Φτιάξτε το δικό σας φίλτρο υπογούφερ
Το να φτιάξετε το δικό σας φίλτρο για ένα υπογούφερ δεν είναι τόσο δύσκολο όσο φαίνεται με την πρώτη ματιά. Η απόφαση να το φτιάξεις μόνος σου δεν έρχεται εύκολα.
Αργά ή γρήγορα, όλοι οι λάτρεις του ήχου αυτοκινήτου γίνονται επαγγελματίες και προσπαθούν με κάθε τρόπο να βελτιώσουν το ηχοσύστημα. Το απλούστερο χαμηλοπερατό φίλτρο για ένα υπογούφερ και η κατασκευή του θα γίνει μία από τις λύσεις εκσυγχρονισμού.
Σκοπός
Πέρα από τα όρια της «εγγενούς» μπάντας (που αναπαράγεται αποτελεσματικά), η ηχητική πίεση που προέρχεται από το ηχείο μειώνεται αισθητά και ταυτόχρονα αυξάνεται το επίπεδο παραμόρφωσης. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απλώς ανόητο να μιλάμε για κάποιο είδος ποιότητας ήχου και, επομένως, για να λύσετε το πρόβλημα, πρέπει να χρησιμοποιήσετε πολλά ηχεία στο ηχοσύστημα (βλ.).
Αυτή είναι η πραγματικότητα: αυτό συμβαίνει τόσο στην οικιακή ακουστική όσο και στον ήχο αυτοκινήτου. Δεν είναι είδηση.
Τυπικές διατάξεις ηχείων στα αυτοκίνητα και ο ρόλος των φίλτρων
Όσον αφορά την ακουστική του αυτοκινήτου, θα ήθελα να επισημάνω δύο τυπικά σχήματα για την κατασκευή ενός ηχοσυστήματος, τα οποία είναι πιθανώς γνωστά σε όλους όσους δεν είναι πολύ εξοικειωμένοι με τον ήχο αυτοκινήτου.
Μιλάμε για τα ακόλουθα σχήματα:
- Το πιο δημοφιλές σχήμα περιλαμβάνει τρία ηχεία. Πρόκειται για ένα γούφερ (που απευθύνεται αποκλειστικά στα χαμηλά), ένα ηχείο μεσαίας και χαμηλής συχνότητας (midbass) και ένα tweeter υπεύθυνο για την αναπαραγωγή υψηλών συχνοτήτων.
Σημείωση. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιείται κυρίως από ερασιτέχνες και μπορεί να βρεθεί σε οποιοδήποτε αυτοκίνητο όπου το ακουστικό κύκλωμα χρησιμοποιείται σωστά.
- Το παρακάτω σχήμα είναι για περισσότερους επαγγελματίες και συμμετέχοντες σε διαγωνισμούς ήχου αυτοκινήτου. Εδώ, ένα ξεχωριστό ηχείο είναι υπεύθυνο για κάθε ένα από τα εύρη συχνοτήτων.
Σημείωση. Παρά τις σημαντικές διαφορές, και τα δύο σχήματα υπακούουν στον ίδιο κανόνα: κάθε ηχείο είναι υπεύθυνο για την αναπαραγωγή της δικής του ζώνης συχνοτήτων και δεν επηρεάζει άλλα.
Ακριβώς για να μην παραβιαστεί αυτή η απαίτηση σχεδιάζονται ηλεκτρικά φίλτρα, ο ρόλος των οποίων είναι να απομονώνουν συγκεκριμένες «εγγενείς» συχνότητες και να καταστείλουν τις «ξένες».
Τύποι φίλτρων
- Ένα φίλτρο εγκοπής είναι το ακριβώς αντίθετο από ένα φίλτρο ζώνης. Εδώ, η ζώνη από την οποία διέρχεται το PF χωρίς αλλαγές καταστέλλεται και οι ζώνες εκτός αυτού του διαστήματος ενισχύονται.
- Το FINCH ή το φίλτρο καταστολής υπέρ-χαμηλών συχνοτήτων ξεχωρίζει. Η αρχή της λειτουργίας του βασίζεται στην καταστολή υψηλών συχνοτήτων με χαμηλό ρυθμό αποκοπής (10-30Hz). Ο σκοπός αυτού του φίλτρου είναι να προστατεύει άμεσα το μπάσο.
Σημείωση. Ο συνδυασμός πολλών φίλτρων ονομάζεται crossover στην ακουστική.
Επιλογές
Εκτός από τους τύπους φίλτρων, συνηθίζεται να διαχωρίζονται οι παράμετροί τους.
Για παράδειγμα, μια παράμετρος όπως η σειρά υποδεικνύει τον αριθμό των πηνίων και των πυκνωτών (αντιδραστικά στοιχεία):
- Η 1η σειρά περιέχει μόνο ένα στοιχείο.
- 2ης τάξης δύο στοιχεία κ.λπ.
Ένας άλλος, όχι λιγότερο σημαντικός δείκτης είναι η κλίση της απόκρισης συχνότητας, η οποία δείχνει πόσο έντονα το φίλτρο καταστέλλει τα «ξένα» σήματα.
Για υπογούφερ
Κατ 'αρχήν, οποιοδήποτε φίλτρο, συμπεριλαμβανομένου αυτού, είναι ένας συνδυασμός πολλών στοιχείων. Αυτά τα εξαρτήματα έχουν την ιδιότητα να μεταδίδουν επιλεκτικά σήματα ορισμένων συχνοτήτων.
Είναι σύνηθες να διαχωρίζονται τρία δημοφιλή σχήματα για αυτό το διαχωριστικό για το μπασίστα.
Παρουσιάζονται παρακάτω:
- Το πρώτο σχέδιο περιλαμβάνει τον απλούστερο διαχωριστή (το οποίο δεν είναι δύσκολο να φτιάξετε με τα χέρια σας). Είναι σχεδιασμένο ως αθροιστής και χρησιμοποιεί ένα τρανζίστορ.
Φυσικά, η σοβαρή ποιότητα ήχου δεν μπορεί να επιτευχθεί με ένα τόσο απλό φίλτρο, αλλά λόγω της απλότητάς του, είναι ιδανικό για ερασιτέχνες και αρχάριους λάτρεις του ραδιοφώνου.
- Τα άλλα δύο σχήματα είναι πολύ πιο περίπλοκα από το πρώτο. Στοιχεία κατασκευασμένα σύμφωνα με αυτά τα κυκλώματα τοποθετούνται μεταξύ του σημείου εξόδου σήματος και της εισόδου του ενισχυτή μπάσων.
Όποιος κι αν είναι ο διαχωριστής, απλός ή σύνθετος, πρέπει να έχει τα ακόλουθα τεχνικά χαρακτηριστικά.
Ένα απλό φίλτρο για ενισχυτή 2 δρόμων
Αυτός ο διαχωριστής δεν απαιτεί καμία ειδική ρύθμιση και η συναρμολόγηση είναι τόσο εύκολη όσο η πίτα. Πραγματοποιήθηκε με τη χρήση διαθέσιμων op-amp.
Σημείωση. Αυτό το κύκλωμα φίλτρου έχει ένα μικρό πλεονέκτημα έναντι των άλλων. Βρίσκεται στο γεγονός ότι όταν το κανάλι χαμηλής συχνότητας υπερφορτώνεται, οι παραμορφώσεις του καλύπτονται καλά από τη ζεύξη μέσης/υψηλής συχνότητας και, επομένως, το αρνητικό φορτίο στην ακοή μειώνεται αισθητά.
Ας αρχίσουμε:
- Εφαρμόζουμε το σήμα εισόδου στην είσοδο του λειτουργικού ενισχυτή MC1 (εκτελεί τη λειτουργία ενός ενεργού φίλτρου χαμηλής διέλευσης).
