Ένα φίλτρο μπορεί να οριστεί με αναφορά σε διάφορα πεδία όπως χημεία, οπτική, μηχανική, μοντελοποίηση στροβιλισμού, μηχανική, υπολογιστική, φιλοσοφία και επεξεργασία σήματος. Ας εξετάσουμε τα φίλτρα επεξεργασίας σήματος, το φίλτρο μπορεί να οριστεί ως συσκευή που χρησιμοποιείται για την αφαίρεση περιττών τμημάτων ή τμημάτων του σήματος. Αυτή η αφαίρεση περιττών τμημάτων του σήματος ονομάζεται διαδικασία φιλτραρίσματος. Αυτά τα φίλτρα επεξεργασίας σήματος ταξινομούνται σε διάφορους τύπους όπως ηλεκτρονικά φίλτρα , ψηφιακά φίλτρα και αναλογικά φίλτρα.
Αναλογικά φίλτρα
Το αναλογικό φίλτρο χρησιμοποιείται συνήθως στα ηλεκτρονικά και θεωρείται ως βασικό δομικό στοιχείο της επεξεργασίας σήματος. Αυτά τα αναλογικά φίλτρα χρησιμοποιούνται για το διαχωρισμό των ηχητικών σημάτων πριν από την εφαρμογή στα μεγάφωνα. Ο διαχωρισμός και ο συνδυασμός πολλών τηλεφωνικών συνομιλιών σε ένα μόνο κανάλι μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας αναλογικά φίλτρα. Η επιλογή ενός συγκεκριμένου ραδιοφωνικού σταθμού από τον δέκτη ραδιοφώνου απορρίπτοντας όλα τα άλλα κανάλια μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας αναλογικά φίλτρα.
Τα συνεχώς μεταβαλλόμενα σήματα (αναλογικά σήματα) μπορούν να λειτουργούν χρησιμοποιώντας παθητικά γραμμικά ηλεκτρονικά αναλογικά φίλτρα τα οποία αποτελούνται από παθητικά στοιχεία όπως αντιστάσεις, πυκνωτές και επαγωγείς. Αυτά τα αναλογικά φίλτρα χρησιμοποιούνται συχνά για να επιτρέπουν συγκεκριμένα στοιχεία συχνότητας απορρίπτοντας άλλα από αναλογικά ή συνεχή σήματα χρόνου.
Τύποι αναλογικών φίλτρων
Τα γραμμικά αναλογικά φίλτρα μπορούν να αναφέρονται ως φίλτρα σύνθεσης δικτύου, φίλτρα σύνθετης αντίστασης εικόνας και απλά φίλτρα. Τα φίλτρα σύνθεσης δικτύου ταξινομούνται και πάλι ως φίλτρο Butterworth, φίλτρο Chebyshev, ελλειπτικό φίλτρο ή φίλτρο Cauer, φίλτρο Bessel, φίλτρο Gaussian, φίλτρο Optimum «L» (Legendre) και φίλτρο Linkwithz-Riley. Τα φίλτρα σύνθετης αντίστασης εικόνας ταξινομούνται περαιτέρω ως φίλτρο Constant k, φίλτρο που προέρχεται από m, φίλτρα γενικής εικόνας, δίκτυο Zobel, φίλτρο πλέγματος, γεφυρωμένος ισοσταθμιστής καθυστέρησης T, φίλτρο σύνθετης εικόνας και φίλτρο τύπου mm. Το φίλτρο RC, το φίλτρο RL, το φίλτρο LC και το φίλτρο RLC καλούνται ως απλά φίλτρα.
Σχεδιασμός αναλογικού φίλτρου
Ο αναλογικός σχεδιασμός φίλτρου περιλαμβάνει λειτουργίες αναλογικής μεταφοράς φίλτρων, πόλους και μηδενικά αναλογικών φίλτρων, απόκριση συχνότητας αναλογικών φίλτρων, απόκριση εξόδου και διαφορετικούς τύπους αναλογικών φίλτρων. Οι αναλογικές μέθοδοι σχεδιασμού φίλτρου ταξινομούνται ως Butterworth, Chebyshev και ελλειπτικά φίλτρα με βάση τη λειτουργία μεταφοράς με παραγγελία «n».
Φίλτρο Butterworth
Σχεδιασμός φίλτρου Butterworth
ο Butterworth ή φίλτρο μέγιστου επιπέδου έχει μια επίπεδη (μαθηματικά όσο το δυνατόν περισσότερο) απόκριση συχνότητας. Το «τοίχο από τούβλα» του αναλογικού φίλτρου χαμηλής διέλευσης (Butterworth), το οποίο μπορεί να οριστεί ως τυπική προσέγγιση για διάφορες παραγγελίες φίλτρου, φαίνεται στο παρακάτω σχήμα (συμπεριλαμβανομένης της ιδανικής απόκρισης συχνότητας).
