Kichujio cha kupitisha chini ni nini

Kichujio cha Chini ya chini ni mzunguko ambao unaweza kubuniwa kurekebisha, kuunda upya au kukataa masafa yote ya juu ya ishara ya umeme na kukubali au kupitisha tu zile ishara zinazotakiwa na mbuni wa duru.

Kwa maneno mengine "huondoa" ishara zisizohitajika na kichungi bora kitatenganisha na kupitisha ishara za uingiliaji wa sinusoidal kulingana na mzunguko wao. Katika matumizi ya masafa ya chini (hadi 100kHz), vichungi vya kupita kiasi hujengwa kwa kutumia mitandao rahisi ya RC (Resistor-Capacitor), wakati vichujio vya frequency ya juu (juu ya 100kHz) kawaida hufanywa kutoka kwa vifaa vya RLC (Resistor-Inductor-capacitor).

Vichungi vya passiv vinatengenezwa na vitu vya kujivinjari kama vile kontena, capacitors na inductors na hazina vitu vya kukuza (transistors, op-amps, nk) kwa hivyo hazina faida ya ishara, kwa hivyo kiwango cha pato lao huwa chini ya uingizaji.

Vichujio vimetajwa kulingana na safu ya frequency ya saini ambayo inaruhusu kupita kati yao, wakati inazuia au "kufadhili" iliyobaki. Miundo ya kichujio inayotumiwa zaidi ni:

* Kichungi cha Chini cha Chini - kichujio cha kupita cha chini kinaruhusu tu ishara za chini za kasi kutoka 0Hz hadi mzunguko wake wa kukatwa, ƒ uhakika kupita wakati kuzuia kizuizi chochote cha juu.

* Kichujio cha kupita kwa juu - Kichujio cha kupitisha kwa hali ya juu kinaruhusu tu ishara za kiwango cha juu kutoka kwa kasi ya kukatwa kwake, umbali wa ƒc na juu zaidi kwa kupita kwa wakati unazuia zile za chini.

* Kichujio cha Pass Pass - kichujio cha kupitisha bendi kinaruhusu ishara kuanguka ndani ya usanidi fulani wa bendi ya mzunguko kati ya nukta mbili kupita wakati unazuia masafa ya chini na ya juu pande zote za bendi hii ya masafa.

Vichungi rahisi vya agizo la kwanza la mpangilio wa kwanza (Agizo la 1) zinaweza kufanywa kwa kuunganisha pamoja kontakt moja na kichungi kimoja mfululizo kwenye ishara ya pembejeo, (VIN) na pato la kichujio, (VUT) kilichochukuliwa kutoka kwa makutano ya hizi mbili vipengele.

Kulingana na ni njia ngapi tunaunganisha kontakt na capacitor kwa upande wa ishara ya pato huamua aina ya ujenzi wa kichujio kusababisha Kichujio cha Chini cha chini au Kichungi cha kupita kwa kiwango kikubwa.

Kama kazi ya kichungi chochote ni kuruhusu ishara za bendi iliyopewa ya masafa kupita bila kujipatia nguvu au kudhoofisha mengine yote ambayo hayatakiwi, tunaweza kufafanua sifa za kukabiliana na hali ya kichujio bora kwa kutumia njia bora ya kukabiliana na mzunguko wa aina nne za msingi za kichungi kama inavyoonyeshwa.

Vifunguo vya Kujibu Kichujio Bora

 

Vichungi vinaweza kugawanywa katika aina mbili tofauti: vichujio vya kufanya kazi na vichungi vya nje. Vichungi vilivyo na nguvu vina vifaa vya kukuza kuongeza nguvu ya ishara wakati tu haina vifaa vya kukuza kuimarisha ishara. Kama kuna sehemu mbili tu katika muundo wa kichujio cha kupitisha tu ishara ya pato ina nafasi ndogo kuliko ishara yake ya uingizaji, kwa hivyo vichungi vya RC hupita ishara na kupata faida ya chini ya moja, (umoja).

Kichujio cha Chini cha chini kinaweza kuwa mchanganyiko wa uwezo, kutofanya kazi au upinzani uliokusudiwa kuleta utaftaji wa hali ya juu juu ya mzunguko wa kawaida na utaftaji mdogo au hakuna chini ya mzunguko huo. Masafa ambayo mpito hufanyika huitwa frequency ya "kukatwa" au "kona".

