فیلتر چیست؟

فیلتر مداری است که برای اصلاح، تغییر شکل یا حذف بخشی از فرکانس‌های ناخواسته یک سیگنال الکتریکی و عبور سیگنال‌های مورد نظر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به بیان دیگر فیلترها، سیگنال‌های ناخواسته را فیلتر می‌کنند.

و یک فیلتر ایده‌آل، سیگنال‌های ورودی سینوسی مورد نظر را جدا کرده و از خود عبور می‌دهد.

در کاربرد‌های فرکانس پایین (تا100khz)، فیلتر‌های پسیو معمولاً از مدار‌های RC (مقاومت–خازن) ساخته می‌شوند.

در حالی که فیلتر‌هایی با فرکانس بالاتر (بیشتر از 100khz)، معمولاً از مدار‌های RLC (مقاومت-سلف-خازن) تشکیل می‌شوند.

فیلتر پسیو (Passive filters):

فیلتر‌های پسیو (Passive filters)،به این دلیل با این نام هستند که  از اجزای پسیوی مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها تشکیل می‌شوند.

عناصر تقویت‌کننده‌ای مانند ترانزیستور، تقویت‌کننده و… ندارند.

بنابراین، بهره‌ای(GAIN) نیز ندارند و سطح خروجی آن‌ها اساسا همیشه، کم‌تر از ورودی است.

 

انواع:

فیلتر‌ها معمولا بر اساس محدوده فرکانس‌هایی از سیگنال‌ها نام‌گذاری می‌شوند که اجازه عبور به آن‌ها می‌دهند.

فیلتر‌های رایج به شرح زیر هستند:

• فیلتر پایین گذر (Low Pass Filter): این فیلتر، منحصرا اجازه عبور سیگنال‌های فرکانس پایین از 0HZ تا فرکانس قطع FC‌ را می‌دهد و سیگنال‌هایی با فرکانس بالاتر را اجازه عبور نمی‌دهد و مسدود می‌کند.

• فیلتر بالا گذر (High Pass Filter):

این فیلتر، فقط اجازه عبور سیگنال‌های فرکانس بالا از فرکانس قطع FC تا فرکانس بی‌نهایت را می‌دهد.

همچنین سیگنال‌هایی با فرکانس پایین‌تر را مسدود می‌کند.

• فیلتر میان گذر (Band Pass Filter):

این فیلتر، سیگنال‌هایی را عبور می‌دهد که فرکانس آن‌ها در یک باند فرکانسی بین دو نقطه مشخص است.

همچنین سیگنال‌هایی با فرکانس‌های غیر از بین آن دو نقطه را مسدود می‌کند.

یک پسیو مرتبه اول ساده را می‌توان با اتصال سری یک مقاومت و یک خازن ساخت.

ولتاژ ورودی (V in) به آن‌ها اعمال شده و خروجی(V out) از نقطه اتصال آن‌ها گرفته می‌شود.

بسته به این‌که مقاومت یا خازن را به‌عنوان خروجی در نظر بگیریم، فیلتر می‌تواند بالاگذر یا پایین گذر باشد.

از آن‌جایی که کار هر فیلتر، عبور سیگنال‌هایی با باند فرکانسی مشخص است.

همینطور تضعیف یا حذف سیگنال‌هایی با فرکانس غیر از آن باند است، مشخصه پاسخ دامنه یک فیلتر ایده‌آل را با استفاده از منحنی پاسخ فرکانسی ایده‌آل چهار نوع فیلتر اساسی به‌شکل زیر نشان داد:

منحنی‌های پاسخ :

فیلتر‌ها را می‌توان به دو دسته مجزا تقسیم کرد:

فیلتر اکتیو (Active filter) و فیلتر پسیو (passieve filter). فیلتر‌های اکتیو، شامل قطعات تقویت‌کننده هستند که قدرت سیگنال را افزایش می‌دهند، در حالی که فیلتر‌های پسیو، این قطعات را در مدار خود ندارند. از آن‌جایی که دو عنصر پسیو در طراحی فیلتر پسیو (RC) وجود دارد، سیگنال خروجی، دامنه‌ای کمتر از سیگنال ورودی متناظر خواهد داشت، بنابراین، فیلتر‌های RC پسیو، سیگنال را تضعیف می‌کنند و بهره (GAIN) آن‌ها کم‌تر از یک است.

یک فیلتر پایین گذر می‌تواند متشکل از خازن، سلف و مقاومت باشد.

در فرکانس‌های بالاتر از یک مقدار مشخص، سیگنال‌ها را تضعیف می‌کند.

اما در فرکانس‌های پایین‌تر از آن، سیگنال‌ها را تضعیف نمی‌کند.

این مقدار فرکانس که فیلتر، قبل و بعد از آن، عملکرد متفاوتی دارد، فرکانس قطع (Cut-off frequency) یا فرکانس گوشه (Corner frequency) نامیده می‌شود.