چگونه یک فیلتر فعال نوع T طراحی کنیم؟

سلام! به‌عنوان تامین‌کننده فیلترهای نوع T، مدت زیادی است که در این بازی بوده‌ام و می‌دانم که طراحی یک فیلتر نوع T فعال که واقعاً کار می‌کند چقدر حیاتی است. در این وبلاگ، نکات و ترفندهایی را در مورد نحوه طراحی با شما به اشتراک می گذارم.

آشنایی با مبانی فیلترهای نوع T

اول از همه، اجازه دهید در مورد چیستی فیلتر نوع T صحبت کنیم. فیلتر نوع T نوعی مدار فیلتر غیرفعال است که از سه جزء تشکیل شده است که به شکل T مرتب شده اند. معمولاً در مدارهای الکترونیکی برای فیلتر کردن فرکانس‌های ناخواسته و اجازه عبور فقط فرکانس‌های مورد نظر استفاده می‌شود.

ساختار اصلی یک فیلتر نوع T شامل دو جزء سری و یک جزء شنت است. اجزای سری معمولاً سلف یا مقاومت هستند و جزء شنت معمولاً یک خازن است. مقادیر این مولفه ها فرکانس قطع فیلتر و سایر مشخصات را تعیین می کند.

چرا یک فیلتر نوع T فعال طراحی کنیم؟

اکنون، ممکن است تعجب کنید، چرا به جای فیلتر غیرفعال، از یک فیلتر نوع T فعال استفاده کنید؟ خوب، چند دلیل وجود دارد. فیلترهای اکتیو از اجزای فعال مانند تقویت کننده های عملیاتی (op-amp) علاوه بر اجزای غیرفعال استفاده می کنند. این به آن‌ها امکان می‌دهد بهره را ارائه دهند، به این معنی که می‌توانند سیگنال را در حین فیلتر کردن آن تقویت کنند. آنها همچنین از نظر انتخاب پذیری عملکرد بهتری ارائه می دهند، به این معنی که می توانند فرکانس های ناخواسته را با دقت بیشتری فیلتر کنند.

مرحله 1: الزامات خود را تعریف کنید

اولین قدم در طراحی یک فیلتر فعال نوع T این است که نیازهای خود را به وضوح تعریف کنید. شما باید بدانید که چه فرکانس هایی را می خواهید فیلتر کنید و چه فرکانس هایی را می خواهید مجاز کنید. این معمولاً با استفاده از فیلتر مشخص می شود. به عنوان مثال، اگر در حال طراحی فیلتری برای یک سیستم صوتی هستید، ممکن است بخواهید نویز فرکانس بالا را فیلتر کنید و در عین حال به فرکانس های صوتی اجازه عبور دهید.

شما همچنین باید الزامات افزایش را در نظر بگیرید. چقدر سود نیاز دارید؟ این به قدرت سیگنال ورودی و الزامات مراحل بعدی مدار شما بستگی دارد.

مرحله 2: اجزای مناسب را انتخاب کنید

هنگامی که الزامات خود را مشخص کردید، نوبت به انتخاب اجزای مناسب می رسد. همانطور که قبلاً اشاره کردم، یک فیلتر نوع T فعال از op-amp به همراه اجزای غیرفعال استفاده می کند.

برای آپ امپ، باید یکی را انتخاب کنید که محصول پهنای باند بهره مناسب، نرخ حرکت و امپدانس ورودی/خروجی را داشته باشد. این پارامترها بر عملکرد فیلتر تأثیر می گذارد. انواع مختلفی از آپ امپ در بازار موجود است، بنابراین تحقیق کنید و یکی را انتخاب کنید که متناسب با نیاز شما باشد.

برای اجزای غیرفعال، باید مقادیر مناسب مقاومت، سلف و خازن را انتخاب کنید. مقادیر این قطعات فرکانس قطع و سایر مشخصات فیلتر را تعیین می کند. می توانید از معادلات طراحی فیلتر یا ماشین حساب های آنلاین برای کمک به انتخاب مقادیر مناسب استفاده کنید.