Vichungi rahisi zaidi vya kupitisha chini huwa na kontena na capacitor lakini vichungi vya kupitisha vya chini zaidi vina mchanganyiko wa inductors mfululizo na capacitors sambamba. Katika mafunzo haya tutaangalia aina rahisi zaidi, kichujio cha kupita cha sehemu mbili RC cha kupitisha chini.

Kichungi cha Chini cha Chini
Kichungi rahisi cha RC Low Pass au LPF, kinaweza kufanywa kwa urahisi kwa kuungana pamoja katika safu moja ya Resistor na capacitor moja kama inavyoonekana hapo chini. Katika aina hii ya mpangilio wa kichujio ishara ya pembejeo (VIN) inatumika kwa mchanganyiko wa mfululizo (wote Resistor na capacitor pamoja) lakini ishara ya pato (VUT) inachukuliwa kwenye capacitor pekee.

Aina ya kichujio hicho hujulikana kwa jumla kama "kichujio cha mpangilio wa kwanza" au "kichujio cha pole", kwa nini mpangilio wa kwanza au pole moja?, Kwa sababu ina sehemu ya "moja" tu inayotumika, capacitor, kwenye mzunguko.

Mzunguko wa vichujio cha RC Low Pass

 

Kama ilivyosemwa hapo awali kwenye mafunzo ya Uwezo wa Reactance, athari ya capacitor inatofautiana kwa mzunguko na mzunguko, wakati thamani ya kontakt inabaki mara kwa mara kadiri mzunguko unavyobadilika. Katika masafa ya chini mwitikio wa uwezo, (XC) ya capacitor itakuwa kubwa sana ikilinganishwa na thamani ya nguvu ya resistor, R.

Hii inamaanisha kuwa uwezo wa voltage, VC kwenye capacitor itakuwa kubwa zaidi kuliko kushuka kwa voltage, VR iliyotengenezwa kwa vifaa vyote vya umeme. Kwa masafa ya juu kugeuza nyuma ni kweli na VC kuwa ndogo na VR kuwa kubwa kwa sababu ya mabadiliko katika thamani ya athari ya athari.

Wakati mzunguko hapo juu ni ule wa mzunguko wa vichujio cha RC Low Pass, inaweza pia kuzingatiwa kama mzunguko wa mgawanyiko unaoweza kutegemeana wa mgawanyiko sawa na ule ambao tuliangalia kwenye mafunzo ya Resistors. Katika mafunzo hayo tulitumia equation ifuatayo kuhesabu voltage ya pato kwa wapinzani wawili waliounganika kwenye safu.

 

Tunajua pia kuwa athari ya capacitor katika mzunguko wa AC imepewa kama:

 

Upinzani wa mtiririko wa sasa katika mzunguko wa AC huitwa impedance, ishara Z na kwa safu ya mzunguko inayojumuisha kontena moja mfululizo na capacitor moja, mzunguko wa mahesabu huhesabiwa kama:

Halafu kwa kubadilisha hesabu yetu kwa uingizwaji hapo juu kwenye equation inayoweza kugawanya ya mgawanyiko hutupa:

RC Uwezo wa mgawanyiko wa mgawanyiko


 

Kwa hivyo, kwa kutumia ugawanyaji wa mgawanyiko wa wapinzani wawili mfululizo na badala ya kuingizwa tunaweza kuhesabu pato la Filter ya RC kwa masafa yoyote yaliyopewa.

Mfano wa Kichungi cha Chini cha chini No1
Mzunguko wa Kichungi cha Chini cha chini kinachojumuisha kontena ya 4k7Ω mfululizo na capacitor ya 47nF imeunganishwa kwenye usambazaji wa 10v sinusoidal. Kuhesabu pato voltage (VUT) kwa frequency ya 100Hz na tena kwa frequency ya 10,000Hz au 10kHz.

Pato la Voltage katika mzunguko wa 100Hz.

 

Pato la Voltage katika Frequency ya 10,000Hz (10kHz).

 

Frequency Response
Tunaweza kuona kutoka kwa matokeo hapo juu, kwamba kadiri frequency inayotumika kwenye mtandao wa RC inavyoongezeka kutoka 100Hz hadi 10kHz, voltage ilishuka kwa capacitor na kwa hivyo voltage ya pato (VUT) kutoka kwa mzunguko inapungua kutoka 9.9v hadi 0.718v.

