Bộ lọc băng thông là gì? Sơ đồ mạch, các loại và ứng dụng

Bộ lọc băng thông là gì? Sơ đồ mạch, các loại và ứng dụng

Trong xử lý tín hiệu , bộ lọc là một loại thiết bị được sử dụng để cho phép các thành phần tần số cần thiết cũng như loại bỏ các thành phần tần số không mong muốn. Lọc có thể được định nghĩa là nhiễu nền của tín hiệu giao tiếp có thể được giảm bớt bằng cách loại bỏ một số tần số. Mạch của bộ lọc có thể được sử dụng để hợp nhất LPF và HPF thuộc tính vào một bộ lọc duy nhất được gọi là bộ lọc băng thông. Có khác nhau các loại bộ lọc có sẵn chẳng hạn như tương tự / kỹ thuật số, tích cực / thụ động, tuyến tính / phi tuyến, biến thể thời gian / bất biến thời gian. Bài viết này thảo luận tổng quan về bộ lọc băng thông với các ứng dụng

Bộ lọc băng thông là gì?

Các định nghĩa của bộ lọc băng thông là một mạch cho phép các tín hiệu chảy giữa hai tần số cụ thể, mặc dù phân chia các tín hiệu này ở các tần số khác. Các bộ lọc này có sẵn ở các loại khác nhau, một số bộ lọc BPF- thiết kế bộ lọc băng thông có thể được thực hiện với một nguồn bên ngoài cũng như hoạt động các thành phần như mạch tích hợp, bóng bán dẫn , được đặt tên là bộ lọc băng thông hoạt động . Tương tự, một số bộ lọc sử dụng bất kỳ loại nguồn điện nào cũng như thụ động các thành phần như tụ điện và cuộn cảm , được đặt tên là bộ lọc băng thông thụ động.




Những bộ lọc có thể áp dụng trong máy phát không dây cũng như máy thu. Trong một máy phát, một BPF có thể được sử dụng để giới hạn băng thông của tín hiệu đầu ra về mức cần thiết tối thiểu & truyền dữ liệu ở tốc độ và hình thức ưa thích. Tương tự, trong máy thu, bộ lọc này cho phép giải mã các tín hiệu trong dải tần số ưa thích, trong khi tránh xa các tín hiệu ở các tần số không cần thiết. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (S / N) của máy thu có thể được tối ưu hóa bằng BPF.



Mạch lọc băng thông

Ví dụ tốt nhất về một mạch lọc băng thôngMạch RLC được hiển thị bên dưới. Bộ lọc này cũng có thể được thiết kế bằng cách hợp nhất LPF và HPF. Trong BPF, Bandpass minh họa một loại bộ lọc khác với quy trình lọc. Nó được phân biệt với băng thông liên quan đến phần thực của phổ bị ảnh hưởng. Một bộ lọc thông dải thông thường không có độ lợi và độ suy giảm, vì vậy nó là dải tần hoàn toàn cấp. Điều đó sẽ làm suy giảm hoàn toàn mọi tần số bên ngoài băng thông.

Mạch lọc băng thông

Mạch lọc băng thông



Thực tế, bộ lọc thông dải không lý tưởng và không làm suy giảm hoàn toàn mọi tần số nằm ngoài lựa chọn tần số ưa thích. Đặc biệt, có một phần nằm ngay bên ngoài dải tần được đề xuất ở bất kỳ nơi nào tần số bị suy giảm, tuy nhiên không bị loại bỏ mà được gọi là cuộn tắt bộ lọc, & thông thường, nó được chỉ định bằng dB suy giảm cho mỗi quãng tám, nếu không thì thập kỷ tần số. Nói chung, thiết kế bộ lọc có vẻ như xây dựng cuộn lại càng mỏng càng tốt, do đó hãy để bộ lọc thực hiện thiết kế được đề xuất. Thông thường, điều này có thể đạt được với chi phí gợn sóng băng thông, nếu không thì gợn sóng dừng.

Bộ lọc băng thông có thể được định nghĩa là sự khác biệt giữa tần số trên cũng như tần số thấp hơn. Hệ số dạng là phần nhỏ của băng thông được tính toán với hai giá trị suy giảm khác nhau để xác định tần số cắt, Ví dụ: hệ số dạng 2: 1 ở 20/2 dB có nghĩa là băng thông được tính giữa các tần số ở mức suy giảm 20 dB là gấp đôi được tính toán giữa các tần số ở độ suy giảm 2 dB. BPF quang học thường được sử dụng trong nhiếp ảnh cũng như công việc chiếu sáng trong rạp hát. Những loại bộ lọc này lấy đường viền của một tấm phim có màu rõ ràng.


Các loại bộ lọc băng thông khác nhau

Việc phân loại bộ lọc thông dải có thể được thực hiện theo hai loại như bộ lọc dải thông rộng cũng như bộ lọc băng thông hẹp .



Bộ lọc băng thông rộng

WBF hoặc bộ lọc dải thông rộng (WBF) có thể được hình thành bằng cách thả các đoạn thông thấp cũng như các đoạn thông cao, thường là một mạch khác dành cho thiết kế và hoạt động đơn giản.

