• Definition des Tiefpassfilters
• Schaltbild
• Aktiver und passiver Tiefpass Filter
• Was macht ein LPF? Wie funktioniert es?
• Produktion
• Frequenzwiedergabe
• Übertragungsfunktion eines LPF
• Entwerfen eines LPF
• Eckfrequenz von a Tiefpassfilter
• Idealer & realer Filter
• Tiefpassfilter vs Hochpassfilter
• Vorteile eines LPF
• Was sind die Verwendungszwecke eines Tiefpassfilters?
• FAQs

Definition von LPF:

 "Tiefpassfilter übertragen niederfrequente Signale mit geringerem Widerstand und haben eine konstante Ausgangsverstärkung von Null bis zu einer Grenzfrequenz."

Im Allgemeinen dämpft ein Tiefpassfilter Frequenzen über Grenzwerten.

Schaltplan eines Tiefpassfilters:

Es gibt zwei Arten von aktiven Filtern:

• Aktiver Tiefpassfilter – besteht hauptsächlich aus aktiven Komponenten wie einem Operationsverstärker und einem Transistor.

• Passiver Tiefpassfilter - besteht hauptsächlich aus passiven Komponenten wie Kondensatoren, Widerständen usw.

Wie funktioniert ein Tiefpassfilter??

Was macht ein Tiefpassfilter?

In Abbildung 1.1 handelt es sich um einen häufig verwendeten aktiven Tiefpassfilter.

Die Filterung erfolgt üblicherweise durch das RC-Netzwerk, und der Operationsverstärker wird als Verstärker mit Einheitsverstärkung verwendet. Der Widerstand R._F(= R) ist für den Gleichstromversatz enthalten.

Bei Gleichstrom ist die kapazitive Reaktanz unendlich, und der Gleichstromwiderstandspfad zur Erde für beide Anschlüsse sollte gleich sein.

Hier sind alle Spannungen V._i, V_x, V_y, V₀ werden bezüglich des Bodens gemessen.

Die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers ist immer unendlich; Es fließt kein Strom in die Eingangsanschlüsse.

Nach der Spannungsteilerregel ist die Spannung am Kondensator

Da die Verstärkung des Operationsverstärkers unendlich ist,

Woher,

= Durchlassbandverstärkung des Filters

                 f = Frequenz des Eingangssignals

= Grenzfrequenz des Signals

A_cL

 = Regelverstärkung des Filters in Abhängigkeit von der Frequenz.

Die Gewinngröße,

Und Phasenwinkel (in Grad),

Betrieb eines Tiefpassfilters:

Der Betrieb des Tiefpassfilters kann aus der Verstärkungsgrößengleichung wie folgt verifiziert werden:

Bei sehr niedrigen Frequenzen, dh f >> f_c,

Bei f = f_c,

              |A_cL| <A_F

Somit hat der Filter eine konstante Verstärkung von A._F von 0 Hz bis zur Grenzfrequenz f_c. Bei f_cbeträgt das Wachstum 0.707A_Fund nach f_cnimmt mit zunehmender Frequenz stetig ab.

Hier weicht die tatsächliche Antwort von der linearen Näherung der gestrichelten Linie in der Nähe von 'f ab_c. "

Frequenzgang des Tiefpassfilters:

Wie erstelle ich einen Tiefpassfilter?

Tiefpassfilterdesign:

Ein Wert der Grenzfrequenz ω_c ist gewählt.

Die Kapazität C wird mit einem bestimmten Wert ausgewählt; normalerweise liegt der Wert zwischen 0.001 und 0.1 µF. Mylar bzw Tantalkondensatoren werden für eine bessere Leistung empfohlen.

Der Wert von R wird aus der Beziehung berechnet,

              F_c = Grenzfrequenz in Hertz

              Ω_c = Die Grenzfrequenz ist im Bogenmaß angegeben.

