วิธีการออกแบบวงจรตัวกรองความถี่สูงและความถี่ต่ำอย่างรวดเร็ว

ในโพสต์นี้เราเรียนรู้วิธีการออกแบบวงจรกรองเสียงเช่นวงจรกรองความถี่สูงและวงจรกรองความถี่ต่ำได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องยุ่งยากกับการจำลองและการคำนวณที่ซับซ้อน การออกแบบที่นำเสนอจะช่วยให้สามารถสร้างวงจรกรองเฉพาะสำหรับย่านความถี่เฉพาะที่ต้องการและบล็อกความถี่ที่ไม่ต้องการอื่น ๆ ทั้งหมด

High Pass Filter คืออะไร

ตามชื่อที่แนะนำวงจรกรองความถี่สูงได้รับการออกแบบมาเพื่อลดทอนความถี่ทั้งหมดให้ต่ำกว่าความถี่ที่เลือกไว้โดยเฉพาะและส่งผ่านหรืออนุญาตให้ความถี่ทั้งหมดสูงกว่าเกณฑ์นี้ หลักการตรงข้ามกับวงจรกรองความถี่ต่ำ

ช่วงตัดโดยทั่วไปอยู่ที่ช่วงความถี่ที่ค่อนข้างสูงกว่า (เป็น kHz)

กราฟการตอบสนองของฟิลเตอร์ความถี่สูงต่อไปนี้จะแสดงภาพรูปคลื่นที่ระบุว่าความถี่ทั้งหมดที่ต่ำกว่าเกณฑ์การตัดที่เลือกจะถูกลดทอนหรือถูกบล็อกทีละน้อยเมื่อความถี่ลดลง

ภาพสองภาพต่อไปนี้ได้รับการกำหนดค่าให้เป็นวงจรกรองความถี่สูงมาตรฐานโดยที่ภาพแรกได้รับการออกแบบให้ทำงานกับแหล่งจ่ายไฟคู่ในขณะที่ภาพที่สองถูกระบุให้ทำงานกับแหล่งจ่ายเดียว

ในการกำหนดค่าทั้งสองแบบข้างต้น opamp จะสร้างส่วนประกอบที่ใช้งานการประมวลผลกลางในขณะที่ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่เกี่ยวข้องซึ่งต่อสายผ่านพินอินพุตของ opamp จะถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดจุดตัดตัวกรองความถี่สูงขึ้นอยู่กับค่าของค่าเหล่านี้ ส่วนประกอบแบบพาสซีฟคำนวณตามข้อกำหนดหรือข้อกำหนดของผู้ใช้

วิธีออกแบบ High Pass Filter แบบกำหนดเอง

ตามที่เสนอไว้ในการออกแบบวงจรกรองความถี่สูงอย่างรวดเร็วสามารถใช้สูตรต่อไปนี้และขั้นตอนต่อไปสำหรับการคำนวณตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่เกี่ยวข้องได้

ขั้นแรกให้เลือกค่าที่เหมาะสมโดยพลการสำหรับ C1 หรือ C2 ซึ่งทั้งสองสามารถเหมือนกันได้

จากนั้นคำนวณ R1 โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

R1 = 1 / √2 x π x C1 x ความถี่

ในที่นี้คำว่า 'ความถี่' หมายถึงเกณฑ์การตัดความถี่สูงที่ต้องการด้านล่างซึ่งความถี่ที่ไม่ต้องการอื่น ๆ จะต้องถูกลดทอนหรือละเว้นทีละน้อย

สุดท้ายคำนวณ R2 ด้วยวิธีเดียวกับข้างต้นโดยใช้สมการต่อไปนี้:

R2 = 1/2 √2 x π x C1 x ความถี่

วงจรกรองความถี่สูงรุ่นจ่ายเดียวสามารถมองเห็นได้ซึ่งเกี่ยวข้องกับตัวเก็บประจุ Cout อื่นซึ่งไม่สำคัญเลยและสามารถมากกว่า C1 ได้ประมาณ 100 หรือ 1,000 เท่า

