Wat doet een elektronisch filter?

Elektronische filters zijn een apparaat voor signaalverwerking en filtering in de vorm van een elektrisch circuit. Dit circuit gebruikt componenten en verbindt ze in specifieke configuraties voor specifieke doeleinden. Nadat ze met elkaar zijn verbonden, worden ze beschouwd als één apparaat en kunnen ze worden geanalyseerd.

Filter Circuit is een zeer nuttig AC-circuit als we zorgvuldig selectief willen zijn bij het filteren van één frequentiebereik dat in ons elektrische circuit is gemengd. Een circuit dat in staat is om een ​​frequentiebereik te filteren op basis van onze selectie, staat bekend als een filter circuit.

We zullen erg afhankelijk zijn van het filter circuit als we een audiosysteem ontwerpen waarbij een ruis onze audio-uitvoer kan verstoren. Een bepaald frequentiebereik moet uit ons circuit worden gehaald voor onze gewenste geluidskwaliteit en een beter stroomverbruik.

Het meest voorkomende voorbeeld van filter circuits in audiosystemen is een equalizer. Dit apparaat kan ons helpen een specifiek frequentiebereik te versterken om aan het oor van ons publiek te voldoen.

Andere voorbeelden naast een equalizer zijn tweeter, crossover-netwerk, actief en passief filter.

Tweeter (een hoge frequentie luidspreker) is geweldig in het produceren van hoge frequentie signalen. Maar we kunnen dit niet direct gebruiken om hoge frequenties te produceren. Omdat het uitstekend is in het produceren van hoogfrequent geluid, is het verschrikkelijk in het produceren van laagfrequente signalen. Daarom gebruiken we een crossover netwerk tussen een tweeter en de uitgangsaansluiting van de luidspreker.

Met deze configuratie kan ons circuit laagfrequente signalen blokkeren en alleen hoogfrequente signalen doorlaten.

Een crossover netwerk kan een specifiek bereik van frequenties blokkeren om niet door te geven aan de uitgang. Hiermee kunnen we een audiosysteem bouwen met een goede efficiëntie en goede prestaties tegelijkertijd.

In deze les leren we kort wat een elektronisch filter is. Er zijn hier verschillende meer gedetailleerde lessen die u afzonderlijk kunt leren, omdat het vrij lang zal duren voordat we deze circuit elementen volledig begrijpen.

Elektronische filters kunnen worden gebouwd met digitale circuits of analoge circuits.

Wat is een elektronisch filter?

Zoals eerder gezegd is een elektronisch filter een type circuit dat een specifiek frequentiebereik kan blokkeren en/of specifieke frequentiebereiken kan doorlaten. Het kan niet alleen blokkeren en doorlaten, maar ook het doorlaat bereik van de frequentie versterken.

Dit type circuit is erg handig voor:

• DC-voedingen: een elektronisch filter kan specifieke frequentiebereiken blokkeren (of elimineren) (voornamelijk een hoge frequentie die als ruis wordt beschouwd) om te fungeren als een circuit om rimpel te verminderen. Als u een DC-voeding bouwt vanuit een AC-ingang, kunt u overwegen om een ​​filter te gebruiken om uw uitvoer te egaliseren.
• Audiosysteem: crossover netwerk wordt gebruikt om selectief een specifiek frequentiebereik door te geven aan de bijbehorende audioapparaten. Geef bijvoorbeeld de lage frequentie door aan de woofer, de middenfrequentie aan de luidspreker en de hoge frequentie aan de tweeter.
• Communicatiesysteem: een communicatiesysteem zoals een radio kan een specifieke frequentie ontvangen dankzij het elektronische filter circuit. De gewenste frequentie wordt vastgelegd, terwijl ongewenste frequenties worden afgewezen.
• Analoog naar digitaal converter (ADC): elektronisch filter is een grote hulp voor analoog naar digitaal converter om ruis en interferentie uit de signaalinvoer te verwijderen en het circuit te beschermen.

Soorten elektrische filters

Er zijn vier hoofdtypen elektrische filters:

• Laagdoorlaatfilter
• Hoogdoorlaatfilter
• Banddoorlaatfilter
• Bandstopfilter

Het meest basale elektronische filter is een filter RC-circuit. Een filter RC-circuit kan fungeren als een laagdoorlaatfilter of hoogdoorlaatfilter.

De termen lage en hoge frequenties hebben geen specifieke waarden voorafgaand aan het ontwerpen van een circuit. De werkelijke waarde van lage en hoge frequenties wordt bepaald door onze “hoe een filter circuit te ontwerpen”. Met veel circuit elementen en hun waarden kunnen we regelen of de gewenste en ongewenste frequentie wordt doorgelaten of geblokkeerd.

Onze enige taak bij het ontwerpen van een elektrisch filter is om eerst de afsnijfrequentie te bepalen en door te gaan naar het circuit ontwerp samen met de circuit analyse om ervoor te zorgen dat alles op het goede spoor zit.