Kwa kupanga njama voltage ya pato la mitandao dhidi ya maadili tofauti ya mzunguko wa pembejeo, Curve ya majibu ya Frequency au Bodi ya mzunguko wa kupitisha kichungi cha chini inaweza kupatikana, kama inavyoonyeshwa hapa chini.

Majibu ya Mara kwa mara ya Kichungi cha kupita cha 1 cha agizo la XNUMX

njama ya kupitisha chujio cha kupita

 

Sehemu ya Bode inaonyesha Jibu la Mara kwa mara la kichungi kuwa karibu gorofa kwa masafa ya chini na ishara zote za kuingiza hupitishwa moja kwa moja kwa pato, na kusababisha faida ya karibu 1, inayoitwa umoja, hadi ifike mahali pa kukamilika kwa Mara kwa Mara. (ƒc). Hii ni kwa sababu athari ya capacitor iko juu kwa masafa ya chini na huzuia mtiririko wowote wa sasa kupitia capacitor.

Baada ya mzunguko huu wa kukatwa mwitikio wa mzunguko hupungua hadi sifuri kwenye mteremko wa -20dB / Muongo au (-6dB / Octave) "kusambazwa". Kumbuka kuwa pembe ya mteremko, hii -20dB / muongo-wa-kuongoka daima itakuwa sawa kwa mchanganyiko wowote wa RC.

Ishara zozote za frequency kubwa zinazotumika kwenye mzunguko wa kichujio cha chini cha kupita juu ya hatua hii ya kukatwa kwa mzunguko utafikiwa sana, ndio kwamba wanapungua haraka. Hii hufanyika kwa sababu kwa masafa ya juu sana athari ya capacitor inakuwa chini sana kiasi kwamba inapeana athari ya hali fupi ya mzunguko kwenye vituo vya kusababisha matokeo ya sifuri.

Halafu kwa kuchagua kwa uangalifu mchanganyiko wa nguvu ya capacitor-capacitor, tunaweza kuunda mzunguko wa RC ambao unaruhusu anuwai ya masafa chini ya thamani fulani kupita mzunguko bila kufikiwa wakati masafa yoyote yanayotumika kwenye mzunguko juu ya eneo hili la kukomesha kupatikana. kuunda kile kinachojulikana kama Kichungi cha Chini cha Chini.

Kwa aina hii ya Mzunguko wa "Kichujio cha Chini cha chini," masafa yote chini ya eneo hili lililokatwa, ƒc ambayo haifukuzwi kwa upendeleo mdogo au hakuna na inasemekana iko kwenye eneo la vichujio cha bendi ya kupitisha. Ukanda wa kupitisha hii pia unawakilisha upana wa kichujio. Masafa yoyote ya ishara juu ya hatua hii ya kukatwa kwa uhakika husemwa kuwa katika eneo la vichujio vya Kuacha bendi na watasimamiwa sana.

Frequency ya "Kukatwa", "kona" au "Njia ya kuvunja" hufafanuliwa kama sehemu ya masafa ambapo mwitikio wa upinzani na upinzani ni sawa, R = Xc = 4k7Ω. Wakati hii itatokea ishara ya pato imewekwa kwa 70.7% ya ishara ya pembejeo au -3dB (logi 20 (Vout / Vin) ya pembejeo. 

Ingawa R = Xc, matokeo sio nusu ya ishara ya kuingiza. Hii ni kwa sababu ni sawa na jumla ya vector na kwa hivyo ni 0.707 ya pembejeo.

Wakati kichujio kikiwa na capacitor, Awamu ya Angle (Φ) ya ishara ya matokeo ya LAGS nyuma ya pembejeo na kwa frequency ya kukatwa kwa -3dB (ƒc) iko -45 kati ya awamu. 

Hii ni kwa sababu ya wakati uliochukuliwa kushughulikia sahani za capacitor wakati voltage ya pembejeo inabadilika, na kusababisha voltage ya pato (voltage kwenye capacitor) "iliyopo nyuma" ya ishara ya kuingiza. Mzunguko wa pembejeo wa juu zaidi hutumika kwenye kichungi zaidi ya vidonge vya capacitor na mzunguko unakuwa zaidi na "nje ya awamu".

