निष्क्रिय कम पास फिल्टर

यह ट्यूटोरियल इलेक्ट्रॉनिक्स में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले पैसिव लो पास फ़िल्टर के बारे में है। आप अपनी पढ़ाई में या अपने पेशेवर कैरियर में लगभग हर बार इस 'तकनीकी' शब्द को सुनेंगे या उसका उपयोग करेंगे। आइए जानें कि इस तकनीकी शब्द में क्या खास है।

यह सर्किट, सूत्र, वक्र क्या है?

नाम से शुरू करते हैं। क्या आप जानते हैं कि निष्क्रिय क्या है ? क्या कम है ? क्या है गुजर और क्या है फ़िल्टर ? यदि आप उन चार शब्दों " पैसिव लो पास फ़िल्टर " के अर्थ को समझते हैं, तो आप 50% " पैसिव लो पास फ़िल्टर " के 50% को समझेंगे, बाकी के 50% हम आगे देखेंगे।

" पैसिव " - डिक्शनरी में इसका मतलब है कि सक्रिय प्रतिक्रिया के बिना क्या होता है या क्या होता है।

" लो पास फ़िल्टर " - इसका मतलब है कि जो कम है उसे पारित करना, इसका मतलब यह भी है कि जो उच्च है उसे अवरुद्ध करना । यह पारंपरिक जल फ़िल्टर के समान है जो हमारे घर / कार्यालय में है जो अशुद्धियों को रोकते हैं और केवल स्वच्छ पानी को पार करते हैं।

कम पास फिल्टर कम आवृत्ति पास और उच्च एक ब्लॉक । एक पारंपरिक लो पास फिल्टर 30-300Khz (लो फ्रिक्वेंसी) से लेकर फ्रीक्वेंसी पास होता है और ऑडियो एप्लीकेशन में इस्तेमाल होने पर उस फ्रीक्वेंसी के ऊपर ब्लॉक हो जाता है।

लो पास फिल्टर के साथ कई चीजें जुड़ी हैं। जैसा कि पहले बताया गया था कि यह साइनसॉइडल सिग्नल (एसी) की अवांछित चीजों (सिग्नल) को फ़िल्टर करेगा ।

जैसा कि निष्क्रिय का मतलब है कि हम आमतौर पर फ़िल्टर किए गए सिग्नल आउट के लिए कोई बाहरी स्रोत लागू नहीं करते हैं, इसे निष्क्रिय घटकों का उपयोग करके बनाया जा सकता है, जिन्हें बिजली की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए फ़िल्टर किए गए सिग्नल गेट प्रवर्धित नहीं होते हैं, आउटपुट सिग्नल का आयाम किसी भी कीमत पर नहीं बढ़ेगा। ।

100Khz तक की फ़िल्टरिंग के लिए रेसिस्टर और कैपेसिटर कॉम्बिनेशन (RC) का उपयोग करके कम पास फिल्टर बनाए जाते हैं लेकिन बाकी 100khz-300khz रेसिस्टर, कैपेसिटर और Inductor के लिए उपयोग किया जाता है (RLC)।

यहाँ इस छवि में सर्किट है:

यह एक RC फ़िल्टर है। आम तौर पर इस श्रंखला को रोकनेवाला और गैर-ध्रुवीकृत संधारित्र के संयोजन पर एक इनपुट सिग्नल लगाया जाता है । यह एक पहला ऑर्डर फिल्टर है क्योंकि संधारित्र में केवल एक प्रतिक्रियाशील घटक होता है जो संधारित्र होता है। फ़िल्टर्ड आउटपुट संधारित्र में उपलब्ध होगा।

वास्तव में सर्किटरी के अंदर जो होता है वह काफी दिलचस्प है।

कम आवृत्तियों पर संधारित्र की प्रतिक्रिया प्रतिरोध प्रतिरोधक मूल्य से बहुत बड़ी होगी। तो, संधारित्र भर में सिग्नल की वोल्टेज क्षमता, प्रतिरोधक में वोल्टेज ड्रॉप की तुलना में बहुत बड़ी होगी।