Net zoals circuit elementen waar je actieve en passieve elementen kunt vinden, hebben elektronische filters ook actieve filters en passieve filters.

Laten we kort de vier primaire typen elektronische filters leren kennen. We hebben de gedetailleerde uitleg in andere lessen gegeven.

Laagdoorlaatfilter

Low pass filter is een elektronisch filter dat frequenties blokkeert die hoger zijn dan de cut-off frequentie. Dit filter laat alle signalen toe die lager zijn dan de cut-off frequentie. Dit circuit zal ons helpen om ervoor te zorgen dat hoogfrequente ruis wordt geëlimineerd.

Hoogdoorlaatfilter

Tegenover het low pass filter is een high pass filter een elektronisch filter dat lagere frequenties dan de cut-off frequentie elimineert en de hogere frequentie toelaat. Het wordt vaak gebruikt om ervoor te zorgen dat de ongewenste DC spanning offset veroorzaakt door lage frequentie componenten de output niet verstoort.

Banddoorlaatfilter

Banddoorlaatfilter, zoals de naam al aangeeft, laat een bepaald frequentiebereik door, terwijl het andere wordt geblokkeerd. Dit elektronische circuit heeft twee afsnijfrequentie, één voor het lagere bereik en één voor het hogere bereik.

Bandstopfilter

Tegenover het banddoorlaatfilter is een bandstopfilter of notch filter een elektrisch filter dat een bepaald frequentiebereik blokkeert terwijl de rest wordt doorgelaten. Net als het banddoorlaatfilter heeft dit filter ook twee afsnijfrequenties bij een lager en hoger bereik.

Verschillen tussen actief filter en passief filter

Zoals de naam al aangeeft, is een actief filter in principe een filter dat is opgebouwd uit actieve componenten zoals een operationele versterker, samen met passieve componenten zoals een weerstand en een condensator om het goed te laten werken.

Aan de andere kant is een passief filter puur opgebouwd uit passieve componenten zoals een weerstand, inductor en condensator. Een passief filter is erg lastig te maken, omdat we de waarden van weerstanden, inductoren en condensatoren moeten berekenen om de frequentie goed te laten filteren.

Een passief filter zal het moeilijk hebben om zeer lage frequenties te filteren, omdat we een grote inductantie en capaciteit nodig hebben, omdat het beperkingen heeft op de lagere frequentie. De zeer brede hoge frequentie wordt veroorzaakt door de parasitaire inducties en capaciteiten.

Daarom moeten we voorzichtig zijn bij het ontwerpen van een passief filter.

Niet al te veel moeite vergeleken met het passieve filter, een actief filter maakt gebruik van actieve componenten zoals een operationele versterker, samen met weerstanden en condensatoren. Dit type filter is zeer goed in staat om lage frequenties (bijna 0 Hz) te verwerken, in tegenstelling tot passieve filters.

Niet alleen dat, omdat het operationele versterkers gebruikt, is het in staat om bijvoorbeeld spanningsversterking te versterken. Dit filter is zeer veelzijdig om te gebruiken voor filters van hoge orde, maar minder efficiënt bij het omgaan met zeer hoge frequenties, omdat elke operationele versterker zijn eigen beperkingen heeft, hun op-amp heeft een bandbreedtebeperking.

Hoe ontwerp je een filter circuit

Nadat we de typen elektronische filters en hun componenten hebben geleerd, moeten we nu leren hoe we een filter circuit ontwerpen. Zoals hierboven vermeld, is de eerste stap bij het ontwerpen van een elektrisch filter circuit het berekenen van de component waarde die in ons ontwerp is gebruikt.

We moeten de weerstanden, inductoren, condensator, operationele versterker configuratie, gewenste afsnijfrequentie, bandbreedte en de volgorde van ons filter berekenen.

Vervolgens kunnen we, om het veel gemakkelijker te maken, een elektrische circuit simulatie gebruiken om de geschatte output te genereren zonder kosten voor de proeffase. Deze simulatie is gemakkelijk voor ons om ons eerste ontwerp aan te passen aan onze wensen.

De derde stap is om de praktische waarde in ons ontwerp te verwerken, bijvoorbeeld de tolerantie van onze componenten, de datasheets, beschikbaarheid op de markt, kosten en nog veel meer.

De laatste stap, en die vereist een meer geavanceerde analyse, is het bepalen van onze filter volgorde.

Eigenschappen van elektrisch filter

• Eliminatie: Elektrische filters hebben de eigenschap van eliminatie. Het elimineert niet puur de ongewenste frequentie uit het circuit. Preciezer gezegd, het vermindert de amplitude van de ongewenste frequenties.
• Faseverschuiving: Zelfs met zijn sterke eigenschap, hebben elektronische filters ook een paar problemen. Omdat het is gebouwd met behulp van een condensator (en inductor als het een passief filter is), zorgen zowel de condensator als de inductor ervoor dat de uitvoer in fase verschuift. We moeten voorzichtig zijn met het gebruik van filters als ons circuit gevoelig is voor faseverschuiving.

Veelgestelde vragen