Mạch lọc lọc tần số trong các mạch điện tử. Các mạch này sử dụng sự kết hợp của điện trở & tụ điện như những khối xây dựng cơ bản của chúng. Mạch lọc này cần thiết trong sơ đồ khối cấp nguồn sau mạch chỉnh lưu vì nó thay đổi dòng điện xoay chiều thành DC và nó chỉ cấp nguồn theo một hướng duy nhất. Mạch lọc sẽ tách thành phần AC có sẵn trong đầu ra được chỉnh lưu và cho phép thành phần DC đến tải. Có nhiều loại bộ lọc khác nhau, trong số đó bộ lọc thông dải (BPF) là một trong những loại. Bộ lọc này cho phép các tần số trong một dải tần số cụ thể và làm giảm tần số khi nó nằm ngoài phạm vi. Những cái này bộ lọc có nhiều loại khác nhau nhưng BPF thụ động là một trong những loại đó. Vì vậy, bài viết này cung cấp thông tin ngắn gọn về một bộ lọc thông dải thụ động , hoạt động và ứng dụng của nó.
Bộ lọc thông dải thụ động là gì?
Sự kết hợp của cả bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao được gọi là bộ lọc thông dải thụ động. Loại bộ lọc này cho phép một dải tần số nhất định và chặn tất cả các tần số còn lại. Đây là mạch điện chỉ sử dụng các phần tử thụ động như R, C & L. Vì vậy, bộ lọc này được tạo ra bằng cách xếp tầng hai bộ lọc như LPF & HPF. Công dụng chính của bộ lọc thông dải thụ động là trong Bộ khuếch đại âm thanh . Đôi khi trong bộ khuếch đại âm thanh, chúng tôi yêu cầu một dải tần nhất định không bắt đầu từ 0 Hz và không phải tần số cao, mặc dù chúng tôi yêu cầu một dải tần nhất định, dải tần đó rộng hơn hoặc hẹp hơn.
Sơ đồ mạch lọc thông dải thụ động
Bộ lọc thụ động chỉ sử dụng các thành phần thụ động như; điện trở, cuộn cảm & tụ điện. Do đó, bộ lọc thông dải thụ động cũng có thể sử dụng các thành phần thụ động và nó không sử dụng hoạt động khuếch đại để khuếch đại. Phần khuếch đại tương tự như bộ lọc thông dải hoạt động không có trong bộ lọc thông dải thụ động. Sơ đồ mạch lọc thông dải thụ động cũng bao gồm các mạch lọc thông cao và thông thấp. Vì vậy, phần đầu tiên của mạch dành cho HPF thụ động trong khi nửa sau của mạch dành cho LPF thụ động.
Thiết kế bộ lọc thông dải thụ động
Thiết kế bộ lọc thông dải thụ động có thể được thực hiện đơn giản bằng cách sử dụng điện trở & tụ điện. Mạch lọc thông dải thụ động không cần bất kỳ nguồn điện nào và không được sử dụng cho bất kỳ khuếch đại hoạt động nào. Các loại bộ lọc thông dải này được sử dụng cùng với mạch hoạt động để cung cấp khả năng khuếch đại nhưng bản thân chúng không cung cấp bất kỳ sự khuếch đại nào. Các bộ lọc này được thiết kế với sự kết hợp giữa HPF và LPF.
Các thành phần cần thiết để làm nên mạch này chủ yếu bao gồm; tụ điện – 1nF & 1μF, điện trở – 150Ω & 16KΩ. Để xây dựng mạch này, mạch này chỉ cần điện trở và tụ điện. Đối với mạch lọc này, dải thông nằm trong khoảng từ 1KHz đến 10KHz cho các giá trị điện trở và tụ điện được chọn. Nếu chúng ta sửa đổi các tần số này, giá trị điện trở và tụ điện cần phải được thay đổi.
Mạch này có hai phần như bộ lọc thông cao và một bộ lọc thông thấp . Phần đầu tiên của mạch này bao gồm R1 & C1 để tạo thành HPS. Vì vậy, bộ lọc này cho phép đơn giản tất cả các tần số vượt quá điểm mà nó được thiết kế chủ yếu để vượt qua. Thiết kế bộ lọc này chỉ đơn giản là tạo thành điểm tần số cắt thấp hơn nhưng điểm tần số cắt thấp hơn cần thiết trong mạch này là 1KHz. Vì vậy, HPF cho phép tần số trên 1KHz.
Tần số cắt dưới có thể được tính theo công thức sau.
Tần số cắt dưới = 1/2πR1C1.
Chúng tôi biết các giá trị của điện trở và tụ điện như thế nào; R1 = 150Ω và C1 = 1μF, vì vậy thay thế các giá trị này vào phương trình trên và chúng ta có thể nhận được;
Tần số cắt dưới = 1/2π(150Ω)*(1μF) => 1061 Hz => 1KHz.
Bộ lọc này cho phép tất cả các tần số trên 1KHz và chặn tất cả các tần số hoặc làm suy giảm đáng kể tất cả các tần số dưới 1KHz.
Tương tự, phần thứ hai của mạch này gồm có điện trở R2 & tụ điện C2 để tạo thành LPF. Bộ lọc này chặn tất cả các tần số dưới điểm giới hạn.
Ở đây, chúng ta cần tần số giới hạn cao hơn là 10 KHz trong mạch lọc này, do đó mạch này cho phép tất cả các tần số dưới 10 KHz được truyền qua và chặn tất cả các tần số trên điểm 10 KHz.
