Filter-low pass

Menurut definisi, sebuah filter low-pass adalah sirkuit menawarkan bagian mudah sinyal frekuensi rendah dan bagian yang sulit untuk sinyal frekuensi tinggi. There are two basic kinds of circuits capable of accomplishing this objective, and many variations of each one: The inductive low-pass filter in Figure below Ada dua jenis dasar sirkuit mampu mencapai tujuan ini, dan banyak variasi masing-masing: Filter low-pass induktif pada Gambar di bawah and the capacitive low-pass filter in Figure below dan filter low-pass kapasitif pada Gambar di bawah ini

Inductive low-pass filter Induktif low-pass filter

The inductor's impedance increases with increasing frequency. Impedansi induktor yang meningkat dengan frekuensi yang meningkat. This high impedance in series tends to block high-frequency signals from getting to the load. Impedansi tinggi ini dalam seri cenderung untuk memblokir sinyal frekuensi tinggi dari sampai ke beban. This can be demonstrated with a SPICE analysis: (Figure below ) Hal ini dapat ditunjukkan dengan analisis SPICE: (Gambar di bawah ini )

inductive lowpass filter induktif lowpass filter              
v1 1 0 ac 1 sin v1 1 0 1 ac dosa
l1 1 2 3 l1 1 2 3
rload 2 0 1k rload 2 0 1k   
.ac lin 20 1 200 ac lin. 20 1 200
.plot ac v(2) plot v ac (2.)  
.end . Akhir   

The response of an inductive low-pass filter falls off with increasing frequency. Tanggapan dari low-pass filter induktif lepas dengan frekuensi meningkat.

Capacitive low-pass filter. Kapasitif low-pass filter.

The capacitor's impedance decreases with increasing frequency. impedansi kapasitor menurun dengan frekuensi yang meningkat. This low impedance in parallel with the load resistance tends to short out high-frequency signals, dropping most of the voltage across series resistor R ₁ . Ini impedansi rendah di paralel dengan tahanan beban cenderung keluar sinyal frekuensi tinggi pendek, menjatuhkan sebagian besar tegangan di resistor seri R _1. (Figure below ) (Gambar di bawah ini )

capacitive lowpass filter kapasitif lowpass filter                                 
v1 1 0 ac 1 sin v1 1 0 1 ac dosa
r1 1 2 500 r1 1 2 500     
c1 2 0 7u c1 2 0 7u      
rload 2 0 1k rload 2 0 1k   
.ac lin 20 30 150 ac lin. 20 30 150      
.plot ac v(2) plot v ac (2.)  
.end . Akhir   

The response of a capacitive low-pass filter falls off with increasing frequency. Respons filter low-pass kapasitif lepas dengan frekuensi yang meningkat.

The inductive low-pass filter is the pinnacle of simplicity, with only one component comprising the filter. Filter low-pass induktif merupakan puncak dari kesederhanaan, dengan hanya satu komponen yang terdiri dari filter. The capacitive version of this filter is not that much more complex, with only a resistor and capacitor needed for operation. Versi kapasitif filter ini tidak banyak yang lebih kompleks, dengan hanya sebuah resistor dan kapasitor yang dibutuhkan untuk operasi. However, despite their increased complexity, capacitive filter designs are generally preferred over inductive because capacitors tend to be “purer” reactive components than inductors and therefore are more predictable in their behavior. Namun, kompleksitas meskipun mereka yang meningkat, desain filter kapasitif adalah lebih dipilih daripada kapasitor induktif karena cenderung "murni" komponen reaktif dari induktor dan oleh karena itu lebih mudah diprediksi dalam perilaku mereka. By “pure” I mean that capacitors exhibit little resistive effects than inductors, making them almost 100% reactive. Dengan "murni" berarti saya yang menunjukkan efek resistif kapasitor kecil dari induktor, membuat mereka hampir 100% reaktif. Inductors, on the other hand, typically exhibit significant dissipative (resistor-like) effects, both in the long lengths of wire used to make them, and in the magnetic losses of the core material. Induktor, di sisi lain, biasanya menunjukkan signifikan disipatif (resistor-seperti) efek, baik dalam panjang panjang kawat yang digunakan untuk membuat mereka, dan kerugian material magnetik inti. Capacitors also tend to participate less in “coupling” effects with other components (generate and/or receive interference from other components via mutual electric or magnetic fields) than inductors, and are less expensive. Kapasitor juga cenderung kurang berpartisipasi dalam "kopling" efek dengan komponen lainnya (menghasilkan dan / atau menerima gangguan dari komponen lain melalui medan listrik atau magnet bersama) dari induktor, dan lebih murah.

