فیلتر پایین‌‌گذر

معرفی فیلترها:

فیلترها مدارهایی برای اصلاح، تغییر شکل یا حذف بخشی از فرکانس‌های ناخواسته یک سیگنال الکتریکی یا همه آن‌ و عبور سیگنال‌های مورد نظر هستند که به سه دسته فیلتر پایین‌‌گذر ، بالاگذر و میان‌گذر تقسیم می‌شوند.

همچنین فیلترهای پسیو (Passive filters)، از اجزای پسیوی مانند مقاومت‌، خازن‌ و سلف‌ تشکیل می‌شوند و عناصر تقویت‌کننده‌ای مانند ترانزیستور، تقویت‌کننده و… ندارند.

بنابراین سطح خروجی آن‌ها همیشه کمتر از ورودی است.

در این مطلب درباره فیلترهای پایین‌گذر پسیو بحث خواهیم کرد.

فیلتر پایین‌‌گذر یا LPF، فیلتری است که سیگنال‌هایی را با فرکانس کمتر از فرکانس قطع (فرکانس درخواستی) منتقل می‌کند.

یعنی دامنه عبور سیگنال‌های با فرکانس بالاتر از فرکانس قطع را کاهش می‌دهد.

این فرکانس به طور دقیق در محلی واقع شده که دامنه سیگنال خروجی، 70 درصد دامنه سیگنال ورودی می‌باشد.

مقدار دقیق فرکانس فیلتر به طراحی فیلتر بستگی دارد. این فیلتر مکمل یک فیلتر بالاگذر یا High Pass Filter است.

این فیلترها در اشکال مختلفی وجود دارد، از جمله:

• مدارهای الکترونیکی مانند فیلتر نویز در صدا
• فیلترهایی 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

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 نمونه اولیه 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 پایین‌‌گذر :

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 افزایش فرکانس افزایش می‌یابد.

این امپدانس بالا در حالت سری، 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 پایین‌‌گذر اکتیو

این نوع فیلترهای شرح داده شده به فیلتر پایین‌‌گذر پسیو معروف هستند.

فیلتر پایین‌‌گذر اکتیو به سادگی و  فقط با اضافه کردن یک آپ امپ به مدار فیلتر پسیو ایجاد می‌شود.

عملکرد این فیلتر عینا مشابه سیستم‌های پسیو است. با این تفاوت که میزان دامنه خروجی توسط OP-AMP تقویت می‌شود.