- Τροφοδοτούμε επίσης το σήμα στην είσοδο του ενισχυτή MC2 (σε αυτήν την περίπτωση, μιλάμε για διαφορικό ενισχυτή).
- Εφαρμόζουμε τώρα το σήμα από την έξοδο του φίλτρου χαμηλής διέλευσης MS1 στην είσοδο του MS2.
Σημείωση. Έτσι, στο MS2, το τμήμα χαμηλής συχνότητας του σήματος (είσοδος) αφαιρείται από το φάσμα και το τμήμα υψηλής συχνότητας του σήματος εμφανίζεται στην έξοδο.
- Παρέχουμε την καθορισμένη συχνότητα αποκοπής του φίλτρου χαμηλής διέλευσης, η οποία θα γίνει η συχνότητα διασταύρωσης.
Η διαδικασία κατασκευής ενός φίλτρου με τα χέρια σας θα απαιτήσει εξοικείωση με τη θεματική ανασκόπηση βίντεο. Επιπλέον, θα είναι χρήσιμο να μελετήσετε λεπτομερείς φωτογραφίες - υλικά, διαγράμματα, άλλες οδηγίες και πολλά άλλα.
Το κόστος κατασκευής και εγκατάστασης ενός φίλτρου μόνοι σας είναι ελάχιστο, γιατί πρακτικά δεν απαιτούνται έξοδα.
Ταξινόμηση των φίλτρων και τα κύρια χαρακτηριστικά τους
Τα φίλτρα μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διάφορα κριτήρια, το πιο σημαντικό από τα οποία είναι το χαρακτηριστικό που σχετίζεται με τη ζώνη διέλευσης συχνότητας. Με βάση αυτό το χαρακτηριστικό, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι φίλτρων:
§ χαμηλές συχνότητες (LPF);
§ υψηλές συχνότητες (HPF);
§ Bandpass (PF);
§ εγκοπή ή μπλοκάρισμα (RF).
Εάν το φίλτρο διέρχεται αρμονικές με συχνότητα μεταξύ μηδέν και σταθερής συχνότητας, ονομάζεται κατώτερη συχνότητα αποκοπής φά nsr (w nsr = 2p φά nsr), ενώ εξασθενεί όλες οι συχνότητες πάνω από αυτή τη συχνότητα, τότε αυτό το φίλτρο ανήκει στο χαμηλοπερατό φίλτρο. Εάν το φίλτρο περνάει όλες τις αρμονικές με συχνότητες που ξεκινούν από μια σταθερή συχνότητα, που ονομάζεται ανώτερη συχνότητα αποκοπής φά ww (w ww = 2p φά VSR) και εξασθενεί όλες τις συχνότητες κάτω από αυτή τη συχνότητα, τότε αυτό το φίλτρο ταξινομείται ως υψηλοπερατό φίλτρο. Ένα φίλτρο που περνά αρμονικές με συχνότητα που ξεκινά από κάποια σταθερή χαμηλότερη συχνότητα αποκοπής φά nsr στην καθορισμένη ανώτερη συχνότητα αποκοπής φά VSR, και καταστέλλει τις αρμονικές με όλες τις άλλες συχνότητες, τότε αυτό το φίλτρο ανήκει στο Φ/Β. Τέλος, εάν το φίλτρο καταστέλλει τις αρμονικές μόνο με μια συγκεκριμένη σταθερή συχνότητα φά r και περνάει όλες τις αρμονικές με άλλες συχνότητες, τότε αυτό το φίλτρο ανήκει στο RF. Τα κύρια χαρακτηριστικά των φίλτρων, σύμφωνα με τον ορισμό, είναι η απόκριση συχνότητας και η απόκριση φάσης. Απόκριση πλάτους-συχνότητας Ν(ι w) = ç ΠΡΟΣ ΤΗΝ(ι w) περιγράφει τη μεταβολή του λόγου των πλατών εξόδου και εισόδου μιας αρμονικής ανάλογα με τη μεταβολή της συχνότητάς της. Η απόκριση συχνότητας φάσης καθορίζεται από τη συνάρτηση j(w), η οποία περιγράφει την αλλαγή στη φάση εξόδου ενός αρμονικού σήματος σε σχέση με την τιμή εισόδου του ανάλογα με τη μεταβολή της συχνότητας. Οι αντίστοιχες συχνότητες αποκοπής βρίσκονται από την εξίσωση Ν(w Εγώ) = 0,707 =1/Ö2, όπου w Εγώορίζει την αντίστοιχη συχνότητα αποκοπής σε 0,707 ή 3 dB. Από την απόκριση συχνότητας, η οποία για λόγους σαφήνειας παρουσιάζεται συνήθως ως γραφική παράσταση ή αναλυτικά με τη μορφή τύπου, εκτός από τις αντίστοιχες συχνότητες αποκοπής, μπορούν να προσδιοριστούν και άλλες παράμετροι. Αυτές οι παράμετροι περιλαμβάνουν το εύρος ζώνης D φά n, ζώνη εξασθένησης φίλτρου D φά h και ζώνη καταστολής D φάπδ.
Εύρος συχνότητας για απόκριση συχνότητας από μηδέν έως φά nsr ή από φά VSR και παραπάνω ονομάζεται εύρος ζώνης. Επειδή η απόκριση συχνότητας δεν μπορεί να πέσει αμέσως στο μηδέν μετά φάΤο nsr ή το αντίστροφο θα αυξηθεί από το μηδέν στο φά vsr, τότε υπάρχει ένα ορισμένο εύρος συχνοτήτων της υπέρβασης της απόκρισης συχνότητας φά nsr ή όχι υπέρβαση φά VSR, το οποίο ονομάζεται ζώνη εξασθένησης (διακοπής) ή διάστημα συχνότητας μετάβασης. Σε αυτή την περίπτωση, το χαμηλότερο επίπεδο εξασθένησης ή, κατά συνέπεια, η αύξηση της απόκρισης συχνότητας, που καθορίζει το τμήμα μετάβασης, αντιστοιχεί, για βεβαιότητα, σε μια τιμή ίση, για παράδειγμα, με 0,1 (Εικ. 1). Στη συνέχεια, το διάστημα συχνότητας μετάβασης προσδιορίζεται με την επίλυση των εξισώσεων Ν(w pz Εγώ) = α και Ν(w Εγώ) = 0,707, όπου ευρετήριο Εγώκαθορίζει την αντίστοιχη συχνότητα αποκοπής στο a και 0,707. Όλες οι συχνότητες είναι υψηλότερες ή χαμηλότερες, αντίστοιχα, w pz Εγώανήκουν στη λεγόμενη ζώνη καταστολής του αντίστοιχου φίλτρου.
Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η κλίση μικρό(φά 1 ,φά 2) η απόκριση συχνότητας του φίλτρου, η οποία καθορίζεται από τη γωνία κλίσης της απόκρισης συχνότητας (AFC) στη ζώνη διακοπής και προσδιορίζεται αναλυτικά από την ισότητα
μικρό(φά 1 , φά 2) = 20 ημερολόγιο [ Ν(φά 1) / Ν(φά 2)],
Οπου Ν(φά 1) και Ν(φά 2) – τιμές απόκρισης συχνότητας, αντίστοιχα, σε συχνότητες φά 1 και φά 2 λαμβάνεται εντός της ζώνης εξασθένησής του.
Για να εκτιμήσετε την κλίση μικρό(φά 1 , φά 2) Απόκριση συχνότητας του φίλτρου σε ντεσιμπέλ ανά δεκαετία, είναι απαραίτητο να εκπληρωθεί η εξίσωση φά 2 = 10φά 1, και να το αξιολογήσετε σε ντεσιμπέλ ανά οκτάβα - φά 2 = 2φά 1 .