مرحله 3: مدار را طراحی کنید

اکنون بخش سرگرم کننده می آید - طراحی مدار. توپولوژی های مختلفی برای فیلترهای نوع T فعال وجود دارد و انتخاب توپولوژی بستگی به نیاز شما دارد.

یکی از توپولوژی رایج فیلترهای نوع T فعال معکوس است. در این توپولوژی، سیگنال ورودی به ورودی معکوس op-amp اعمال می شود. مقاومت ها و خازن ها به شکل T در اطراف op-amp متصل شده اند. خروجی op-amp سیگنال فیلتر شده است.

توپولوژی دیگر فیلتر نوع T فعال غیر معکوس است. در این حالت، سیگنال ورودی به ورودی غیر معکوس op-amp اعمال می شود. شبکه T شکل از مقاومت ها و خازن ها هنوز برای فیلتر کردن سیگنال استفاده می شود.

هنگام طراحی مدار، حتما به حلقه بازخورد توجه کنید. حلقه بازخورد سود و پایداری فیلتر را تعیین می کند. شما باید مقادیر مناسبی از مقاومت های بازخورد را انتخاب کنید تا به سود مورد نظر برسید.

مرحله 4: مدار را شبیه سازی کنید

قبل از اینکه مدار واقعی را بسازید، ایده خوبی است که آن را شبیه سازی کنید. نرم افزارهای شبیه سازی مدار زیادی مانند LTspice و Multisim در دسترس هستند. این برنامه ها به شما امکان می دهند مدار خود را مدل سازی کرده و عملکرد آن را تجزیه و تحلیل کنید.

برای بررسی پاسخ فرکانسی فیلتر می توانید از نرم افزار شبیه سازی استفاده کنید. پاسخ فرکانس نشان می دهد که چگونه فیلتر به فرکانس های مختلف پاسخ می دهد. شما می خواهید مطمئن شوید که فیلتر فرکانس قطع و انتخابی مورد نظر را دارد. همچنین می توانید بهره فیلتر را بررسی کنید و مطمئن شوید که نیازهای شما را برآورده می کند.

مرحله 5: مدار را بسازید و آزمایش کنید

هنگامی که از نتایج شبیه سازی راضی شدید، نوبت به ساخت مدار واقعی می رسد. برای ساخت مدار می توانید از برد مدار چاپی (PCB) یا برد برد استفاده کنید. اگر از PCB استفاده می کنید، حتماً از تکنیک های لحیم کاری مناسب پیروی کنید.

پس از ساخت مدار، نوبت به تست آن می رسد. می توانید از یک سیگنال مولد برای اعمال فرکانس های مختلف به ورودی فیلتر استفاده کنید و از یک اسیلوسکوپ برای اندازه گیری خروجی استفاده کنید. نتایج اندازه گیری شده را با نتایج شبیه سازی مقایسه کنید تا مطمئن شوید مدار مطابق انتظار کار می کند.

محصولات مرتبط

اگر به انواع دیگر فیلترها نیز علاقه دارید، ما نیز پیشنهاد می کنیمفیلتر سبد،شیشه بینایی، وفیلتر نوع Y. این فیلترها ویژگی ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند و می توانند افزودنی عالی برای سیستم شما باشند.

نتیجه گیری

طراحی یک فیلتر نوع T فعال ممکن است در ابتدا کمی دلهره آور به نظر برسد، اما اگر این مراحل را دنبال کنید، می توانید فیلتری طراحی کنید که نیازهای شما را برآورده کند. به یاد داشته باشید که الزامات خود را به وضوح تعریف کنید، اجزای مناسب را انتخاب کنید، مدار را با دقت طراحی کنید، آن را شبیه سازی کنید و سپس آن را بسازید و آزمایش کنید.

اگر علاقه مند به خرید فیلترهای نوع T هستید یا در مورد فرآیند طراحی سوالی دارید، برای بحث در مورد خرید صحبت کنید. ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم تا بهترین راه حل را برای نیازهای خود پیدا کنید.

مراجع

• Horowitz, P., & Hill, W. (1989). هنر الکترونیک. انتشارات دانشگاه کمبریج
• سدرا، اس، و اسمیت، کی سی (2015). مدارهای میکروالکترونیک انتشارات دانشگاه آکسفورد