              C = bei Farad

Schließlich werden die Werte von R.₁ und R_F werden abhängig von der gewünschten Durchlassbandverstärkung unter Verwendung der Beziehung ausgewählt,

Frequenzskalierung: - Sobald ein Filter entworfen wurde, muss möglicherweise seine Grenzfrequenz geändert werden. Das Verfahren zum Umwandeln einer ursprünglichen Grenzfrequenz f_c zu einer neuen Grenzfrequenz wird als "Frequenzskalierung" bezeichnet.

Um eine Grenzfrequenz zu ändern, multiplizieren Sie R oder C, aber nicht beide mit dem Verhältnis: -

Eckfrequenz & Grenzfrequenz eines Tiefpassfilters:

Der Übergang eines Tiefpassfilters ist immer schnell und reibungslos von der Pass-Band zu Stoppband. Eine Grenzfrequenz ist auch kein Parameter zum Messen der Güte oder der Schlechtigkeit in einem Frequenzbereich. Die Grenzfrequenz wird genauer als die -3dB-Frequenz bezeichnet, dh es ist die Frequenz, bei der die Größenantwort 3dB niedriger ist als der Wert bei 0 Hz.

Was ist Pass-Band?

"Das Durchlassband ist der bestimmte Frequenzbereich, den ein Filter in ihm durchläuft."

Bei Tiefpassfiltern können die Frequenzen, die sich gegen Ende des Durchlassbereichs bewegen, keine signifikante Verstärkung oder Aufmerksamkeit haben.

Was ist Stopband?

„Ein Filter trägt immer Filter innerhalb eines bestimmten Bandes und lehnt die Frequenzen ab, die unter dem angegebenen Bereich liegen. Dieser spezielle Bereich wird als Stopband bezeichnet. “

Da die Einschränkungen für Tiefpassfilter bestehen, wird das Sperrband bei einer bestimmten Frequenz gedämpft, die sich in der Nähe der Grenzfrequenz näher an 0 Hz bewegt.

Die Übertragungsfunktion eines Tiefpassfilters:

Was ist eine Übertragungsfunktion?

"Die Übertragungsfunktion ist eine komplexe Zahl, die sowohl Größe als auch Phase hat. Bei Filtern hilft die Übertragungsfunktion dabei, eine Phasendifferenz zwischen Eingang und Ausgang einzuführen"

Da das Tiefpassfilter niederfrequente Wechselstromsignale durchlässt, wird der Ausgang gedämpft. Wir verwenden verschiedene aktive und passive Komponenten, um einen Filter herzustellen, der schließlich andere Eigenschaften aufweist. Die Übertragungsfunktion gibt an, wie sich eine Eingabe in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Komponente auf eine Ausgabe bezieht. Die Übertragungsfunktion kann leicht aus einem Diagramm des Ausgangssignals bei verschiedenen Frequenzen bestimmt werden. Wir können die Übertragungsfunktion auch unter Verwendung der Kirchoffschen Gesetze berechnen, um die Differentialgleichung des Filters abzuleiten.

Wenn mehr Signal durchläuft, legt das Filter eine Phasenverschiebung auf das Ausgangssignal für das Eingangssignal an. Daher ist die Übertragungsfunktion eines Filters eine komplexe Funktion der Frequenz. Es enthält auch alle wichtigen Informationen, die wir zur Bestimmung der Größe des Ausgangssignals und seiner Phase benötigen.

Idealer Filter & Realer Filter:

Aus Gründen der Vereinfachung verwenden wir manchmal die aktiven Filter, um die Wege zu approximieren. Wir rüsten sie zu einem idealen und theoretischen Modell auf, das als "idealer Filter" bezeichnet wird.

Die Verwendung dieser Standards ist unzureichend und führt zu Fehlern. Dann sollte der Filter basierend auf dem genauen realen Verhalten behandelt werden, dh als "realer Filter".

Die Hauptbegriffe eines idealen Filters sind

• Eine Verstärkungseinheit
• Vollständige Verschlechterung des Eingangssignals über die Bänder.
• Der Übergang der Reaktion von einer Zone in eine andere ist ziemlich abrupt.
• Es entsteht keine Verzerrung, wenn das Signal die Transitzone passiert.