However, the inductive low-pass filter is often preferred in AC-DC power supplies to filter out the AC “ripple” waveform created when AC is converted (rectified) into DC, passing only the pure DC component. Namun, low-pass filter induktif sering pilihan pada pasokan listrik AC-DC ke AC menyaring "riak" gelombang dibuat ketika AC diubah (diperbaiki) ke DC, hanya melewati komponen murni DC. The primary reason for this is the requirement of low filter resistance for the output of such a power supply. Alasan utama untuk ini adalah kebutuhan resistensi rendah untuk filter output seperti catu daya. A capacitive low-pass filter requires an extra resistance in series with the source, whereas the inductive low-pass filter does not. Sebuah filter low-pass kapasitif membutuhkan perlawanan ekstra secara seri dengan sumber, sedangkan filter low-pass induktif tidak. In the design of a high-current circuit like a DC power supply where additional series resistance is undesirable, the inductive low-pass filter is the better design choice. Dalam desain sebuah sirkuit tinggi saat ini seperti listrik DC di mana resistensi seri tambahan yang tidak diinginkan, filter low-pass induktif adalah pilihan desain yang lebih baik. On the other hand, if low weight and compact size are higher priorities than low internal supply resistance in a power supply design, the capacitive low-pass filter might make more sense. Di sisi lain, jika berat badan rendah dan ukuran yang kompak merupakan prioritas lebih tinggi dari pasokan rendah resistansi internal dalam desain power supply, filter low-pass kapasitif mungkin lebih masuk akal.

All low-pass filters are rated at a certain cutoff frequency . Semua-pass filter dinilai rendah pada frekuensi cutoff tertentu. That is, the frequency above which the output voltage falls below 70.7% of the input voltage. Artinya, frekuensi di atas yang tegangan output turun di bawah 70,7% dari tegangan input. This cutoff percentage of 70.7 is not really arbitrary, all though it may seem so at first glance. Ini persentase 70,7 cutoff tidak benar-benar sewenang-wenang, semua meskipun mungkin tampak begitu pada pandangan pertama. In a simple capacitive/resistive low-pass filter, it is the frequency at which capacitive reactance in ohms equals resistance in ohms. Dalam penyaring kapasitif sederhana / low-pass resistif, itu adalah frekuensi di mana reaktansi kapasitif dalam ohm sama dengan resistensi dalam ohm. In a simple capacitive low-pass filter (one resistor, one capacitor), the cutoff frequency is given as: Dalam low-pass filter sederhana kapasitif (satu resistor, kapasitor satu), frekuensi cutoff diberikan sebagai:

Inserting the values of R and C from the last SPICE simulation into this formula, we arrive at a cutoff frequency of 45.473 Hz. Memasukkan nilai-nilai R dan C dari simulasi SPICE terakhir ke rumus ini, kita sampai pada suatu frekuensi cutoff dari 45,473 Hz. However, when we look at the plot generated by the SPICE simulation, we see the load voltage well below 70.7% of the source voltage (1 volt) even at a frequency as low as 30 Hz, below the calculated cutoff point. Namun, ketika kita melihat plot yang dihasilkan oleh simulasi SPICE, kita melihat beban tegangan di bawah 70,7% dari sumber tegangan (1 volt) bahkan pada frekuensi rendah 30 Hz, di bawah titik cutoff yang dihitung. What's wrong? Apa yang salah? The problem here is that the load resistance of 1 kΩ affects the frequency response of the filter, skewing it down from what the formula told us it would be. Masalahnya di sini adalah bahwa tahanan beban dari 1 kΩ mempengaruhi respon frekuensi filter, skewing menurunkannya dari apa rumus memberitahu kami akan. Without that load resistance in place, SPICE produces a Bode plot whose numbers make more sense: (Figure below ) Tanpa perlawanan beban di tempat, SPICE menghasilkan plot Bode yang jumlahnya lebih masuk akal: (Gambar di bawah ini )