Sehemu ya mzunguko wa kukatwa na pembe ya kuhama ya mzunguko inaweza kupatikana kwa kutumia equation ifuatayo:

Kukata mara kwa mara na mabadiliko ya Awamu

chujio cha kupitisha kichungi cha chini cha kupitisha

 

Halafu kwa mfano wetu rahisi wa mzunguko wa "Chini ya Kichujio cha Chini" hapo juu, frequency ya kukatwa (ƒc) inapewa kama 720Hz na voltage ya pato ya 70.7% ya thamani ya pembejeo pembejeo na pembe ya kuhama ya -45o.

Seti ya pili ya Kichungi cha kupita kwa chini
Kufikia sasa tumeona kuwa vichungi rahisi vya kwanza vya agizo la chini la RC zinaweza kufanywa kwa kuunganisha kontena moja mfululizo na capacitor moja. Mpangilio huu wa pole moja hutupa mteremko wa -20dB / muongo wa kushuka kwa masafa juu ya eneo la kukatwa kwa ƒ-3dB. 

Walakini, wakati mwingine kwenye duara za vichujio hii -20dB / muongo (-6dB / octave) angle ya mteremko inaweza haitoshi kuondoa ishara isiyohitajika basi hatua mbili za kuchuja zinaweza kutumika kama inavyoonyeshwa.

pili ili kupitisha kichujio cha kupitisha chini

 

Mzunguko hapo juu hutumia vichungi viwili vya kuagiza vya chini vya kwanza vilivyounganishwa au "vilivyowekwa" kwa pamoja kuunda mtandao wa vichungio vya pili au vichungi vya pole mbili. Kwa hivyo tunaweza kuona kwamba kichujio cha kupitisha chini cha kwanza kinaweza kubadilishwa kuwa aina ya mpangilio wa pili kwa kuongeza tu mtandao wa ziada wa RC na hatua zaidi za RC tunazongeza juu inakuwa mpangilio wa kichujio.

Ikiwa nambari (n) ya hatua kama hizi za RC zimefungwa pamoja, mzunguko wa kichujio cha RC utajulikana kama kichujio cha "nth-ili" na mteremko wa "nx -20dB / muongo".

Kwa hivyo kwa mfano, kichujio cha mpangilio wa pili kinaweza kuwa na mteremko wa -40dB / muongo (-12dB / octave), kichujio cha mpangilio wa nne kinaweza kuwa na mteremko wa -80dB / muongo (-24dB / octave) na kadhalika. Hii inamaanisha kuwa, kadiri ya mpangilio wa kichungi unavyoongezeka, mteremko wa kusonga-nje unakuwa mwepesi na majibu halisi ya bendi ya kichujio inakaribia sifa zake za bendi ya kusimamisha.

Vichungi vya mpangilio wa pili ni muhimu na hutumika sana katika miundo ya vichungi kwa sababu wakati zinapounganishwa na vichungi vya kuagiza vya kwanza vichungi vichungi vya bei ya juu vinaweza kutengenezwa kwa kuzitumia. Kwa mfano, kichujio cha kupitisha alama ya chini ya tatu huundwa kwa kuunganisha katika safu au kufungana pamoja kichungi cha kwanza na cha pili cha kupitisha chini.

Lakini kuna upande wa chini pia unajumuisha hatua za chujio za RC. Ingawa hakuna kikomo kwa mpangilio wa kichujio kinachoweza kuunda, kadiri agizo linavyoongezeka, faida na usahihi wa kichujio cha mwisho hupungua.

Wakati hatua za chujio za RC zinazofanana zinaunganishwa pamoja, faida ya pato kwa mzunguko unaohitajika wa kukatwa (ƒc) hupunguzwa (kufungwa) kwa kiasi kulingana na idadi ya hatua za vichungi zinazotumiwa kama mteremko wa kushuka unakua. Tunaweza kufafanua kiasi cha uwasilishaji kwa masafa ya kukatwa kwa kutumia njia ifuatayo.

Kichujio cha Pass Pass Low Pata saa ƒ

faida ya chini ya kichujio

ambapo "n" ndio idadi ya hatua za vichungi.

