Что такое фильтр нижних частот

Здравствуйте, сегодня я познакомлю вас с фильтром нижних частот. Фильтр нижних частот (ФНЧ) — это фильтр, который пропускает низкочастотные сигналы и ослабляет высокочастотные звуки. Частотная характеристика фильтра нижних частот в основном определяется конструкцией фильтра нижних частот.

Темы, затронутые в этой статье:

Ⅰ. Что такое фильтр нижних частот?

Ⅱ. Классификация фильтров нижних частот

Ⅲ. Как работает фильтр нижних частот?

Ⅳ. Применение фильтра нижних частот

Фильтр — это схема, которая используется для реструктуризации, изменения и блокировки любых нежелательных частот . Пассивные фильтры часто состоят из резисторов и конденсаторов в низкочастотных (100 кГц) приложениях. В результате он известен как пассивный RC-фильтр. Пассивные фильтры также могут быть реализованы в виде комбинации резистор-индуктор-конденсатор для высокочастотной (> 100 кГц) передачи. В результате эти схемы называются пассивными цепями RLC. Фильтры нижних частот, фильтры верхних частот и полосовые фильтры являются наиболее распространенными конструкциями фильтров. Фильтры нижних частот обсуждаются в этой статье.

Ⅰ. Что такое фильтр нижних частот

Фильтр нижних частот (ФНЧ) — это фильтр, который пропускает низкочастотные сигналы и ослабляет высокочастотные звуки. Частотная характеристика фильтра нижних частот в основном определяется конструкцией фильтра нижних частот. Каждая форма LPF подробно описана ниже.

Ⅱ. Классификация фильтров нижних частот

Электронные схемы (например, фильтры шипения, используемые в аудиооборудовании), цифровые алгоритмы сглаживания данных, звуковые барьеры, размытие изображения и другие приложения — все это примеры фильтров нижних частот. Оба инструмента были одобрены. Краткосрочные колебания устраняются, но долгосрочные тенденции развития сохраняются, что приводит к плавному сигналу. Фильтры нижних частот бывают самых разных форм и размеров, наиболее популярными из которых являются фильтры Баттерворта и Чебышева. Каждая форма LPF подробно описана ниже.

1. Фильтр нижних частот первого порядка.

Интегратор является основным строительным элементом ФНЧ первого порядка, как показано на схеме.

Фильтр нижних частот первого порядка

Передаточная функция фильтра нижних частот заключается в том, что выходной сигнал уменьшается обратно пропорционально частоте (затухание). Выходной сигнал равен половине, когда частота увеличивается в два раза (-6 дБ для каждого удвоения частоты).

2. Фильтр нижних частот второго порядка.

На следующем рисунке показан фильтр нижних частот второго порядка.

Фильтр нижних частот второго порядка

Если частота увеличивается вдвое, выходной сигнал уменьшается (ослабляется) обратно пропорционально квадрату частоты. (- Каждое удвоение частоты составляет 12 дБ).

3. Фильтр нижних частот с использованием операционного усилителя.

Контур обратной связи операционного усилителя можно объединить с основными элементами фильтра, в результате чего получится высокоэффективный ФНЧ, который можно просто изготовить, используя только необходимые компоненты, кроме дросселя.

4. Схема активного ФНЧ первого порядка с использованием операционного усилителя.

Ниже представлена схема однополюсного активного фильтра нижних частот. Конденсаторы используются параллельно резистору обратной связи в схемах фильтров нижних частот, в которых используются операционные усилители. Схема работает лучше, когда частота увеличивается для повышения уровня обратной связи и снижается реактивное сопротивление конденсатора.

Фильтр нижних частот первого порядка с использованием операционного усилителя

Этот фильтр можно рассчитать, обработав частоту, на которой реактивное сопротивление конденсатора равняется сопротивлению. Это можно рассчитать по формуле, приведенной ниже.

Xc означает емкостное реактивное сопротивление в Омах; — стандартная буква со значением 3,412; f означает частоту (единицы Гц); а C означает емкость (единицы-фарады).

Внутриполосное усиление этих схем можно легко оценить, устранив влияние конденсатора.