capacitive lowpass filter kapasitif lowpass filter  
v1 1 0 ac 1 sin v1 1 0 1 ac dosa
r1 1 2 500 r1 1 2 500     
c1 2 0 7u c1 2 0 7u
* note: no load resistor! * Catatan: tidak ada resistor beban!      
.ac lin 20 40 50 ac lin. 20 40 50
.plot ac v(2) plot v ac (2.)  
.end . Akhir   

For the capacitive low-pass filter with R = 500 Ω and C = 7 µF, the Output should be 70.7% at 45.473 Hz. Untuk low-pass filter kapasitif dengan R = 500 Ω dan C = 7 μF, Output harus 70,7% pada 45,473 Hz.

           f cutoff = 1/(2πRC) = 1/(2π(500 Ω)(7 µF)) = 45.473 Hz f cutoff = 1 / (2πRC) = 1 / (2π (500 Ω) (7 μF)) = 45,473 Hz

When dealing with filter circuits, it is always important to note that the response of the filter depends on the filter's component values and the impedance of the load. Ketika berhadapan dengan rangkaian filter, itu selalu penting untuk dicatat bahwa respon filter itu tergantung pada nilai-nilai komponen saringan dan impedansi beban. If a cutoff frequency equation fails to give consideration to load impedance, it assumes no load and will fail to give accurate results for a real-life filter conducting power to a load. Jika persamaan frekuensi cutoff gagal untuk memberikan pertimbangan untuk memuat impedansi, diasumsikan tidak ada beban dan akan gagal untuk memberikan hasil yang akurat untuk filter kehidupan nyata melakukan kekuatan untuk beban.

One frequent application of the capacitive low-pass filter principle is in the design of circuits having components or sections sensitive to electrical “noise.” As mentioned at the beginning of the last chapter, sometimes AC signals can “couple” from one circuit to another via capacitance (C _stray ) and/or mutual inductance (M _stray ) between the two sets of conductors. Satu aplikasi sering prinsip low-pass filter kapasitif adalah pada desain sirkuit memiliki komponen atau bagian sensitif terhadap listrik "noise" Seperti disebutkan di awal bab terakhir, kadang-kadang sinyal AC dapat "pasangan" dari satu sirkuit ke yang lain. melalui kapasitansi (C _tersesat) dan / atau induktansi bersama (M _nyasar) antara dua pasang konduktor. A prime example of this is unwanted AC signals (“noise”) becoming impressed on DC power lines supplying sensitive circuits: (Figure below ) Sebuah contoh utama dari hal ini adalah sinyal AC yang tidak diinginkan ("noise") menjadi terkesan pada saluran listrik DC memasok sirkuit sensitif: (Gambar di bawah ini )

Noise is coupled by stray capacitance and mutual inductance into “clean” DC power. Kebisingan digabungkan dengan kapasitansi dan induktansi saling nyasar ke "" listrik DC yang bersih.

The oscilloscope-meter on the left shows the “clean” power from the DC voltage source. The osiloskop meter di sebelah kiri menunjukkan "bersih" daya dari sumber tegangan DC. After coupling with the AC noise source via stray mutual inductance and stray capacitance, though, the voltage as measured at the load terminals is now a mix of AC and DC, the AC being unwanted. Setelah kopling dengan sumber kebisingan AC melalui induktansi mutual tersesat dan kapasitansi tersesat, meskipun, tegangan yang diukur pada terminal beban sekarang campuran AC dan DC, AC yang tidak diinginkan. Normally, one would expect E _load to be precisely identical to E _source , because the uninterrupted conductors connecting them should make the two sets of points electrically common. Biasanya, orang akan berharap _beban E harus tepat identik dengan _sumber E, karena terganggu konduktor menghubungkan mereka harus membuat dua set poin listrik umum. However, power conductor impedance allows the two voltages to differ, which means the noise magnitude can vary at different points in the DC system. Namun, daya impedansi konduktor memungkinkan dua tegangan berbeda, yang berarti besarnya kebisingan dapat bervariasi pada titik-titik yang berbeda dalam sistem DC.