Τα φίλτρα, ανάλογα με το σχεδιασμό του κυκλώματος τους, χωρίζονται σε παθητικά και ενεργά. Τα ενεργά φίλτρα διαφέρουν από τα παθητικά φίλτρα, πρώτα απ 'όλα, από την παρουσία ενός ενεργού στοιχείου, κατασκευασμένου, για παράδειγμα, με τη μορφή λειτουργικού ενισχυτή.
Στο Σχ. Το 1 δείχνει ενδεικτικά γραφήματα των χαρακτηριστικών συχνότητας που υποδεικνύουν τις κύριες παραμέτρους τους και έχουν ενδεικτική μορφή.
Εικόνα 1. – Ενδεικτικά γραφήματα των χαρακτηριστικών συχνότητας των VLF, VPF, PF
Δεδομένου ότι οι ιδιότητες συχνότητας των φίλτρων, συμπεριλαμβανομένης της κλίσης της απόκρισης συχνότητας, καθορίζονται από τη συνάρτηση μεταφοράς τους, τότε, ανάλογα με τον τύπο της, διακρίνονται φίλτρα πρώτης, δεύτερης και υψηλότερης τάξης.
Λειτουργία μεταφοράς ενεργού χαμηλοπερατού φίλτρου n-η σειρά έχει τη μορφή
ΠΡΟΣ ΤΗΝ(μικρό)= Κ 0 /(1 + α 1 s+a 2 μικρό 2 +….+ a n s n),
Οπου ΠΡΟΣ ΤΗΝ 0 – Συντελεστής μετάδοσης DC.
Προφανώς, η σειρά της συνάρτησης μεταφοράς καθορίζεται από το αντίστοιχο πραγματικό κύκλωμα φίλτρου. Έτσι, για ένα φίλτρο πρώτης τάξης, η συνάρτηση μεταφοράς στο s = jραβδί ΠΡΟΣ ΤΗΝ 0 = 1 περιγράφεται ως
ΠΡΟΣ ΤΗΝ(ι w) = 1/(1+RC j w),
Οπου RΚαι ντοτιμές της αντίστασης και του πυκνωτή που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα φίλτρου και η απόκριση φάσης έχει τη μορφή j (w) = – τόξο tg (w / w 0), αφού w 0 = t –1 σε t = R.C..
Από τη συνάρτηση μεταφοράς με απλούς μετασχηματισμούς λαμβάνουμε την απόκριση συχνότητας για το φίλτρο χαμηλής διέλευσης πρώτης τάξης
Εκτελώντας παρόμοιες ενέργειες, λαμβάνουμε την απόκριση συχνότητας και την απόκριση φάσης για το υψηλοπερατό φίλτρο 1ης τάξης
j (w) = p/2– τόξο μαύρισμα (w / w 0).
Τα φίλτρα υψηλότερης τάξης μπορούν να κατασκευαστούν με κλιμακωτά φίλτρα χαμηλότερης τάξης. Για παράδειγμα, ένα φίλτρο τέταρτης τάξης μπορεί να δημιουργηθεί συνδέοντας δύο φίλτρα δεύτερης τάξης σε σειρά. Σε αυτήν την περίπτωση, οι συναρτήσεις μεταφοράς πολλαπλασιάζονται.
Τα κυκλώματα ενεργού φίλτρου δεύτερης τάξης περιλαμβάνουν έναν λειτουργικό ενισχυτή (op-amp) που οδηγείται από αρνητική ή θετική ανάδραση με τη μορφή κυκλωμάτων που εξαρτώνται από τη συχνότητα. Παραδείγματα τέτοιων φίλτρων φαίνονται στο Σχ. 2 (α, β, γ).
Εικόνα 2. – Κυκλώματα φίλτρου 2ης τάξης σε λειτουργικούς ενισχυτές op-amp: ΕΝΑ- φίλτρο χαμηλής διέλευσης; σι– Υψηλοπερατό φίλτρο. V– RF.
Όπως προκύπτει από το Σχ. 2 ( ΕΝΑ) Το φίλτρο χαμηλής διέλευσης 2ης τάξης είναι κατασκευασμένο με βάση μια διαδοχική σύνδεση δύο αλυσίδων RC και στην πρώτη R.C.αλυσίδα, ένας πυκνωτής συνδέεται στην έξοδο του οπ-ενισχυτή και, ως εκ τούτου, σχηματίζει μια θετική ανάδραση για τον οπ-ενισχυτή προκειμένου να αυξηθεί το κέρδος του φίλτρου κατά φά msr. Ο προσδιορισμός των τιμών των αντιστάσεων και των πυκνωτών πραγματοποιείται σε μια δεδομένη συχνότητα φά nsr σύμφωνα με τους τύπους
Συνήθως προκαθορίζονται τιμές αντίστασης R 1 και R 2. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τους παραπάνω τύπους, υπολογίστε τις τιμές των πυκνωτών, επιλέξτε τις τιμές που είναι πιο κοντά σε αυτούς από το βιβλίο αναφοράς και, εάν είναι απαραίτητο, προσαρμόστε τις προεπιλεγμένες τιμές των αντιστάσεων για να εξασφαλίσετε την επιθυμητή συχνότητα φά msr. Έτσι, οι υπολογισμοί πραγματοποιούνται με διαδοχική προσαρμογή των τιμών των αντιστάσεων και των πυκνωτών προκειμένου να εξασφαλιστεί η απαιτούμενη τιμή συχνότητας φά NSR και συμμόρφωση των τιμών των αντιστάσεων και των πυκνωτών με τις σειριακά παραγόμενες σειρές.
Εάν στο σχέδιο ΕΝΑ) ανταλλάξτε αντιστάσεις και πυκνωτές, τότε το αποτέλεσμα είναι ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης, το διάγραμμα του οποίου φαίνεται στο Σχ. 2 ( σι).
Εάν συνδέσετε ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης και ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης σε σειρά με την αντίστοιχη απόκριση συχνότητας, το αποτέλεσμα είναι ένα PF.
Στο Σχ. ρύζι. 2 ( V) δείχνει ένα διάγραμμα μιας RF που συναρμολογείται με βάση μια γέφυρα Τ που σχηματίζεται από αντιστάσεις και πυκνωτές, όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Σε αυτήν την περίπτωση, η έξοδος του επαναλήπτη που κατασκευάζεται στο op-amp έχει μια ανάδραση συνδεδεμένη σύμφωνα με το σχήμα σε ένα σημείο που βρίσκεται μεταξύ του πυκνωτή ΜΕ 1 και αντίσταση R 2. Χάρη σε αυτή τη συμπερίληψη, ο παράγοντας ποιότητας Τ-η γέφυρα αυξάνεται σημαντικά, γεγονός που οδηγεί σε στένωση της ζώνης συχνοτήτων κοντά στη συχνότητα καταστολής RF φά 0 = 1/(2 σελ R 1 ντο 2).
Τα ενεργά φίλτρα υλοποιούνται χρησιμοποιώντας ενισχυτές (συνήθως op-amp) και παθητικά φίλτρα RC. Μεταξύ των πλεονεκτημάτων των ενεργών φίλτρων σε σύγκριση με τα παθητικά, πρέπει να επισημανθούν τα ακόλουθα:
· έλλειψη επαγωγέων.
· Καλύτερη επιλεκτικότητα.
· αντιστάθμιση για την εξασθένηση χρήσιμων σημάτων ή ακόμα και την ενίσχυση τους.
· καταλληλότητα για υλοποίηση με τη μορφή IC.
Τα ενεργά φίλτρα έχουν επίσης μειονεκτήματα:
¨ κατανάλωση ενέργειας από την πηγή ενέργειας.
¨ περιορισμένο δυναμικό εύρος.
¨ πρόσθετες μη γραμμικές παραμορφώσεις σήματος.