Công thức tính tần số cắt cao hơn tương tự với tần số cắt dưới, tần số => 1/2π R2C2
Ta biết giá trị của điện trở R2 và tụ điện C2 như sau; R2 = 16KΩ & C2 = 1nF, vậy thay thế hai giá trị này vào phương trình trên thì ta được;
Tần số cắt cao hơn = 1/2π(16KΩ)*(1nF)= 9952Hz => 10KHz.
Do đó, HPF cho phép tất cả các tần số nằm trên điểm giới hạn thấp hơn trong khi LPF cho phép tất cả các tần số nằm dưới tần số giới hạn cao hơn. Vì vậy, điều này sẽ tạo ra một bộ lọc thông dải trong đó bộ lọc có băng thông ở giữa tần số cắt thấp hơn và cao hơn.
Để tránh hiệu ứng tải lên LPF từ HPF, giá trị điện trở R2 phải ở mức dưới 10 (hoặc) trên điện trở R1. Trong mạch này, chúng ta làm cho giá trị điện trở R2 cao hơn 100 lần.
Đang làm việc
Mạch này hoạt động bằng cách cho phép tín hiệu có cường độ tối đa giữa bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao tần số. Nếu bộ lọc thông thấp (LPF) được thiết kế cho tần số 2KHz trong khi bộ lọc thông cao (HPF) được thiết kế cho tần số 200Hz thì mạch này tạo ra tín hiệu đầu ra trong khoảng 200Hz & 2KHz với cường độ gần như toàn bộ hoặc cường độ hoàn toàn.
Khi các tín hiệu được tạo ra nằm ngoài phạm vi này, tần số sẽ bị suy giảm rất nhiều, do đó biên độ của chúng rất thấp so với biên độ của tín hiệu trong dải thông. Dải thông đề cập đến các tín hiệu ở giữa các bộ lọc thông cao và thông thấp được truyền trong toàn bộ cường độ.
Ở đây, dải thông là 200Hz đến 2 KHz, tần số cắt thấp là 200Hz và tần số cắt cao là 2 KHz. Trong dải thông, hai tần số này là hai điểm trong dải thông có biên độ giảm 3dB. Vì vậy mức giảm này tương đương với 0,707VPEAK.
Trong biểu đồ thông dải sau, có biên độ cực đại (VPEAK). Ở đây biên độ sẽ giảm bất cứ khi nào bạn nhận được hai tần số này. Khi nó đạt được 0,707VPEAK thì đây là điểm giới hạn 3dB biểu thị một nửa công suất tối đa. Sau điểm cắt 3dB, biên độ giảm mạnh, do đó các tần số nằm ngoài tần số cắt sẽ bị suy giảm mạnh.
Ở đây chúng tôi có hai tần số chính; tần số cắt thấp hơn ở 1 KHz và tần số cắt cao hơn ở 10 KHz. Vì vậy, tần số trung tâm được gọi là tần số nằm giữa tần số cắt cao hơn và thấp hơn, được đo bằng công thức √(f1)(f2) => √ (1061)(9952) => 3249 Hz.
Tín hiệu đầu ra xung quanh tần số này có cường độ tối đa và đạt giá trị cực đại cao nhất. Khi chúng ta đến gần tần số này thì giá trị sẽ giảm hoặc giảm trong biên độ. Biên độ là 0,707VPEAK ở tần số cắt. Ví dụ: nếu VPEAK đo 10Volt từ đỉnh này đến đỉnh khác ở tần số cắt thì biên độ xấp xỉ là 7V vì 10V * 0,707V => 7V.
Đạt được bộ lọc thông dải thụ động
Mức tăng của bộ lọc thông dải thụ động luôn thấp hơn tín hiệu đầu vào, do đó mức tăng đầu ra nhỏ hơn mức 1. Tín hiệu đầu ra ở tần số trung tâm nằm trong pha, mặc dù tín hiệu đầu ra ở dưới tần số trung tâm dẫn pha với độ dịch chuyển +90° và tín hiệu đầu ra ở trên tần số trung tâm sẽ trễ trong pha bằng dịch pha -90°. Bất cứ khi nào chúng tôi cung cấp cách ly điện ở giữa hai bộ lọc thì chúng tôi có thể đạt được hiệu suất lọc tốt hơn.
Các ứng dụng
Các ứng dụng của bộ lọc thông dải thụ động bao gồm những điều sau đây.
- Bộ lọc thông dải thụ động được sử dụng để cách ly hoặc lọc ra các tần số nhất định nằm trong một dải (hoặc) dải tần cụ thể.
- Các bộ lọc này được sử dụng trong các mạch khuếch đại âm thanh hoặc các ứng dụng như; bộ điều khiển âm thanh tiền khuếch đại (hoặc) bộ lọc phân tần loa.
- Những điều này áp dụng cho các mạch phát và thu trong truyền thông không dây trung bình.
Vì vậy, đây là một cái nhìn tổng quan về một thụ động mạch lọc thông dải , hoạt động và ứng dụng của chúng. Bộ lọc này là sự kết hợp giữa HPF và LPF và nó cho phép dải tần chọn lọc. Mạch lọc này cho phép dải tần số rộng và hẹp. Tần số cắt cao hơn và thấp hơn chủ yếu phụ thuộc vào thiết kế bộ lọc. Đây là câu hỏi dành cho bạn, BPF là gì?
