被动低通过RC过滤器

在本教程中,我们将学习无源低通RC滤波器。欧宝官网app苹果下载ob直播app顾名思义,它是一种使用无源元件设计的低通滤波器。在接下来的章节中,你可以了解无源低通RC滤波器的基本电路,它的频率响应ob直播app,输出电压,欧宝官网app苹果下载应用和更多。

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介绍

滤波器是一种用于过滤信号的电路,它将只通过需要的信号,避免不需要的信号。滤波器一般由无源元件或有源元件设计。

  • 无源元件是电阻、电感和电容。
  • 有源组件是晶体管,FET和OP-AMPS。

低通滤波器是一个过滤器,其仅通过低频信号并衰减或停止高频信号。它允许仅从0Hz的信号切断频率'FC'。这种切断频率值取决于电路中使用的组件的值。

通常,这些滤波器优选在频率100kHz以下。切断频率也称为断裂频率或转过频率。

无源低通滤波器

由无源元件设计的低通滤波器电路称为无源低通滤波器。

下图显示了一个简单的RC低通滤波器电路如下所示。

被动低通RC过滤器图像2

简单地通过连接电阻' R '与电容' C '串联给出RC低通滤波器。它可以被称为低通滤波器(LPF)。电阻是独立于变化的应用频率在电路中,但电容是一个敏感元件,这意味着它响应的变化,在电路中。

由于它只有一个反应性分量,该电路也可以称为“一个极滤波器”或“第一订单滤波器”。输入电压'VIN'串联施加到电阻器,输出电压仅在电容器上拍摄。

由于电容是一种敏感元件,所以要观察的主要浓度是“电容电抗”。欧宝官网app苹果下载电容抗是由电路中的电容产生的阻抗响应。

为了保持电容器的电容,电容器将反对少量电流在电路中流动。这种对电路中电流的反向称为阻抗。因此,电容电抗随反向电流的增加而减小。

由此,我们可以说电容电抗与施加到电路的频率成反比。电阻器的电阻值稳定,而电容电抗值变化。与电容器的电压电位相比,电容器上的电压降不太少。

这意味着在低频下电压降小,电压电位大,但高频电压下降非常高,电压电位较少。通过这种现象,我们可以说上述电路可以用作“频率可变分压器”电路。

电容电抗可以制定如下:

输出电压计算

为了获得潜在的分频器方程,我们必须考虑阻抗,电容电抗,输入电压和输出电压。通过使用这些术语,我们可以制定RC潜在分频器方程的等式,如下所示:

通过使用该等式,我们可以在任何应用频率下计算输出的值。

低通滤波器示例

通过考虑电阻和电容值,让我们通过考虑电阻和电容值来检查这些输出电压值和电容电抗值。让电阻器R的值为4.7kΩ,电容值为47 nF。提供的输入A.C电压为10V。我们将计算的频率值为1 kHz和10 kHz。

由此,我们可以清楚地说,当频率增加电容电抗减小时。不仅电容电抗而且输出电压也降低。

从上面的例子可以看出,电容电抗从3386.27欧姆下降到338.62欧姆,而输出电压随着频率从1 kHz增加到10 kHz,从5.84伏特下降到0.718伏特。

低通滤波器的频率响应

从介绍过滤器,我们已经看到了大小| H(Jω)|过滤器作为电路的增益。此增益被测量为20个log(v出去/ V.)对于任何RC电路,斜率'滚动'的角度在-20 dB / dodade。

切断区域下方的频带被称为“通过带”和截止频率被称为“停止频段”之后的频带。从绘图可以观察到通过带是过滤器的带宽。

从该图来看,显然,直到切断频率,增益是恒定的,因为输出电压与低频处的频率值成比例。这是由于电容电抗,它在低频下起作用的开路,并且允许通过电路的最大电流用于高频。电容电抗的值在低频下非常高,因此它具有更大的能力阻挡通过电路的电流。

一旦它达到截止频率值,输出电压逐渐下降,并达到零。增益也随着输出电压的增大而减小。截止频率后,电路斜率的响应将达到滚切点,滚切点发生在- 20db / decade。

这主要是由于频率的增大,当频率增大时,容抗值减小,从而阻断通过电容的电流的能力减小。当通过电路的电流增加时,由于电容的电容有限,电路就会发生短路。因此,滤波器的输出电压在高频时为零。

避免此问题的唯一方法是选择频率范围,这些电阻和电容器可以承受。电容器和电阻的值播放主要作用,因为在这些值上只有切断频率'FC'将取决于。如果频率范围在切断频率范围内,我们可以克服短路问题。

当电阻值和电容电抗值重合时,将发生这种切断点,这意味着电阻和无功电容的矢量和等等。那是r = xC在这种情况下,输入信号通过-3dB /十年衰减。

该衰减约为输入信号的70.7%。对电容器的板充电和排出的时间根据正弦波而变化。由于这一点,输出信号的相位角(Ø)在截止频率之后的输入信号后面滞后。截止频率输出信号为-45°异相。