Σημειώνουμε επίσης ότι η χρήση ενεργών φίλτρων με op-amp σε συχνότητες πάνω από δεκάδες megahertz είναι δύσκολη λόγω της χαμηλής συχνότητας κέρδους μονάδας των πιο ευρέως χρησιμοποιούμενων op-amp. Το πλεονέκτημα των ενεργών φίλτρων στους op-amps είναι ιδιαίτερα εμφανές στις χαμηλότερες συχνότητες, έως κλάσματα Hertz.
Στη γενική περίπτωση, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο op-amp στο ενεργό φίλτρο διορθώνει την απόκριση συχνότητας του παθητικού φίλτρου παρέχοντας διαφορετικές συνθήκες για τη διέλευση διαφορετικών συχνοτήτων του φάσματος σήματος, αντισταθμίζει τις απώλειες σε δεδομένες συχνότητες, γεγονός που οδηγεί σε απότομες πτώσεις της τάσης εξόδου στις κλίσεις της απόκρισης συχνότητας. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται διάφοροι βρόχοι ανάδρασης επιλεκτικής συχνότητας σε op-amp. Τα ενεργά φίλτρα διασφαλίζουν ότι επιτυγχάνεται η απόκριση συχνότητας όλων των τύπων φίλτρων: low pass (LPF), high pass (HPF) και band pass (PF).
Το πρώτο στάδιο της σύνθεσης οποιουδήποτε φίλτρου είναι ο καθορισμός μιας συνάρτησης μεταφοράς (σε τελεστή ή σύνθετη μορφή), η οποία πληροί τις προϋποθέσεις πρακτικής σκοπιμότητας και ταυτόχρονα εξασφαλίζει την απαιτούμενη απόκριση συχνότητας ή απόκριση φάσης (αλλά όχι και τα δύο) του φίλτρο. Αυτό το στάδιο ονομάζεται προσέγγιση χαρακτηριστικών φίλτρου.
Η συνάρτηση τελεστή είναι ένας λόγος πολυωνύμων:
Κ( Π)=Α( Π)/ΣΙ( Π),
και καθορίζεται μοναδικά από μηδενικά και πόλους. Το απλούστερο αριθμητικό πολυώνυμο είναι μια σταθερά. Ο αριθμός των πόλων της συνάρτησης (και στα ενεργά φίλτρα σε ένα op-amp, ο αριθμός των πόλων είναι συνήθως ίσος με τον αριθμό των πυκνωτών στα κυκλώματα που σχηματίζουν την απόκριση συχνότητας) καθορίζει τη σειρά του φίλτρου. Η σειρά του φίλτρου υποδεικνύει τον ρυθμό διάσπασης της απόκρισης συχνότητάς του, που για την πρώτη τάξη είναι 20 dB/dec, για τη δεύτερη - 40 dB/dec, για την τρίτη - 60 dB/dec κ.λπ.
Το πρόβλημα προσέγγισης επιλύεται για ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης και, στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αντιστροφής συχνότητας, η προκύπτουσα εξάρτηση χρησιμοποιείται για άλλους τύπους φίλτρων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η απόκριση συχνότητας ρυθμίζεται, λαμβάνοντας τον κανονικοποιημένο συντελεστή μετάδοσης:
,
όπου f(x) είναι η συνάρτηση φιλτραρίσματος. - κανονικοποιημένη συχνότητα. - Συχνότητα αποκοπής φίλτρου. e είναι η επιτρεπόμενη απόκλιση στη ζώνη διέλευσης.
Ανάλογα με το ποια συνάρτηση λαμβάνεται ως f(x), διακρίνονται τα φίλτρα (ξεκινώντας από τη δεύτερη τάξη) των Butterworth, Chebyshev, Bessel κ.λπ.. Στο σχήμα 7.15 φαίνονται τα συγκριτικά χαρακτηριστικά τους.
Το φίλτρο Butterworth (συνάρτηση Butterworth) περιγράφει την απόκριση συχνότητας με το πιο επίπεδο τμήμα στη ζώνη διέλευσης και σχετικά χαμηλό ρυθμό αποσύνθεσης. Η απόκριση συχνότητας ενός τέτοιου φίλτρου χαμηλής διέλευσης μπορεί να παρουσιαστεί με την ακόλουθη μορφή:
όπου n είναι η σειρά του φίλτρου.
Το φίλτρο Chebyshev (συνάρτηση Chebyshev) περιγράφει την απόκριση συχνότητας με κάποια ανομοιομορφία στη ζώνη διέλευσης, αλλά όχι υψηλότερο ρυθμό αποσύνθεσης.
Το φίλτρο Bessel χαρακτηρίζεται από μια γραμμική απόκριση φάσης, ως αποτέλεσμα της οποίας σήματα των οποίων οι συχνότητες βρίσκονται στη ζώνη διέλευσης περνούν μέσα από το φίλτρο χωρίς παραμόρφωση. Συγκεκριμένα, τα φίλτρα Bessel δεν παράγουν εκπομπές κατά την επεξεργασία ταλαντώσεων τετραγωνικών κυμάτων.
Εκτός από τις αναφερόμενες προσεγγίσεις της απόκρισης συχνότητας των ενεργών φίλτρων, είναι γνωστές και άλλες, για παράδειγμα, το αντίστροφο φίλτρο Chebyshev, το φίλτρο Zolotarev κ.λπ. Σημειώστε ότι τα ενεργά κυκλώματα φίλτρων δεν αλλάζουν ανάλογα με τον τύπο προσέγγισης απόκρισης συχνότητας, αλλά αλλάζουν οι σχέσεις μεταξύ των τιμών των στοιχείων τους.
Τα απλούστερα (πρώτης τάξης) HPF, LPF, PF και το LFC τους φαίνονται στο Σχήμα 7.16.
Σε αυτά τα φίλτρα, ο πυκνωτής που καθορίζει την απόκριση συχνότητας περιλαμβάνεται στο κύκλωμα OOS.
Για ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης (Εικόνα 7.16a), ο συντελεστής μετάδοσης είναι ίσος με:
,
Η συχνότητα σύζευξης των ασυμπτωμάτων βρίσκεται από την πάθηση, από όπου
.
Για το χαμηλοπερατό φίλτρο (Εικόνα 7.16β) έχουμε:
,
.
Το PF (Εικόνα 7.16γ) περιέχει στοιχεία ενός φίλτρου υψηλής διέλευσης και ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης.
Μπορείτε να αυξήσετε την κλίση του rolloff LFC αυξάνοντας τη σειρά των φίλτρων. Τα ενεργά φίλτρα χαμηλής διέλευσης, τα φίλτρα υψηλής διέλευσης και τα φίλτρα φίλτρων δεύτερης τάξης φαίνονται στην Εικόνα 7.17.
Η κλίση των ασυμπτωτών τους μπορεί να φτάσει τα 40 dB/dec και η μετάβαση από το φίλτρο χαμηλής διέλευσης στο υψηλοπερατό φίλτρο, όπως φαίνεται από τα σχήματα 7.17a, b, πραγματοποιείται με την αντικατάσταση των αντιστάσεων με πυκνωτές και αντίστροφα. Το PF (Εικόνα 7.17γ) περιέχει στοιχεία υψηλοπερατού και χαμηλοπερατού φίλτρου. Οι συναρτήσεις μεταφοράς είναι ίσες:
¨ για χαμηλοπερατό φίλτρο:
;
¨ για υψηλοπερατό φίλτρο:
.
Για το PF, η συχνότητα συντονισμού είναι ίση με:
.
Για το φίλτρο χαμηλής διέλευσης και το υψηλοπερατό φίλτρο, οι συχνότητες αποκοπής είναι αντίστοιχα ίσες με:
;
.