If we wish to prevent such “noise” from reaching the DC load, all we need to do is connect a low-pass filter near the load to block any coupled signals. Jika kita ingin mencegah seperti "noise" dari mencapai beban DC, semua yang perlu kita lakukan adalah menghubungkan filter low-pass dekat beban untuk memblokir setiap sinyal digabungkan. In its simplest form, this is nothing more than a capacitor connected directly across the power terminals of the load, the capacitor behaving as a very low impedance to any AC noise, and shorting it out. Dalam bentuk yang paling sederhana, ini tidak lebih dari sebuah kapasitor terhubung secara langsung di terminal kekuatan beban, kapasitor bertindak sebagai impedansi sangat rendah untuk setiap suara AC, dan shorting it out. Such a capacitor is called a decoupling capacitor : (Figure below ) Seperti sebuah kapasitor disebut kapasitor decoupling: (Gambar di bawah ini )

Decoupling capacitor, applied to load, filters noise from DC power supply. kapasitor decoupling, diterapkan untuk memuat, filter suara dari catu daya DC.

A cursory glance at a crowded printed-circuit board (PCB) will typically reveal decoupling capacitors scattered throughout, usually located as close as possible to the sensitive DC loads. Pandangan sekilas sekilas papan sirkuit cetak-ramai (PCB) biasanya akan mengungkapkan kapasitor decoupling tersebar di seluruh, biasanya terletak sedekat mungkin dengan beban DC sensitif. Capacitor size is usually 0.1 µF or more, a minimum amount of capacitance needed to produce a low enough impedance to short out any noise. Capacitor ukuran biasanya 0,1 μF atau lebih, dengan jumlah minimal kapasitansi yang dibutuhkan untuk menghasilkan impedansi yang cukup rendah pendek keluar suara. Greater capacitance will do a better job at filtering noise, but size and economics limit decoupling capacitors to meager values. kapasitansi yang lebih besar akan melakukan pekerjaan yang lebih baik di penyaringan gangguan, tapi membatasi ukuran dan ekonomi decoupling kapasitor ke nilai seberapa.

• REVIEW: TINJAUAN:
• A low-pass filter allows for easy passage of low-frequency signals from source to load, and difficult passage of high-frequency signals. Sebuah filter low-pass memungkinkan untuk bagian yang mudah dari sinyal frekuensi rendah dari sumber ke beban, dan bagian yang sulit sinyal frekuensi tinggi.
• Inductive low-pass filters insert an inductor in series with the load; capacitive low-pass filters insert a resistor in series and a capacitor in parallel with the load. Induktif low-pass filter memasukkan sebuah induktor secara seri dengan beban; kapasitif low-pass filter memasukkan sebuah resistor secara seri dan kapasitor secara paralel dengan beban. The former filter design tries to “block” the unwanted frequency signal while the latter tries to short it out. Desain mantan filter mencoba "blok" sinyal frekuensi yang tidak diinginkan sedangkan yang kedua akan mencoba pendek itu.
• The cutoff frequency for a low-pass filter is that frequency at which the output (load) voltage equals 70.7% of the input (source) voltage. Frekuensi cutoff untuk-pass filter adalah bahwa frekuensi rendah di mana output (beban) tegangan sama dengan 70,7% dari input (sumber) tegangan. Above the cutoff frequency, the output voltage is lower than 70.7% of the input, and vice versa. Di atas cutoff frekuensi, tegangan output lebih rendah dari 70,7% dari masukan, dan sebaliknya.