如果滤波器的输入频率增加了电路输出信号的滞后角度。简单地,对于频率越大,电路更加异常。

电容器在低频下充电和排出板的时间更多,因为正弦波的切换时间更多。但随着频率的增加,切换到下一个脉冲的时间逐渐减小。由于此,发生时间变型,这导致输出波的相移。

无源低通滤波器的截止频率主要取决于在过滤电路中使用的电阻和电容值。该截止频率与电阻器和电容值成反比。被动低通滤波器的截止频率给出

FC= 1 /(2πRC)

被动低通滤波器的相移给出

相移(Ø)= - 棕褐色-1(2πfrc)

时间常数(τ)

我们已经看到,电容器采取的时间用于相对于输入充电和放电板正弦波结果产生相位差。串联的电阻和电容将产生这种充放电效应。

串联RC电路的时间常数定义为电容充电到最终稳态值的63.2%所花费的时间,以及电容放电到稳态值的36.8%所花费的时间。这个时间常数用符号“τ”表示。

时间常数与截止频率的关系如下所示

时间常数τ = RC = 1/ 2πfc和ωCτ = 1/ rc

我们还可以重写术语,切断频率

由此,我们可以说滤波器的输出取决于在输入端和时间常数上施加的频率。

被动低通滤波器示例2

让我们计算低通滤波器的截止频率,其电阻为4.7k和47nf的电容。

我们知道切断频率的等式是

fc = 1 /2πrc= 1 /(2πx 4700 x 47 x 109) = 720赫兹

二阶无源低通滤波器

到目前为止,我们研究了一流的低通滤波器,通过串联连接电阻和电容来进行。然而,有时单个阶段可能不足以移除所有不需要的频率,则使用第二次汇滤器如下所示。

被动低通RC过滤器图像1

只需通过向第一阶低通滤波器添加一个级,即可获得二阶低通RC滤波器。此过滤器为-40dB / deadade或-12db / octrave提供斜率,第四顺序过滤器为-80dB / octave等斜率。

无源低通滤波器截止频率增益为

a =(1 /√2)N

n是阶段的阶数

给出了二阶低通滤波器的截止频率

FC = 1 /(2πά(R1C1R2C2)))

二阶低通滤波器-3dB频率为

F(-3db)= FC√(2(1 / n)- 1)

在哪里FC.是截止频率,n是阶段数,ƒ-3dB.为-3dB通频带频率。

低通滤波器摘要

低通滤波器由电阻器和电容器组成。不仅电容器,而且具有电阻器的任何反应部件给出低通滤波器。它是一个滤波器,其仅允许低频并衰减高频。

低于截止频率的频率称为通频带频率,大于截止频率的频率称为阻止频带频率。通频带是滤波器的带宽。

滤波器的截止频率取决于电路设计中选择的元件的值。截止频率可由下式计算。

FC= 1 /(2πRC)

滤波器的增益被用作滤波器的幅度,并且可以通过使用公式20日志来计算增益(V.出去/ V.)。滤波器的输出恒定,直到频率电平达到切断频率。

截止频率时输出信号为输入信号的70.7%,截止频率后输出逐渐降至零。输出信号的相位角在截止频率后滞后于输入信号。

在截止频率下,输出信号相移为45°。

如果我们在低通滤波器电路中互换电阻器和电容器,则电路的表现就像高通滤波器一样。

对于正弦输入波,电路的行为类似于一阶低通滤波器。我们已经研究过第一订单过滤器的操作,但是当输入信号类型改变时,必须观察到滤波器的输出发生的情况。

当我们改变输入信号类型为开关模式(ON/OFF)或方波时,电路的行为就像积分器,如下所述。

低通滤波器作为波形整形电路

上图显示了用于方形输入的过滤器的性能。当低通滤波器的输入是方波时,滤波器的输出将处于三角形形式。

这是因为电容器不能用作开关或关闭开关。在滤波器的输入为方波的低频时,输出也将仅在方波处。

当频率增加时,滤波器的输出看起来像三角波。如果我们增加频率,则输出信号的幅度减小。

由于电容器动作或简单地充电和放电图案而产生三角波引线导致三角波。

低通滤波器的应用

  • 低通滤波电路的主要用途是避免整流输出的交流纹波。
    低通滤波器用于音频放大器电路。
  • 通过使用这种无源低通滤波器,我们可以直接将高频噪声直接降低到立体声系统中的小扰动模式。
  • 低通滤波器作为积分器可以用作波形和波发生电路,因为将一种类型的电信号转换为另一种形式。
  • 这些也用于解调器电路以从调制信号中提取所需参数。

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