Αρκετά συχνά, PF δεύτερης τάξης υλοποιούνται χρησιμοποιώντας κυκλώματα γεφυρών. Οι πιο συνηθισμένες είναι οι διπλές γέφυρες σχήματος Τ, οι οποίες «δεν περνούν» το σήμα στη συχνότητα συντονισμού (Εικόνα 7.18a) και οι γέφυρες Wien, οι οποίες έχουν μέγιστο συντελεστή μετάδοσης στη συχνότητα συντονισμού (Εικόνα 7.18β).
Τα κυκλώματα γέφυρας περιλαμβάνονται στα κυκλώματα PIC και OOS. Στην περίπτωση διπλής γέφυρας Τ, το βάθος ανάδρασης είναι ελάχιστο στη συχνότητα συντονισμού και το κέρδος σε αυτή τη συχνότητα είναι μέγιστο. Όταν χρησιμοποιείτε μια γέφυρα Wien, το κέρδος στη συχνότητα συντονισμού είναι μέγιστο, επειδή μέγιστο βάθος POS. Ταυτόχρονα, για να διατηρηθεί η σταθερότητα, το βάθος του OOS εισάγεται χρησιμοποιώντας αντιστάσεις και πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το βάθος του POS. Εάν τα βάθη του POS και του OOS είναι κοντά, τότε ένα τέτοιο φίλτρο μπορεί να έχει ισοδύναμο παράγοντα ποιότητας Q»2000.
Συχνότητα συντονισμού διπλής γέφυρας Τ στο και 
, και τη γέφυρα της Βιέννης 
Και 
, είναι ίσο 
, και επιλέγεται με βάση τη συνθήκη σταθερότητας 
, επειδή Ο συντελεστής μετάδοσης της γέφυρας της Wien στη συχνότητα είναι 1/3.
Για να αποκτήσετε ένα φίλτρο εγκοπής, μια διπλή γέφυρα σε σχήμα Τ μπορεί να συνδεθεί όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.18γ ή μια γέφυρα Wien μπορεί να συμπεριληφθεί στο κύκλωμα OOS.
Για την κατασκευή ενός ενεργού συντονίσιμου φίλτρου, χρησιμοποιείται συνήθως μια γέφυρα Wien, της οποίας οι αντιστάσεις κατασκευάζονται με τη μορφή διπλής μεταβλητής αντίστασης.
Είναι δυνατή η κατασκευή ενός ενεργού γενικού φίλτρου (LPF, HPF και PF), μια έκδοση κυκλώματος του οποίου φαίνεται στο Σχήμα 7.19.
Αποτελείται από έναν αθροιστή op-amp και δύο φίλτρα χαμηλής διέλευσης πρώτης τάξης στο op-amp και , τα οποία συνδέονται σε σειρά. Αν 
, μετά η συχνότητα σύζευξης . Το LFC έχει μια κλίση ασυμπτωτών της τάξης των 40 dB/dec. Το ενεργό φίλτρο γενικής χρήσης έχει καλή σταθερότητα παραμέτρων και υψηλό παράγοντα ποιότητας (έως 100). Στα σειριακά IC, χρησιμοποιείται συχνά μια παρόμοια αρχή κατασκευής φίλτρων.
γυράτορες
Ο γυριστής είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που μετατρέπει την αντίσταση των αντιδρώντων στοιχείων. Συνήθως πρόκειται για μετατροπέα χωρητικότητας σε επαγωγή, δηλ. ισοδύναμο με αυτεπαγωγή. Μερικές φορές οι περιστροφείς ονομάζονται συνθεσάιζερ επαγωγής. Η ευρεία χρήση περιστροφικών στροφών στα IC εξηγείται από τις μεγάλες δυσκολίες στην κατασκευή επαγωγέων με χρήση τεχνολογίας στερεάς κατάστασης. Η χρήση περιστροφέων καθιστά δυνατή την απόκτηση μιας σχετικά μεγάλης αυτεπαγωγής με καλά χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους.
Το σχήμα 7.20 δείχνει ένα ηλεκτρικό διάγραμμα μιας από τις επιλογές για έναν γυριστή, ο οποίος είναι ένας επαναλήπτης op-amp που καλύπτεται από ένα PIC επιλεκτικής συχνότητας ( και ).
Δεδομένου ότι η χωρητικότητα του πυκνωτή μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας του σήματος, η τάση στο σημείο ΕΝΑθα αυξηθεί. Μαζί με αυτό θα αυξηθεί και η τάση στην έξοδο του op-amp. Η αυξημένη τάση από την έξοδο μέσω του κυκλώματος PIC παρέχεται στη μη αντιστρεπτική είσοδο, η οποία οδηγεί σε περαιτέρω αύξηση της τάσης στο σημείο ΕΝΑ, και όσο πιο έντονη, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα. Έτσι, η τάση στο σημείο ΕΝΑσυμπεριφέρεται όπως η τάση κατά μήκος ενός επαγωγέα. Η συντιθέμενη επαγωγή καθορίζεται από τον τύπο:
.
Ο παράγοντας ποιότητας ενός γυριστή ορίζεται ως:
.
Ένα από τα κύρια προβλήματα κατά τη δημιουργία περιστροφικών στροφών είναι η δυσκολία απόκτησης του ισοδύναμου μιας επαγωγής στην οποία και οι δύο ακροδέκτες δεν είναι συνδεδεμένοι σε έναν κοινό δίαυλο. Ένας τέτοιος γυριστής εκτελείται σε τουλάχιστον τέσσερις ενισχυτές λειτουργίας. Ένα άλλο πρόβλημα είναι το σχετικά στενό εύρος συχνοτήτων λειτουργίας του γυριστή (έως αρκετά kilohertz για ευρέως χρησιμοποιούμενους ενισχυτές λειτουργίας).
Καλημέρα, αγαπητοί αναγνώστες! Σήμερα θα μιλήσουμε για τη συναρμολόγηση ενός απλού φίλτρου χαμηλής διέλευσης. Ωστόσο, παρά την απλότητά του, η ποιότητα του φίλτρου δεν είναι κατώτερη από τα ανάλογα που αγοράζονται στο κατάστημα. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν!
Κύρια χαρακτηριστικά του φίλτρου
- Συχνότητα αποκοπής 300 Hz, οι υψηλότερες συχνότητες αποκόπτονται.
- Τάση τροφοδοσίας 9-30 Volt;
- Το φίλτρο καταναλώνει 7 mA.
Σχέδιο
Το κύκλωμα φίλτρου φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Λίστα εξαρτημάτων:
- DD1 - BA4558;
- VD1 - D814B;
- C1, C2 - 10 μF;
- C3 - 0,033 μF;
- C4 - 220 nf;
- C5 - 100 nf;
- C6 - 100 μF;
- C7 - 10 μF;
- C8 - 100 nf;
- R1, R2 - 15 kOhm;
- R3, R4 - 100 kOhm;
- R5 - 47 kOhm;
- R6, R7 - 10 kOhm;
- R8 - 1 kOhm;
- R9 - 100 kOhm - μεταβλητό;
- R10 - 100 kOhm;
- R11 - 2 kOhm.
Δημιουργία φίλτρου χαμηλής διέλευσης
Μια μονάδα σταθεροποίησης τάσης συναρμολογείται χρησιμοποιώντας αντίσταση R11, πυκνωτή C6 και δίοδο zener VD1.
Εάν η τάση τροφοδοσίας είναι μικρότερη από 15 Volt, τότε το R11 θα πρέπει να αποκλειστεί.
Ο αθροιστής σήματος εισόδου συναρμολογείται στα εξαρτήματα R1, R2, C1, C2.
Μπορεί να αποκλειστεί εάν παρέχεται μονοφωνικό σήμα στην είσοδο. Σε αυτή την περίπτωση, η πηγή σήματος θα πρέπει να συνδεθεί απευθείας στον δεύτερο πείρο του μικροκυκλώματος.