Kwa hivyo kwa kichujio cha kupitisha cha chini cha kupitisha kwa faida ya mzunguko wa kona ƒ itakuwa sawa na 0.7071 x 0.7071 = 0.5Vin (-6dB), kichujio cha kupita cha chini cha kupitisha tatu kitakuwa sawa na 0.353Vin (-9dB) , agizo la nne itakuwa 0.25Vin (-12dB) na kadhalika. Masafa ya kona, ƒc kwa kichujio cha kupitisha cha kupitisha cha pili imedhamiriwa na kipikiaji / capacitor (RC) na imepewa kama.

Utaratibu wa Kichujio cha 2 cha Agizo la XNUMX

agizo la pili kukatwa kwa mzunguko

 

Kwa kweli kama hatua ya vichujio na kwa hivyo mteremko wa kusongesha wake unapoongezeka, vichungi vya chini -3dB kona ya mzunguko na kwa hivyo mzunguko wa bendi ya kupita unabadilika kutoka kwa hesabu yake ya asili iliyohesabiwa hapo juu kwa kiasi kilichoamuliwa na hesabu ifuatayo.

Kifutaji cha 2 cha Agizo la Pili -3dB

chujio cha kupitisha kichungi -3dB

 

ambapo ƒc ndio mahesabu ya kukatwa kwa mzunguko, n ni mpangilio wa kichungi na ƒ-3dB ni masafa ya bendi mpya ya -3dB kama matokeo ya kuongezeka kwa mpangilio wa vichujio.

Halafu majibu ya frequency (njama ya bodi) ya kichujio cha kupitisha cha pili ili kuchukua hatua -3dB ya kukatwa ingeonekana kama:

Majibu ya Mara kwa mara ya Kichungi cha Pasifiki cha Agizo la pili

Kwa mazoezi, kufifisha vichungi vya kupita kwa pamoja ili kutoa vichungi-kuagiza kubwa ni ngumu kutekeleza kwa usahihi kwani uwekaji wa nguvu wa kila mpangilio wa kichujio unaathiri mtandao wake wa karibu.

Walakini, ili kupunguza athari ya upakiaji tunaweza kufanya impalment ya kila hatua ifuatayo 10x hatua ya awali, kwa hivyo R2 = 10 x R1 na C2 = 1 / 10th C1. Mitandao ya mpangilio wa kichungi cha pili na cha juu hutumiwa kwa ujumla kwenye mizunguko ya maoni ya op-amps, hufanya kile kinachojulikana kama vichujio Active au kama mtandao wa mabadiliko ya mzunguko kwenye mzunguko wa RC Oscillator.

Muhtasari wa Filter ya Chini ya chini
Kwa hivyo kwa muhtasari, Filter ya Chini ya Chini ina voltage ya kila wakati kutoka DC (0Hz), hadi kiwango maalum cha kukatwa, (ƒC). Ukweli wa mzunguko huu wa kukatwa ni 0.707 au -3dB (dB = -20log * VUT / IN) ya faida ya voltage iliyoruhusiwa kupita.

Aina ya masafa "chini" sehemu ya kukatwa ƒC inajulikana kwa ujumla kama Kikanda cha kupita kama ishara ya ingizo inaruhusiwa kupita kwenye kichujio. Aina ya masafa "hapo juu" sehemu ya kukatwa inajulikana kwa ujumla kama Kikosi cha Kusimamisha kama ishara ya pembejeo imezuiwa au kusimamishwa kupita.

Kichungi rahisi cha njia ya kupita ya chini kinaweza kufanywa kwa kutumia kontena moja mfululizo na kichungi kimoja kisicho na polar (au sehemu yoyote tendaji) kwenye ishara ya uingizaji, wakati ishara ya pato inachukuliwa kutoka kwa capacitor yote.

Masafa ya kukatwa au -3dB, inaweza kupatikana kwa kutumia formula wastani, ƒc = 1 / (2πRC). Pembe ya awamu ya ishara ya pato kwa ƒc na ni -45o kwa Faili ya Chini ya Chini.

