 7V

กำไรจากตัวกรอง Passive Band Pass

อัตราขยายของตัวกรองพาสซีฟแบนด์จะต่ำกว่าสัญญาณอินพุตเสมอ ดังนั้นอัตราขยายเอาต์พุตจึงน้อยกว่าความสามัคคี สัญญาณเอาท์พุตที่ความถี่กลางอยู่ภายในเฟส แม้ว่าสัญญาณเอาท์พุตที่ต่ำกว่าความถี่กลางจะนำไปสู่เฟสที่มีการเลื่อน +90° และสัญญาณเอาท์พุตที่อยู่เหนือความถี่กลางจะล่าช้าภายในเฟสประมาณ -90° การเปลี่ยนเฟส เมื่อใดก็ตามที่เราจัดให้มีการแยกทางไฟฟ้าระหว่างตัวกรองทั้งสอง เราก็จะได้รับประสิทธิภาพตัวกรองที่ดีขึ้น

การใช้งาน

ที่ การใช้งานตัวกรอง bandpass แบบพาสซีฟ รวมสิ่งต่อไปนี้

• Passive Band Pass Filter ใช้สำหรับแยกหรือกรองความถี่บางอย่างที่อยู่ในช่วงความถี่เฉพาะ (หรือ)
• ตัวกรองเหล่านี้ใช้ภายในวงจรขยายเสียงหรือการใช้งานเช่น การควบคุมโทนเสียงพรีแอมป์ (หรือ) ฟิลเตอร์ครอสโอเวอร์ของลำโพง
• สิ่งเหล่านี้ใช้กับวงจรตัวส่งและตัวรับภายใน การสื่อสารไร้สาย ปานกลาง.

ดังนั้นนี่คือภาพรวมของพาสซีฟ ตัวกรองแบนด์พาส, วงจร การทำงานและการใช้งานของพวกเขา ตัวกรองนี้เป็นการผสมผสานระหว่าง HPF และ LPF และอนุญาตให้มีช่วงความถี่แบบเลือกได้ วงจรกรองนี้ให้ช่วงความถี่ที่กว้างและแคบ ความถี่ในการตัดสูงหรือต่ำขึ้นอยู่กับการออกแบบตัวกรองเป็นหลัก นี่คือคำถามสำหรับคุณ BPF คืออะไร?