Το DD1.1 ενισχύει το σήμα εισόδου και το DD1.2 συναρμολογεί απευθείας το ίδιο το φίλτρο.
Ο πυκνωτής C7 φιλτράρει το σήμα εξόδου, εφαρμόζεται έλεγχος ήχου στα R9, R10, C8, μπορεί επίσης να αποκλειστεί και το σήμα μπορεί να αφαιρεθεί από το αρνητικό σκέλος του C7.
Καταλάβαμε το κύκλωμα, τώρα ας προχωρήσουμε στην κατασκευή της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος. Για αυτό χρειαζόμαστε laminate από fiberglass διαστάσεων 2x4 cm.
Αρχείο πλακέτας φίλτρου χαμηλής διέλευσης:
(λήψεις: 420)
Τρίψτε την επιφάνεια για να γυαλίσει με λεπτόκοκκο γυαλόχαρτο και απολιπάνετε την επιφάνεια με οινόπνευμα. Εκτυπώνουμε αυτό το σχέδιο και το μεταφέρουμε στον textolite με τη μέθοδο LUT.
Αν χρειαστεί, βάψτε τα μονοπάτια με βερνίκι.
Τώρα πρέπει να προετοιμάσετε ένα διάλυμα για χάραξη: διαλύστε 1 μέρος κιτρικού οξέος σε τρία μέρη υπεροξειδίου του υδρογόνου (αναλογία 1:3, αντίστοιχα). Προσθέστε μια πρέζα αλάτι στο διάλυμα· είναι καταλύτης και δεν εμπλέκεται στη διαδικασία χάραξης.
Βυθίζουμε τη σανίδα στο προετοιμασμένο διάλυμα. Περιμένουμε να διαλυθεί ο περίσσιος χαλκός από την επιφάνειά του. Στο τέλος της διαδικασίας χάραξης, βγάζουμε την σανίδα μας, την ξεπλένουμε με τρεχούμενο νερό και αφαιρούμε το τόνερ με ασετόν.
Συγκολλήστε τα εξαρτήματα χρησιμοποιώντας αυτή τη φωτογραφία ως οδηγό:
Στην πρώτη έκδοση του σχεδίου, δεν έκανα τρύπα για το R4, οπότε το κόλλησα από κάτω· αυτό το ελάττωμα εξαλείφεται στο έγγραφο λήψης.
Στην πίσω πλευρά της σανίδας πρέπει να κολλήσετε ένα βραχυκυκλωτήρα:
Πρακτικός υπολογισμός φίλτρων υψηλής και χαμηλής διέλευσης (φίλτρα RC και LC)
Καλησπέρα, αγαπητοί ραδιοερασιτέχνες!
Σήμερα, στον ιστότοπο, στο επόμενο μάθημα, θα δούμε διαδικασία για τον υπολογισμό των φίλτρων υψηλής και χαμηλής διέλευσης.
Από αυτό το άρθρο θα μάθετε ότι μπορείτε να φιλτράρετε όχι μόνο το "παζάρι", αλλά και πολλά περισσότερα. Και αφού μελετήσετε το άρθρο, μάθετε πώς να πραγματοποιείτε ανεξάρτητα τους απαραίτητους υπολογισμούς, οι οποίοι θα σας βοηθήσουν κατά το σχεδιασμό ή τη ρύθμιση διαφόρων εξοπλισμών (υπάρχουν πολλοί τύποι στο άρθρο, αλλά δεν είναι τρομακτικό, στην πραγματικότητα, όλα είναι πολύ απλά ).
Πρώτα απ 'όλα, ας ορίσουμε ότι οι έννοιες "Πάνω και κάτω"οι συχνότητες σχετίζονται με την ακουστική μηχανική και τις έννοιες "ψηλα και χαμηλα"συχνότητες - σχετίζονται με τη ραδιομηχανική.
Φίλτρα High Pass (περαιτέρω HPF) Και φίλτραχαμηλές συχνότητες (στη συνέχεια φίλτρο χαμηλής διέλευσης) χρησιμοποιούνται σε πολλά ηλεκτρικά κυκλώματα και εξυπηρετούν διαφορετικούς σκοπούς. Ένα από τα εντυπωσιακά παραδείγματα χρήσης τους είναι οι συσκευές έγχρωμης μουσικής. Για παράδειγμα, εάν πληκτρολογήσετε "απλή έγχρωμη μουσική" σε μια μηχανή αναζήτησης, θα παρατηρήσετε πόσο συχνά εμφανίζεται η πιο απλή έγχρωμη μουσική σε ένα τρανζίστορ στα αποτελέσματα αναζήτησης. Φυσικά, είναι πολύ δύσκολο να ονομάσουμε ένα τέτοιο σχέδιο έγχρωμη μουσική. Γνωρίζοντας τι είναι τα φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης και πώς υπολογίζονται, μπορείτε οι ίδιοι να μετατρέψετε ένα τέτοιο κύκλωμα σε μια πιο ολοκληρωμένη συσκευή έγχρωμης μουσικής. Η πιο απλή περίπτωση: παίρνετε δύο πανομοιότυπα κυκλώματα, αλλά βάζετε ένα φίλτρο μπροστά από το καθένα. Υπάρχει ένα χαμηλοπερατό φίλτρο μπροστά από το ένα τρανζίστορ και ένα υψιπερατό φίλτρο μπροστά από το δεύτερο και έχετε ήδη έγχρωμη μουσική δύο καναλιών. Και αν το καλοσκεφτείτε, μπορείτε να πάρετε ένα άλλο τρανζίστορ και χρησιμοποιώντας δύο φίλτρα (χαμηλοπερατό και υψιπερατό φίλτρο ή μια μέση συχνότητα) για να πάρετε ένα τρίτο κανάλι - μεσαίας συχνότητας.
Πριν συνεχίσουμε τη συζήτησή μας για τα φίλτρα, ας αγγίξουμε ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό τους - απόκριση πλάτους-συχνότητας (απόκριση συχνότητας). Τι είδους δείκτης είναι αυτός;
Απόκριση συχνότητας του φίλτρου δείχνει πώς αλλάζει η στάθμη και το πλάτος του σήματος που διέρχεται από αυτό το φίλτρο ανάλογα με τη συχνότητα του σήματος.
Δηλαδή, σε μια συχνότητα του σήματος που εισέρχεται στο φίλτρο, το επίπεδο πλάτους είναι το ίδιο όπως στην έξοδο και για μια άλλη συχνότητα, το φίλτρο, αντιστέκεται στο σήμα, εξασθενεί το πλάτος του εισερχόμενου σήματος.
Ένας άλλος ορισμός εμφανίζεται αμέσως: συχνότητα αποκοπής.
Συχνότητα αποκοπής – Αυτή είναι η συχνότητα στην οποία το πλάτος του σήματος εξόδου μειώνεται σε τιμή ίση με 0,7 από την είσοδο.
Για παράδειγμα, εάν σε συχνότητα σήματος εισόδου 1 kHz με πλάτος 1 βολτ, το πλάτος του σήματος εισόδου στην έξοδο του φίλτρου μειώνεται στα 0,7 βολτ, τότε η συχνότητα 1 kHz είναι η συχνότητα αποκοπής αυτού του φίλτρου.
Και ο τελευταίος ορισμός - κλίση φίλτρου .
Φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης – Πρόκειται για συνηθισμένα ηλεκτρικά κυκλώματα που αποτελούνται από ένα ή περισσότερα στοιχεία που έχουν μη γραμμική απόκριση συχνότητας, δηλ. έχουν διαφορετική αντίσταση σε διαφορετικές συχνότητες.