Этот тип фильтра известен как фильтр нижних частот первого порядка или однополюсный, поскольку он помогает уменьшить усиление высоких частот и обеспечивает ослабление -6 дБ для каждой октавы.

5. Активная схема LPT второго порядка с использованием операционного усилителя.

С использованием операционных усилителей можно создать широкий спектр фильтров с переменными уровнями усиления и моделями затухания.

Схема активного ФНЧ второго порядка с использованием операционного усилителя

Среди них:

При выборе значения убедитесь, что значение сопротивления находится в пределах от 10 кОм до 100 кОм.

6. Калькулятор фильтра нижних частот

График Боде используется для расчета частоты разделения и отображения соответствующего спектра для схемы RC-фильтра нижних частот.

Например, если мы знаем значения сопротивления и емкости в цепи, мы можем вычислить передаточную функцию фильтра нижних частот, используя приведенную ниже формулу.

Рассчитаем значение частоты и значение емкости заданного сопротивления:

Форма сигнала ФНЧ

Ⅲ. Как работает фильтр нижних частот?

Фильтр нижних частот работает по простой предпосылке использования конденсаторов для пропускания высоких частот и блокировки низких частот, а также катушек индуктивности для пропускания низких частот и блокирования высоких частот. Используйте емкостное поглощение и индуктивность, чтобы заблокировать прохождение высокой частоты, которую необходимо отключить. Используйте свойства высокой емкости и низкого сопротивления, чтобы передать необходимую низкую частоту. На этой основе работает фильтр нижних частот.

Ⅳ. Применение фильтра нижних частот

Применение фильтров нижних частот включает в себя:

●В телефонных системах фильтры нижних частот используются для преобразования звуковых частот в динамиках в сигналы речевого диапазона частот, которые ограничены по полосе частот.

●LPF используется для удаления «шума» из схемы путем фильтрации высокочастотных сигналов. Большая часть высокочастотных сигналов удаляется по мере прохождения сигнала через фильтр.

●При обработке изображений фильтр нижних частот используется для улучшения изображения.

●В этих фильтрах иногда виноваты аудиоприложения.

●Фильтры нижних частот используются в RC-цепях, а RC-фильтры нижних частот представляют собой RC-цепи.

●ФНЧ служит интегратором RC-цепи.

● Когда интерполятор используется в многоскоростном DSP, LPF используется как фильтр против изображения. Когда используется дециматор, фильтр также используется в качестве фильтра сглаживания.

●Для сигнала от медицинского устройства человеческого тела используется фильтр нижних частот, а испытательная частота с использованием электрода ниже. В результате эти сигналы могут проходить через фильтр нижних частот для фильтрации нежелательного фонового шума.

● В системе фазовой автоподстройки частоты эти фильтры используются для преобразования амплитуды рабочего цикла и определения фазы.

● В AM-радио ФНЧ используется для преобразования модулированных импульсов промежуточной частоты AM в звуковые сигналы в диодных детекторах.

Frequently Asked Questions

1. Почему полосовой фильтр можно получить последовательно с ФВЧ и ФНЧ?

Частота сигнала слишком низкая и блокируется фильтром верхних частот, а частота слишком высокая и блокируется фильтром нижних частот. Только полоса средних частот может быть отправлена на выход через два фильтра одновременно, образуя полосовой фильтр.

2. Как влияют фильтры нижних частот на цифровые сигналы?

Отфильтруйте определенные высокочастотные сигналы и сохраните полезные низкочастотные сигналы. Обычно используется для фильтрации сигналов помех в высокочастотных диапазонах. Но обычно это также влияет на фронт перехода действительного сигнала.

3. Обязательно ли использовать фильтр нижних частот: чем выше частота, тем ниже выходной сигнал?

Это не обязательно правда. Общая тенденция такова: чем выше частота, тем ниже выходная мощность. Например, когда добротность Q активного фильтра нижних частот высока, вблизи частоты среза будет наблюдаться перерегулирование, то есть, если частота высока в определенном интервале, выходной сигнал будет большим. . Кроме того, существуют и другие фильтры, имеющие «рябь» по всей полосе пропускания и полосе задерживания и небольшие колебания АЧХ, а не монотонный спад или подъем.