การอภิปรายข้างต้นแสดงให้เห็นว่าใคร ๆ ก็สามารถคำนวณและออกแบบวงจรกรองความถี่สูงได้อย่างรวดเร็วสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะซึ่งอาจเป็นวงจรควบคุมเสียงแหลม อีควอไลเซอร์กราฟิก 10 แบนด์ หรือวงจรโฮมเธียเตอร์เป็นต้น

Low Pass Filters ทำงานอย่างไร

ตามชื่อ วงจรกรองความถี่ต่ำ ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งผ่านหรือดำเนินการช่วงความถี่ที่ต้องการต่ำกว่าหรือต่ำกว่าเกณฑ์การตัดที่ต้องการและลดทอนหรือค่อยๆปิดกั้นความถี่ที่อยู่เหนือค่านี้

โดยปกติแล้ว opamps จะใช้ในการสร้างวงจรกรองดังกล่าวเนื่องจาก opamps เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานเหล่านี้เนื่องจากมีลักษณะที่หลากหลายมาก

กราฟแสดงความถี่เทียบกับกำไร

กราฟต่อไปนี้แสดงการตอบสนองความถี่ของตัวกรองความถี่ต่ำโดยทั่วไปเกี่ยวกับอัตราขยายเราสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนว่าการตอบสนองลดทอนลงอย่างไร (ค่อยๆลดลง) เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นเกินเกณฑ์การตัดเฉพาะ

ภาพต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงมาตรฐาน วงจรกรองความถี่ต่ำที่ใช้ opamp . อันแรกต้องใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายคู่และอันที่สองทำงานโดยใช้แรงดันไฟฟ้าเดียว

การออกแบบวงจรกรองความถี่ต่ำแบบกำหนดเอง

ส่วนประกอบ R1, R2 และ C1, C2 ที่กำหนดค่าด้วยพินอินพุทที่ไม่กลับด้าน (+) และอินพุท (-) อินพุทของ opamp โดยพื้นฐานแล้วจะตัดสินใจช่วงการตัดของฟิลเตอร์และสิ่งเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการคำนวณอย่างเหมาะสมที่สุดในขณะออกแบบ วงจร

สำหรับการคำนวณพารามิเตอร์เหล่านี้และออกแบบวงจรกรองความถี่ต่ำได้อย่างรวดเร็วภายในไม่กี่นาทีคุณสามารถใช้สูตรต่อไปนี้และขั้นตอนที่อธิบายได้:

ก่อนอื่นเราต้องหา C1 ซึ่งเราสามารถทำได้โดยเลือกค่าใดก็ได้ตามความสะดวกของเรา

ต่อไปเราสามารถคำนวณ C2 ด้วยสูตร:

C2 = C1 x 2

R1 และ R2 สามารถเหมือนกันและสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

R1 หรือ R2 = 1/2 √2 x π x C1 x ความถี่

ในที่นี้ 'ความถี่' คือช่วงที่คาดว่าจะเกิดการเปลี่ยนแปลงแบบตัดออกหรือช่วงการตัดที่ต้องการ

ค่าของ Cin และ Cout ที่แสดงในตัวกรองความถี่ต่ำของแหล่งจ่ายเดียวไม่สำคัญและอาจมีค่าเท่ากับ 100 ถึง 1,000 เท่าของ C1 ซึ่งหมายความว่าหากคุณเลือก C1 เป็น 0.1uF ค่าเหล่านี้อาจอยู่ระหว่าง 10uF ถึง 100uF เป็นต้น . อาจเลือกแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

ตัวต้านทานมีพิกัด 1/4 วัตต์ 5% หรือ 1%

แค่นั้นแหละ! .... ด้วยเทคนิคง่ายๆข้างต้นคุณสามารถออกแบบตัวกรองความถี่ต่ำที่ดีพอสมควรได้อย่างรวดเร็วและใช้สำหรับแอพพลิเคชั่นเฉพาะซึ่งอาจรวมถึงวงจรดนตรีเบสสูง ลำโพงที่ใช้งานข้ามเครือข่าย หรือระบบโฮมเธียเตอร์เป็นต้น

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