Συνοψίζοντας τα παραπάνω, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι σε σχέση με το ηχητικό σήμα, τα φίλτρα είναι συνηθισμένες αντιστάσεις, με τη μόνη διαφορά ότι η αντίστασή τους ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα του ηχητικού σήματος. Αυτή η αντίσταση ονομάζεταιαντιδραστικόςκαι συμβολίζεται ωςΧ.
Τα φίλτρα συχνότητας κατασκευάζονται από στοιχεία με αντιδραστικόςαντίσταση - πυκνωτές και επαγωγείς . Υπολογίζω αντίδραση πυκνωτή μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο:
Xc=1/2pFCΟπου:
Xs– αντίδραση πυκνωτή.
Π– είναι επίσης «pi» στην Αφρική.
φά– συχνότητα
ΜΕ– χωρητικότητα του πυκνωτή.
Δηλαδή, γνωρίζοντας την χωρητικότητα του πυκνωτή και τη συχνότητα του σήματος, μπορείτε πάντα να προσδιορίσετε τι αντίσταση έχει ο πυκνωτής για μια συγκεκριμένη συχνότητα.
ΕΝΑ αντίδραση επαγωγέα με αυτόν τον τύπο:
X L =2pFLΟπου:
XL– αντίδραση του επαγωγέα.
Π- είναι επίσης "pi" στη Ρωσία.
φά– συχνότητα σήματος.
μεγάλο– αυτεπαγωγή πηνίου
Τα φίλτρα συχνότητας διατίθενται σε διάφορους τύπους:
– μονοστοιχειο;
– σε σχήμα L;
– σε σχήμα Τ;
– σε σχήμα U;
– πολλαπλών συνδέσμων.
Σε αυτό το άρθρο, δεν θα εμβαθύνουμε στη θεωρία, αλλά θα εξετάσουμε μόνο επιφανειακά ζητήματα και μόνο φίλτρα που αποτελούνται από αντιστάσεις και πυκνωτές (δεν θα αγγίξουμε φίλτρα με επαγωγείς).
Φίλτρο μονού στοιχείου
- φίλτρο ενός στοιχείου : ή πυκνωτής(για να επισημάνετε τις υψηλές συχνότητες), ή επαγωγείς (για να επισημάνετε τις χαμηλές συχνότητες).
Φίλτρο σε σχήμα L
Φίλτρο σε σχήμα L είναι ένας συνηθισμένος διαιρέτης τάσης με μη γραμμική απόκριση συχνότητας και μπορεί να αναπαρασταθεί ως δύο αντιστάσεις:
Χρησιμοποιώντας ένα διαιρέτη τάσης, μπορούμε να μειώσουμε την τάση εισόδου στο επίπεδο που χρειαζόμαστε.
Τύποι για τον υπολογισμό των παραμέτρων του διαιρέτη τάσης:
Uin=Uout*(R1+R2)/R2
Uout=Uin*R2/(R1+R2)
Rtot=R1+R2
R1=Uin*R2/Uout – R2
R2=Uout*Rtotal/Uin
Για παράδειγμα, μας δίνονται:
Rtotal=10 kOhm,Uin=10 V, στην έξοδο του διαχωριστή που πρέπει να πάρετε Uout=7 V
Διαδικασία υπολογισμού:
1. Ορίστε R2= 7*10000/10= 7000= 7 kOhm
2. Ορίστε R1= 10*7000/7-7000= 3000= 3 kOhm,
ή R1=Rtot-R2=10-7= 3 kOhm
3. Ελέγξτε Uout=10*7000/(3000+7000)= 7 V
Αυτό ακριβώς που χρειαζόμασταν.
Η γνώση αυτών των τύπων είναι απαραίτητη όχι μόνο για την κατασκευή ενός διαιρέτη τάσης με την επιθυμητή τάση εξόδου, αλλά και για τον υπολογισμό των φίλτρων χαμηλής και υψηλής διέλευσης, όπως θα δείτε παρακάτω.
ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ!
Δεδομένου ότι η αντίσταση του φορτίου που συνδέεται με την έξοδο του διαχωριστή επηρεάζει την τάση εξόδου, η τιμή του R2 θα πρέπει να είναι 100 φορές μικρότερη από την αντίσταση εισόδου του φορτίου. Εάν δεν απαιτείται υψηλή ακρίβεια, τότε αυτή η τιμή μπορεί να μειωθεί έως και 10 φορές.
Αυτός ο κανόνας ισχύει επίσης για υπολογισμούς φίλτρων.
Για να αποκτήσετε ένα φίλτρο από έναν διαιρέτη τάσης σε δύο αντιστάσεις, χρησιμοποιήστε πυκνωτής.
Οπως ήδη γνωρίζετε, πυκνωτήςέχει επαγωγική ηλεκτρική αντίσταση. Ταυτόχρονα, η αντίδρασή του στις υψηλές συχνότητες είναι ελάχιστη και στις χαμηλές συχνότητες είναι μέγιστη.
Κατά την αντικατάσταση της αντίστασης R1 με πυκνωτή
(Ταυτόχρονα, στις υψηλές συχνότητες το ρεύμα περνά μέσα από αυτό ανεμπόδιστα, αλλά στις χαμηλές συχνότητες το ρεύμα δεν το περνάει) παίρνουμε ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης.
Και κατά την αντικατάσταση του πυκνωτή αντίστασης R2
(Ταυτόχρονα, έχοντας χαμηλή αντίσταση σε υψηλές συχνότητες, ο πυκνωτής εκπέμπει ρεύματα υψηλής συχνότητας στο έδαφος και σε χαμηλές συχνότητες η αντίστασή του είναι υψηλή και δεν περνά ρεύμα από αυτόν) - φίλτρο χαμηλής διέλευσης.
Όπως ήδη είπα, αγαπητοί ραδιοερασιτέχνες, δεν θα βουτήξουμε βαθιά στη ζούγκλα της ηλεκτρολογικής μηχανικής, αλλιώς θα χαθούμε και θα ξεχάσουμε τι λέγαμε. Επομένως, τώρα θα αφαιρέσουμε από τις περίπλοκες αλληλεπιδράσεις του κόσμου της ηλεκτρολογικής μηχανικής και θα εξετάσουμε αυτό το θέμα ως μια ειδική περίπτωση, που δεν συνδέεται με τίποτα.
Ας συνεχίσουμε όμως. Δεν είναι όλα άσχημα. Η γνώση τουλάχιστον βασικών πραγμάτων είναι μεγάλη βοήθεια στην πρακτική του ραδιοερασιτέχνη. Λοιπόν, δεν θα υπολογίσουμε ακριβώς το φίλτρο, αλλά θα το υπολογίσουμε με ένα σφάλμα. Λοιπόν, δεν πειράζει, κατά τη ρύθμιση της συσκευής θα επιλέξουμε και θα καθορίσουμε τις απαιτούμενες βαθμολογίες των εξαρτημάτων του ραδιοφώνου.
Διαδικασία υπολογισμού για υψιπερατό φίλτρο σχήματος L
Στα παραπάνω παραδείγματα, ο υπολογισμός των παραμέτρων του φίλτρου ξεκινά με το γεγονός ότι γνωρίζουμε τη συνολική αντίσταση του διαιρέτη τάσης, αλλά μάλλον είναι πιο σωστό, στον πρακτικό υπολογισμό των φίλτρων, να προσδιορίσουμε πρώτα την αντίσταση της αντίστασης R2 του διαιρέτη, η τιμή του οποίου θα πρέπει να είναι 100 φορές μικρότερη από την αντίσταση του φορτίου στο οποίο θα συνδεθεί το φίλτρο. Και επίσης δεν πρέπει να ξεχνάτε ότι ο διαιρέτης τάσης καταναλώνει επίσης ρεύμα, επομένως, στο τέλος, θα χρειαστεί να προσδιορίσετε τη διαρροή ισχύος στις αντιστάσεις για τη σωστή επιλογή τους.
