ตัวกรองพาสซีฟแบนด์

ตัวกรองพาสซีฟแบนด์

ตัวกรองแบนด์พาสจะแยกช่วงความถี่เฉพาะจากช่วงความถี่อื่นๆ ภายในกลุ่มความถี่เฉพาะ วงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อนบางวงจรอาจไม่พบว่าเหมาะสมที่จะปล่อยให้ความถี่ต่ำมากที่ 0Hz หรือความถี่สูงมากผ่านไปได้ ตัวกรองพาสซีฟแบนด์พาสจะทำหน้าที่เลือกความถี่โดยขึ้นอยู่กับการรวมกันของตัวต้านทานอนุกรมและตัวเก็บประจุในวงจร โดยจะบล็อกทั้งความถี่ล่างและความถี่บนที่อยู่นอกช่วงแบนด์พาสที่เลือก ตัวกรองเหล่านี้ประกอบด้วยตัวกรองผ่านต่ำและผ่านสูง

การก่อสร้าง

ตัวกรองแบนด์พาสทั่วไปจะต้องแสดงเครือข่าย RC สองเครือข่ายดังที่แสดงด้านล่าง:

เครือข่าย RC หนึ่งเครือข่ายถูกใช้เป็นอนุกรม ในขณะที่เครือข่าย RC อื่นๆ ถูกใช้แบบขนาน ค่าความถี่ตัดสามารถควบคุมได้ผ่านค่าตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่ใช้ในวงจรกรองผ่านแบนด์ สามารถให้ช่วงความถี่กว้างหรือช่วงความถี่แคบได้ ขึ้นอยู่กับค่าความถี่จุดตัด ดังนั้นช่วงความถี่แบนด์พาสเฉพาะจึงเรียกว่าแบนด์วิธ

เส้นโค้งการตอบสนองความถี่

เส้นโค้งการตอบสนองความถี่แสดงอยู่ด้านล่าง เส้นโค้งการตอบสนองความถี่แสดงขีดจำกัดความถี่คัตออฟสองค่า: ขีดจำกัดความถี่คัตออฟล่าง fL และขีดจำกัดความถี่คัตออฟสูง fH ความถี่ทั้งหมดที่ต่ำกว่าความถี่คัตออฟ fL จะถูกบล็อกจนกว่าเอาท์พุตของแบนด์พาสฟิลเตอร์จะเพิ่มขึ้นที่ความชัน 20db/ดีเคด จากนั้นเอาต์พุตจะไปถึงค่าสูงสุด 70.7% และคงที่สำหรับช่วงความถี่ที่กำหนดจนกว่าจะถึงขีดจำกัดความถี่ที่สูงกว่าของ fH เอาท์พุตเริ่มลดลงอีกครั้งที่ความชัน -20db/ทศวรรษ

อัตราขยายสูงสุดของ -3db แสดงได้ทั้งในแนวโน้มขาขึ้นและแนวโน้มขาลงในรูปด้านล่าง ดังนั้น ค่าเฉลี่ยเรขาคณิตของจุดความถี่ทั้งสองนี้จึงจัดให้มีจุดเรโซแนนซ์หรือจุดความถี่กลาง

ความถี่เรโซแนนซ์

ค่าเฉลี่ยเรขาคณิตของความถี่ตัดบนและความถี่ตัดล่างแสดงเป็น:

fr แสดงความถี่กลาง ในขณะที่ fh แสดงค่าความถี่ตัดบน และ fl หมายถึงค่าความถี่ตัดล่าง

การเปลี่ยนเฟส

ตัวกรองแบนด์พาสเป็นตัวกรองลำดับที่สอง มันหมายถึงการมีอยู่ขององค์ประกอบแฝงสองชุดในวงจรของมัน มุมเฟสสำหรับตัวกรองลำดับที่สองจะเป็นสองเท่าของมุมเฟสของตัวกรองลำดับแรก หมายความว่ามุมเฟสจะต้องเป็น 180 องศาในตัวกรองผ่านแบนด์ การเปลี่ยนเฟสระบุ +90 องศาจนถึงความถี่กลางและ -90 องศาหลังจุดความถี่กลาง

ความถี่ตัดบนและล่าง

ค่าความถี่บนและล่างสามารถคำนวณได้เช่นเดียวกับการคำนวณความถี่ในตัวกรองผ่านย่านความถี่ต่ำและสูง การแสดงออกทั่วไปได้รับจาก:

ตัวอย่าง:

ตัวกรองแบนด์พาสได้รับการออกแบบให้อนุญาตความถี่ระหว่าง 5kHz ถึง 40kHz สมมติว่าตัวต้านทานมีค่า 20kΩ ให้คำนวณค่าตัวเก็บประจุและวาดตัวกรองแบนด์พาสสุดท้าย

การใช้การแสดงออกทั่วไปของความถี่ตัดบนและล่าง:

ค่าตัวเก็บประจุผ่านความถี่สูงสามารถคำนวณได้โดยใช้ขีดจำกัดความถี่ต่ำกว่า:

ค่าตัวเก็บประจุความถี่ต่ำสามารถคำนวณได้โดยใช้ขีดจำกัดความถี่ที่สูงกว่า:

บทสรุป

ตัวกรองแบนด์พาสทำงานบนหลักการของการส่งผ่านช่วงความถี่ที่เลือกในขณะที่บล็อกความถี่ที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่าทั้งหมด ประกอบด้วยทั้งเครือข่ายตัวกรองความถี่ต่ำและตัวกรองความถี่สูงในการก่อสร้าง