Faida ya kichujio au kichungi chochote cha jambo hilo, inaonyeshwa kwa ujumla katika Decibels na ni kazi ya bei ya pato iliyogawanywa na thamani yake ya pembejeo na inapewa kama:

faida ya chini ya kichujio cha kupitisha kwa decibels
 

Utumizi wa vichujio vya Pass Pass Low viko katika viwandani vya sauti na mifumo ya spika kuelekeza ishara za chini za bass kwa spika kubwa au kupunguza kelele ya hali ya juu au kupotosha kwa aina ya "hiss". Inapotumiwa kama hii katika matumizi ya sauti kichujio cha kupita kwa chini wakati mwingine huitwa kichujio cha "high-cut", au "treble cut".

Ikiwa tungetaka kubadilisha nafasi za kontena na capacitor katika mzunguko ili voltage ya pato sasa ichukuliwe kutoka kwa wapinzani, tunataka mzunguko ambao unaleta curve ya majibu ya mzunguko wa kawaida kama ile ya Kichujio cha kupita kwa kiwango kikubwa, na hii inajadiliwa katika mafunzo inayofuata.

Wakati wa muda
Hadi sasa tumevutiwa na mwitikio wa mara kwa mara wa kichujio cha kupita chini wakati unapitishwa na wimbi la sinusoidal waveform. Tumeona pia kuwa vichungi vilivyokata frequency (ƒc) ni bidhaa ya upinzani (R) na uwezo (C) kwenye mzunguko kwa heshima na sehemu fulani ya frequency na kwamba kwa kubadilisha yoyote ya sehemu mbili za kubadilisha hatua hii ya kukatwa kwa kuifanya kwa kuiongeza au kuipunguza.

Tunajua pia kuwa mabadiliko ya awamu ya mzunguko wa nyuma nyuma ya ishara ya pembejeo kwa sababu ya wakati unaohitajika wa malipo na kisha kutekeleza capacitor wakati wimbi la sine linabadilika. Mchanganyiko huu wa R na C hutoa athari ya malipo na usafirishaji kwenye capacitor inayojulikana kama wakati wake wa muda (ed) ya mzunguko kama inavyoonekana kwenye mafunzo ya mzunguko wa RC ikitoa majibu ya kichujio katika kikoa cha wakati.

Mara kwa mara, tau (inaf), inahusiana na frequency ya kukatwa kwa ƒc kama:

mara kwa mara

 

au iliyoonyeshwa kwa hali ya masafa ya kukatwa, ƒc kama:

wakati wa rc
Voltage ya pato, VUT inategemea mara kwa mara na frequency ya ishara ya kuingiza. Kwa ishara ya sinusoidal ambayo inabadilika vizuri kwa wakati, mzunguko unakuwa kama kichujio cha kupitisha rahisi cha 1 la kwanza kama tulivyoona hapo juu.

Lakini vipi ikiwa tungebadilisha ishara ya pembejeo kuwa ile ya ishara ya "mraba wimbi" umbo la "ON / OFF" ambalo lina pembejeo karibu ya hatua, nini kingetokea kwa mzunguko wetu wa vichujio sasa. Mwitikio wa pato wa mzunguko ungebadilika sana na kutoa aina nyingine ya mzunguko unaojulikana kama Jumuishi.

Mchanganyiko wa RC
Kiunganishi kimsingi ni mzunguko wa kichujio cha kupitisha chini kinachofanya kazi katika kikoa cha wakati ambacho hubadilisha ishara ya kuingilia ya "hatua" ya mraba kuwa kipato cha sura ya umbo la pembe tatu kama capacitor inavyoshtaki na kutolewa. Kubadilika kwa muundo wa pembe tatu ina njia mbadala lakini sawa, chanya na hasi.

Kama inavyoonekana hapa chini, ikiwa wakati wa RC ni wa muda mrefu ukilinganisha na wakati wa mabadiliko ya mabadiliko ya mabadiliko ya muundo wa matokeo yatakuwa ya sura tatu na ya juu zaidi mzunguko wa pembejeo ya chini itakuwa matengenezo ya matokeo ikilinganishwa na ile ya pembejeo.


Mzunguko wa Jumuishi la RC

mzunguko wa kiunganishi cha rc

Hii basi hufanya aina hii ya mzunguko kuwa bora kwa kubadilisha aina moja ya ishara za elektroniki kuwa nyingine kwa matumizi katika mzunguko wa wimbi au kuchagiza kwa mawimbi.

Acha ujumbe 

Orodha ujumbe