معرفی فیلترها:
فیلترها برای اصلاح، تغییر شکل یا حذف بخشی از فرکانس‌های نا مطلوب، سیگنال الکتریکی یا همه آن و عبور سیگنال‌های مورد نظر هستند که به سه گروه فیلتر پایینگذر، بالاگذر و میان‌گذر تقسیم می‌شوند.
در مورد فیلترهای پسیو (Passive filters)، از اجزای پسیوی مانند مقاومت، خازن و سلف تشکیل می‌شوند و عناصر تقویت‌کننده‌ای مانند ترانزیستور، تقویت‌کننده و… ندارند. به همین دلیل سطح خروجی آن‌ها همیشه کمتر از ورودی است.
در این مطلب درباره فیلترهای پایینگذر پسیو توضیح خواهیم داد، تا با نحوه ی عملکرد فیلتر پایین گذر بیشتر آشنا بشویم:
فیلتر پایین گذر، فیلتری است که سیگنال‌هایی را با فرکانس کمتر از فرکانس قطع، منتقل می‌کند.
به این مفهوم که، دامنه عبور سیگنال‌های با فرکانس بالاتر از فرکانس قطع را کاهش می‌دهد.
مقدار دقیق فرکانس فیلتر به طراحی فیلتر بستگی دارد. این فیلتر ها در واقع مکمل یک فیلتر بالاگذر یا High Pass Filter است.
این نوع فیلترها در انواع مختلفی وجود دارد، برای نمونه، مدارهای الکترونیکی مانند فیلتر نویز در صدا.
فیلترهایی که برای بهینه سازی سیگنال‌ها قبل از تبدیل آنالوگ به دیجیتال فیلترهای دیجیتال برای هموارسازی و استخراج الگوی مجموعه داده‌ها عایق صوتی، تاری تصاویر و غیره به کار گرفته می‌شوند، مزایای این فیلتر به شرح زیر است:
- فیلتر پایینگذر حالت نرم‌تری از سیگنال ایجاد می‌کنند.
- اعوجاجات کوتاه را برطرف کرده و اعوجاجات با فرکانس بالا را نادیده می‌گیرند.
طراحان اکثرا از فیلتر پایینگذر به عنوان فیلتر اصلی و به صورت مرجع استفاده می‌کنند. یعنی یک فیلتر با پهنای باند و امپدانس واحد.
فیلتر مورد نظر از طریق مقیاس گذاری برای امپدانس و تبدیل به میزان باند مورد نظر، از نمونه اولیه به دست می‌آید.
کاربرد فیلتر پایین گذر:
همانطور که گفته شد، این فیلتر مداری است که سیگنال‌های با فرکانس پایین را ارائه می دهد. به طور کلی دو نوع مدار اساسی براساس اجزای سازنده فیلتر وجود دارد که تفاوت‌های زیادی با هم دارند:
- فیلتر القایی
- فیلتر خازنی
فیلتر القایی (Inductive Low-Pass Filter):
در این نوع از فیلتر پایینگذر، امپدانس سلف با بالارفتن فرکانس افزایش می‌یابد. این امپدانس بالا به صورت بسته شدن سری در مدار، از رسیدن سیگنال‌های با فرکانس بالا به بار جلوگیری می‌کند.
فیلتر خازنی (Capacitive Low-Pass Filter):
در این نوع از فیلتر، امپدانس خازن با افزایش فرکانس کاهش می‌یابد. این امپدانس کم به موازات مقاومت بار، باعث کوتاه شدن سیگنال‌های با فرکانس بالا می‌شود و بیشتر ولتاژ را در مقاومت کاهش می‌دهد.
فیلتر پایین گذر اکتیو:
این نوع فیلترهای شرح داده شده به فیلتر پایینگذر پسیو معروف هستند. فیلتر پایینگذر اکتیو را فقط با اضافه کردن یک آپ امپ به مدار فیلتر پسیو ایجاد می‌شود. عملکرد این فیلتر کاملا مشابه سیستم‌های پسیو است. با این فرق که میزان دامنه خروجی توسط OP-AMP تقویت می‌شود.