Bộ lọc băng thông rộng

Bộ lọc băng thông rộng

Nó được công nhận với một số mạch thực tế. Một bộ lọc thông dải với ± 20 dB / thập kỷ có thể được hình thành bằng cách sử dụng hai phần giống như một đoạn thấp bậc 1 cũng như các đoạn vượt cao có thể được loại bỏ. Tương tự, một bộ lọc thông dải với ± 40 dB / thập kỷ có thể được hình thành bằng cách kết nối hai bộ lọc bậc hai nối tiếp nhau là bộ lọc thông thấp và thông cao (HPF). Điều này có nghĩa là thứ tự của bộ lọc thông dải (BPF) được xác định theo thứ tự của vượt qua thấp & bộ lọc thông cao . Các đồ thị bộ lọc thông dải được hiển thị bên dưới.

Đáp ứng tần số của BPF

Đáp ứng tần số của BPF

Một bộ lọc thông dải với ± 20 dB / thập kỷ có thể được bao gồm bậc 1 HPF (bộ lọc thông cao) . Đơn hàng đầu tiên LPF (bộ lọc thông thấp) được hiển thị trong hình sau bởi đáp ứng tần số của nó.

Bộ lọc băng thông hẹp

Nói chung, bộ lọc dải thông hẹp sử dụng một số phản hồi. Điều này bộ lọc dải thông sử dụng op-amp như trong sơ đồ mạch sau. Các tính năng chính của bộ lọc này chủ yếu bao gồm những điều sau đây.

Bộ lọc băng thông hẹp

Bộ lọc băng thông hẹp

Một tên khác của bộ lọc này là bộ lọc nhiều phản hồi vì nó bao gồm hai làn phản hồi

An op-amp được sử dụng trong chế độ đảo ngược

Các phản hồi thường xuyên của bộ lọc này được hiển thị trong hình sau.

Đáp ứng tần số của NBPF

Đáp ứng tần số của NBPF

Thông thường, việc thiết kế bộ lọc này có thể được thực hiện cho các giá trị chính xác của tần số trung tâm (fc) & băng thông hoặc tần số trung tâm & BW. Các các thành phần của mạch này có thể được xác định bởi các mối quan hệ sau đây. Mỗi C1 và C2 tụ điện có thể được đưa đến C để đơn giản hóa tính toán thiết kế.

R1 = Q / 2∏ fc CAf
R2 = Q / 2∏ fc C (2Q2-Af)
R3 = Q / ∏ fc C

Từ các phương trình trên, ở tần số trung bình, Af biểu thị độ lợi, vì vậy Af = R3 / 2R1

Nhưng Af phải đáp ứng tuyên bố này Của<2Q2

Fc (tần số trung tâm) của nhiều bộ lọc phản hồi có thể được thay đổi theo tần số fc mới mà không làm thay đổi băng thông hoặc độ lợi. Điều này có thể đạt được chỉ bằng cách thay đổi R2 thành R2 'để

R2 '= R2 * ( fc / fc )hai

Máy tính bộ lọc băng thông

Mạch sau đây là mạch lọc thông dải thụ động. Bằng cách sử dụng mạch này, chúng ta có thể tính toán bộ lọc thông dải thụ động. Công thức cho bị động máy tính bộ lọc dải thông được hiển thị bên dưới.

Máy tính bộ lọc băng thông thụ động

Máy tính bộ lọc băng thông thụ động

Đối với tần số cắt thấp = 1 / 2∏R2C2

Đối với tần số cắt cao = 1 / 2∏R1C1

Tương tự, chúng ta có thể tính toán cho op-amp BPF đảo ngược hoạt động và op-amp BPF không đảo ngược đang hoạt động.

Ứng dụng bộ lọc băng thông

Các ứng dụng của bộ lọc thông dải bao gồm những điều sau đây.

  • Các bộ lọc này có thể áp dụng rộng rãi cho máy phát & máy thu không dây .
  • Bộ lọc này có thể được sử dụng để tối ưu hóa tỷ lệ S / N (tín hiệu trên nhiễu) cũng như độ từ bi của máy thu.
  • Mục đích chính của bộ lọc trong máy phát là giới hạn BW của tín hiệu đầu ra ở băng tần đã chọn cho giao tiếp.
  • BPF cũng được sử dụng rộng rãi trong quang học như LIDARS , laser, v.v.
  • Ứng dụng tốt nhất của bộ lọc này là xử lý tín hiệu âm thanh, bất cứ nơi nào cần thiết một dải tần số âm thanh cụ thể mặc dù loại bỏ phần còn lại.
  • Các bộ lọc này có thể áp dụng trong sonar, thiết bị, y tế và Địa chấn học các ứng dụng
  • Các bộ lọc này liên quan đến hệ thống thông tin liên lạc để chọn một tín hiệu cụ thể từ nhiều tín hiệu khác nhau.

Do đó, đây là tất cả về lý thuyết bộ lọc băng thông trong đó bao gồm, sơ đồ mạch làm việc, các loại bộ lọc thông dải và các ứng dụng của nó. Từ thông tin trên, cuối cùng chúng ta có thể kết luận rằng các lĩnh vực ứng dụng khác của các bộ lọc này bao gồm trong thiên văn học, các bộ lọc này chỉ cho phép một phần duy nhất của phạm vi ánh sáng vào thiết bị. Các bộ lọc này có thể hỗ trợ tìm kiếm bất cứ nơi nào các ngôi sao nằm nghiêng trên chuỗi chính, nhận biết dịch chuyển đỏ, v.v. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, bộ lọc thông dải hoạt động là gì?