Butterworth Filter Ideal Frequency Response
Αν αυξήσουμε τη σειρά του φίλτρου Butterworth, τότε αυξάνεται επίσης το κλιμακωτό σχεδιασμό του φίλτρου Butterworth. Έτσι, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, η απόκριση φίλτρου και τοίχου από τούβλα πλησιάζει. Γενικά, τα γραμμικά αναλογικά φίλτρα πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας διάφορες τοπολογίες, το φίλτρο Butterworth μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας τοπολογία Cauer ή τοπολογία κλειδιού Sallen.
Φίλτρο Chebyshev
Τα φίλτρα Chebysev πήραν το όνομά τους από τον Pafnufy Chebyshev που προέβη στους μαθηματικούς υπολογισμούς του Φίλτρα Chebyshev . Το σφάλμα μεταξύ του χαρακτηριστικού του εξιδανικευμένου φίλτρου και του πραγματικού φίλτρου μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας την ιδιότητα του φίλτρου Chebyshev.
Φίλτρο Chebyshev
Αυτά τα φίλτρα Chebyshev ταξινομούνται περαιτέρω ως φίλτρα τύπου Chebyshev τύπου 1 και τύπου 2. Τα φίλτρα type1 είναι βασικού τύπου και η απόκριση κέρδους ή πλάτους είναι συνάρτηση γωνιακής συχνότητας της ένατης τάξης του αναλογικού φίλτρου χαμηλής διέλευσης (LPF-αν λάβουμε υπόψη αναλογικά φίλτρα). Το φίλτρο Chebyshev type2 είναι ένας ασυνήθιστος τύπος και είναι ένα αντίστροφο φίλτρο.
Τύποι φίλτρου Chebyshev
Απλά αναλογικά φίλτρα
Φίλτρο RC
Κύκλωμα φίλτρου RC
Τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα αντίστασης-πυκνωτή που κινούνται από πηγή ρεύματος ή τάσης ενεργούν ως αναλογικά φίλτρα. Αυτά τα κυκλώματα φίλτρου RC χρησιμοποιούνται για το φιλτράρισμα ενός σήματος έτσι ώστε να μπλοκάρουν συγκεκριμένες συχνότητες και να επιτρέπουν τη διέλευση άλλων συχνοτήτων. Το κύκλωμα φίλτρου RC μπορεί να συνδεθεί ως σειρά Κύκλωμα RC ή παράλληλο κύκλωμα RC όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.
Φίλτρο LC
Κύκλωμα φίλτρου LC
Το απλό ηλεκτρικό κύκλωμα επαγωγέα-πυκνωτή δρα ως φίλτρο LC το οποίο ονομάζεται επίσης ως συντονισμένο κύκλωμα ή κύκλωμα συντονισμού ή κύκλωμα δεξαμενής. Αυτό το κύκλωμα LC συμπεριφέρεται επίσης σαν ηλεκτρικός συντονιστής. Τα κυκλώματα LC χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία σημάτων ή για τη λήψη σημάτων σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Το φίλτρο LC μπορεί να συνδεθεί ως κύκλωμα LC σειράς ή παράλληλο κύκλωμα LC όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα.
Φίλτρο RL
Κύκλωμα φίλτρου RL
Το απλό ηλεκτρικό κύκλωμα αντίστασης-επαγωγέα ενεργεί ως κύκλωμα φίλτρου RL το οποίο κινείται χρησιμοποιώντας πηγή ρεύματος ή τάσης και είναι κατασκευασμένο από την αντίσταση και τον επαγωγέα. Το φίλτρο RL μπορεί να συνδεθεί ως κύκλωμα RL σειράς ή παράλληλο κύκλωμα RL όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα.
Φίλτρο RLC
Κύκλωμα φίλτρου RLC
Το απλό ηλεκτρικό κύκλωμα αντίστασης-επαγωγέα-πυκνωτή ενεργεί ως κύκλωμα φίλτρου RLC, η αντίσταση, ο πυκνωτής και ο επαγωγέας μπορούν να συνδεθούν σε σειρά ή παράλληλα για να σχηματίσουν φίλτρο σειράς RLC ή παράλληλο φίλτρο RLC. Αυτό το κύκλωμα φίλτρου RLC σχηματίζεται ως αρμονικός ταλαντωτής για ρεύμα και αντηχεί σαν κύκλωμα LC. Όμως, εδώ οι ταλαντώσεις μπορούν να αποσυντεθούν με την εισαγωγή μιας αντίστασης και αυτό το αποτέλεσμα ονομάζεται απόσβεση.
Θέλετε να μάθετε λεπτομερώς για την πρακτική σχεδίαση αναλογικών και ψηφιακών φίλτρων; Εάν ενδιαφέρεστε για το σχεδιασμό έργα ηλεκτρονικής Στη συνέχεια, μοιραστείτε τις απόψεις, τα σχόλια, τα ερωτήματα και τις προτάσεις σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.