Was sind die Unterschiede zwischen dem Tiefpassfilter und dem Hochpassfilter?

Was sind die Vorteile eines Tiefpassfilters?

• Tiefpassfilter können leicht Aliasing-Effekte aus einer Schaltung entfernen, wodurch die Schaltung reibungslos funktioniert.
• Tiefpassfilter sind kostengünstig, so dass sie leicht verwendet werden können.
• Tiefpassfilter haben eine niedrige Ausgangsimpedanz; Auf diese Weise wird verhindert, dass die Grenzfrequenz des Filters aufgrund der Last beeinträchtigt wird.

Anwendungen eines Tiefpassfilters:

• Ein Tiefpassfilter wird in Zischfiltern verwendet.
• LPF wird in Audio-Lautsprechern verwendet, um Hochfrequenzen zu reduzieren.
• LPF kann als Audioverstärker und Equalizer verwendet werden.
• In Analog-Digital-Wandler, LPF wird als Anti-Aliasing-Filter zur Steuerung von Signalen verwendet.
• LPF wird zum Glätten von Bildern und zum Verwischen von Bildern verwendet.
• LPF wird auch in Funksendern verwendet, um harmonische Emissionen zu blockieren.
• Diese Filter werden in Musiksystemen verwendet, um die hochfrequenten Töne zu filtern, was bei höheren Tönen ein Echo verursacht.

Was ist ein passiver Tiefpassfilter?

Ein passives Tiefpassfilter ist ein Filter, das aus allen passiven Komponenten wie Kondensatoren, Widerständen usw. besteht. Es verursacht einen geringeren Ausgangspegel als der Eingangspegel.

Was ist eine RC-Tiefpassschaltung?

Eine RC-Tiefpassschaltung besteht nur aus Widerständen und Kondensatoren, wie der Name schon sagt. Es ist auch ein wesentlicher passiver Filter. In diesem Filter ändert sich die Reaktanz eines Kondensators umgekehrt mit der Frequenz, und der Wert des Widerstands bleibt konstant, wenn sich die Frequenz ändert.

Was ist ein Butterworth-Tiefpassfilter?

A Butterworth Filter ist dieser Filtertyp, bei dem der Frequenzgang über den Durchlassbereich flach ist. Ein Tiefpass-Butterworth-Filter liefert eine konstante Ausgabe von der Gleichstromquelle an eine bestimmte Grenzfrequenz und lehnt die Frequenzen mit höherem Pegel ab.

Wie kann ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung aufgebaut werden?

Wir wissen, dass ein Tiefpassfilter erster Ordnung hergestellt werden kann, indem ein einzelner Widerstand und ein Kondensator verbunden werden, deren einzelner Pol eine Abrollneigung von -20 dB / Dekade ergeben kann. Um ein passives Tiefpassfilter zweiter Ordnung herzustellen, verbinden oder kaskadieren wir zwei passive Filter (erster Ordnung). Es ist auch ein zweipoliges Netzwerk.

Notieren Sie die Eckfrequenz eines Filters zweiter Ordnung.

In einem Tiefpassfilter zweiter Ordnung beobachten wir einen Eckfrequenzpunkt von -3 dB, und daher ändert sich die Durchlassbandfrequenz von ihrem ursprünglichen Wert, wie in der folgenden Gleichung berechnet:

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Soumali Bhattacharya

Hallo, ich bin Soumali Bhattacharya. Ich habe einen Master in Elektronik gemacht.
Ich bin derzeit im Bereich Elektronik und Kommunikation investiert.
Meine Artikel konzentrieren sich in einem sehr einfachen, aber informativen Ansatz auf die Hauptbereiche der Kernelektronik.
Ich bin ein lebhafter Lerner und versuche, mich über die neuesten Technologien im Bereich der Elektronik auf dem Laufenden zu halten.

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