Παράδειγμα: Πρέπει να υπολογίσουμε ένα υψιπερατό φίλτρο σχήματος L με συχνότητα αποκοπής 2 kHz.
Δεδομένος:
Rtot = 5 kOhm, συχνότητα αποκοπής φίλτρου – 2 kHz.
(μπορείτε να πάρετε συγκεκριμένες τάσεις, αλλά στην περίπτωσή μας αυτό δεν παίζει κανέναν ρόλο).
Κάνουμε τον υπολογισμό:
R1 Xc = R1.
R2:
R1:
Xc=1/2pFC=R1 —> C=1/2pFR1:
C=1/2pFR1 = 1/2*3,14*2000*1500 =5,3*10 -8 =0,053 µF.
C=1,16/R2pF.
6. Έλεγχος της συχνότητας αποκοπής Αγαπημένο
Fav=1/2пR1C= 1/2*3,14*1500*0,000000053 = 2003 Hz.
Έτσι, προσδιορίσαμε ότι για την κατασκευή ενός υψηλοπερατού φίλτρου με δεδομένες παραμέτρους (Rtot= 5 kOhm, Fav= 2000 Hz) R2= 3,5 kOhm και ένας πυκνωτής με χωρητικότητα C = 0,053 μF.
? Για αναφορά:
? 1 µF = 10 -6 F = 0,000 001 F
? 0,1 µF = 10 -7 F = 0,000 000 1 F
? 0,01 µF = 10 -8 F = 0,000 000 01 F
και ούτω καθεξής…
Διαδικασία υπολογισμού για χαμηλοπερατό φίλτρο σχήματος L
Παράδειγμα: Πρέπει να υπολογίσουμε ένα χαμηλοπερατό φίλτρο σχήματος L με συχνότητα αποκοπής 2 kHz.
Δεδομένος:
συνολική αντίσταση του διαιρέτη τάσης – Rtot = 5 kOhm, συχνότητα αποκοπής φίλτρου – 2 kHz.
Λαμβάνουμε την τάση εισόδου ως 1 και την τάση εξόδου ως 0,7(όπως στην προηγούμενη περίπτωση).
Κάνουμε τον υπολογισμό:
1. Αφού συνδέσαμε πυκνωτή αντί αντίστασης R2, τότε η αντίδραση του πυκνωτή Xc = R2.
2. Προσδιορίστε την αντίσταση χρησιμοποιώντας τον τύπο διαιρέτη τάσης R2:
R2=Uout*Rtot/Uin =0,7*5000/1 = 3500= 3,5 kOhm.
3. Προσδιορίστε την αντίσταση της αντίστασης R1:
R1=Rtot-R2= 5 – 3,5= 1,5 kOhm.
4. Ελέγξτε την τιμή της τάσης εξόδου στην έξοδο του φίλτρου στις υπολογιζόμενες αντιστάσεις:
Uout=Uin*R2/(R1+R2) =1*3500/(1500+3500) = 0,7.
5. Προσδιορίστε την χωρητικότητα του πυκνωτή, η οποία προκύπτει από τον τύπο: Xc=1/2pFC=R2 —> C=1/2pFR2:
C=1/2pFR2 = 1/2*3,14*2000*3500 =2,3*10 -8 =0,023 µF.
Η χωρητικότητα του πυκνωτή μπορεί επίσης να προσδιοριστεί από τον τύπο: C=1/4,66*R2pF.
6. Έλεγχος της συχνότητας αποκοπής Αγαπημένοσύμφωνα με τον τύπο που εξάγουμε και από τα παραπάνω:
Fav=1/2пR2C= 1/2*3,14*3500*0,000000023 = 1978 Hz.
Έτσι, προσδιορίσαμε ότι για την κατασκευή ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης με δεδομένες παραμέτρους (Rtot= 5 kOhm, Fav= 2000 Hz)πρέπει να εφαρμοστεί αντίσταση R1= 1,5 kOhm και ένας πυκνωτής με χωρητικότητα C = 0,023 μF.
Φίλτρο σε σχήμα Τ
Φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης σχήματος Τ , αυτά είναι τα ίδια Φίλτρα σε σχήμα L, στο οποίο προστίθεται ένα ακόμη στοιχείο. Έτσι, υπολογίζονται με τον ίδιο τρόπο όπως ένας διαιρέτης τάσης που αποτελείται από δύο στοιχεία με μη γραμμική απόκριση συχνότητας. Και στη συνέχεια, η τιμή αντίδρασης του τρίτου στοιχείου προστίθεται στην υπολογιζόμενη τιμή. Μια άλλη, λιγότερο ακριβής μέθοδος υπολογισμού ενός φίλτρου σχήματος Τ ξεκινά με τον υπολογισμό του φίλτρου σχήματος L, μετά τον οποίο η τιμή του "πρώτου" υπολογισμένου στοιχείου του φίλτρου σχήματος L αυξάνεται ή μειώνεται στο μισό - "κατανέμεται" μεταξύ δύο στοιχεία του φίλτρου σε σχήμα Τ. Εάν είναι πυκνωτής, τότε η τιμή της χωρητικότητας των πυκνωτών στο φίλτρο Τ διπλασιάζεται και αν είναι αντίσταση ή επαγωγέας, τότε η τιμή της αντίστασης ή της επαγωγής των πηνίων μειώνεται στο μισό:
Φίλτρο σε σχήμα U
Φίλτρα σε σχήμα U
, αυτά είναι τα ίδια φίλτρα σχήματος L, στο οποίο προστίθεται ένα ακόμη στοιχείο μπροστά από το φίλτρο. Όλα όσα γράφτηκαν για φίλτρα σε σχήμα Τ ισχύουν για τα φίλτρα σχήματος U.
Όπως και στην περίπτωση των φίλτρων σχήματος Τ, για τον υπολογισμό των φίλτρων σχήματος U, χρησιμοποιούνται τύποι διαιρέτη τάσης, με την προσθήκη μιας πρόσθετης αντίστασης διακλάδωσης του πρώτου στοιχείου φίλτρου. Μια άλλη, λιγότερο ακριβής μέθοδος υπολογισμού ενός φίλτρου σχήματος U ξεκινά με τον υπολογισμό του φίλτρου σχήματος L, μετά τον οποίο η τιμή του "τελευταίου" υπολογισμένου στοιχείου του φίλτρου σχήματος L αυξάνεται ή μειώνεται στο μισό - "κατανέμεται" μεταξύ δύο στοιχεία του φίλτρου σχήματος U. Σε αντίθεση με το φίλτρο σχήματος Τ, εάν είναι πυκνωτής, τότε η τιμή της χωρητικότητας των πυκνωτών στο φίλτρο P μειώνεται στο μισό και αν είναι αντίσταση ή επαγωγέας, τότε η τιμή της αντίστασης ή της επαγωγής του τα πηνία διπλασιάζονται.
Κατά κανόνα, τα φίλτρα ενός στοιχείου χρησιμοποιούνται σε ακουστικά συστήματα. Τα υψηλοπερατά φίλτρα είναι συνήθως σε σχήμα Τ και τα χαμηλοπερατά φίλτρα έχουν σχήμα U. Τα φίλτρα μεσαίας διέλευσης, κατά κανόνα, κατασκευάζονται σε σχήμα L, που αποτελούνται από δύο πυκνωτές.
Για τη συγγραφή αυτού του άρθρου, μεταξύ άλλων, χρησιμοποιήθηκαν υλικά από τον ιστότοποwww.meanders.ru,συγγραφέας και ιδιοκτήτης του οποίου είναι ο Alexander Melnik, για τον οποίο πολλά και ατελείωτα (Μίανδρος) τον ευχαριστούν.