उच्च आवृत्तियों में ठीक विपरीत चीज होगी। रेसिस्टर का प्रतिरोधक मूल्य अधिक हो जाता है और इसके कारण संधारित्र की प्रतिक्रिया के प्रभाव से संधारित्र में वोल्टेज छोटा हो जाता है।

यहाँ यह वक्र है कि यह संधारित्र के उत्पादन में एक जैसा कैसे दिखता है: -

फ्रीक्वेंसी रिस्पांस और कट-ऑफ फ्रीक्वेंसी

आइए इस वक्र को आगे समझते हैं

f _c फिल्टर की कटऑफ फ्रीक्वेंसी है। सिग्नल लाइन 0dB / 118Hz से 100 KHz तक यह लगभग सपाट है।

गणना लाभ का सूत्र है

लाभ = 20log (वोट / विन)

यदि हम उन मूल्यों को रखते हैं तो हम लाभ का परिणाम देखेंगे जब तक कि कट-ऑफ आवृत्ति लगभग 1. 1 यूनिट का लाभ या 1x लाभ को एकता लाभ नहीं कहा जाता है ।

कट-ऑफ सिग्नल के बाद सर्किट की प्रतिक्रिया धीरे-धीरे 0 (जीरो) तक घट जाती है और यह गिरावट -20 डीबी / दशक की दर से होती है । यदि हम प्रति सप्तक घट की गणना करें तो यह -6 dB होगा। तकनीकी शब्दावली में इसे " रोल-ऑफ " कहा जाता है ।

कम आवृत्तियों पर संधारित्र की उच्च अभिक्रिया संधारित्र के माध्यम से विद्युत प्रवाह को रोकती है।

यदि हम कट-ऑफ सीमा के ऊपर उच्च आवृत्तियों को लागू करते हैं, तो सिग्नल आवृत्ति में वृद्धि होने पर कैपेसिटर रिएक्शन आनुपातिक रूप से कम हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कम प्रतिक्रिया होती है, आउटपुट कैपेसिटर में शॉर्ट-सर्किट की स्थिति के प्रभाव के रूप में 0 होगा।

यह लो पास फिल्टर है। उचित अवरोधक और उचित संधारित्र का चयन करके हम आवृत्ति को रोक सकते हैं, सिग्नल को प्रभावित किए बिना सिग्नल को सीमित कर सकते हैं क्योंकि कोई सक्रिय प्रतिक्रिया नहीं है।

उपरोक्त छवि में एक शब्द बैंडविड्थ है । यह संकेत कर रहा है कि एकता लाभ लागू होगा और संकेत अवरुद्ध हो जाएगा। तो अगर यह 150 Khz कम पास वाला फ़िल्टर है तो बैंडविड्थ 150Khz होगा। उस बैंडविड्थ आवृत्ति के बाद सिग्नल अटैच हो जाएगा और सर्किट्री से गुजरना बंद हो जाएगा।

इसके अलावा -3 डीबी है, यह एक महत्वपूर्ण बात है, कट-ऑफ आवृत्ति पर हमें -3 ​​डीबी का लाभ मिलेगा जहां सिग्नल 70.7% तक पहुंच गया है और कैपेसिटिव रिएक्शन और प्रतिरोध बराबर आर = एक्ससी है।

कट-ऑफ फ्रीक्वेंसी का फॉर्मूला क्या है?

f _c = 1 / 2πRC

तो, R प्रतिरोध है और C समाई है। यदि हम मूल्य डालते हैं तो हम कटऑफ आवृत्ति को जान पाएंगे।

आउटपुट वोल्टेज गणना

आइए पहली छवि देखें सर्किटरी जहां 1 रोकनेवाला और एक संधारित्र का उपयोग कम पास फिल्टर या आरसी सर्किट बनाने के लिए किया जाता है।

जब डीसी सिग्नल पूरे सर्किट में लागू होता है, तो यह सर्किट का प्रतिरोध होता है, जो धारा प्रवाहित होने पर ड्रॉप बनाता है, लेकिन एसी सिग्नल के मामले में यह प्रतिबाधा है, जो ओम में भी मापा जाता है।

आरसी सर्किट में दो प्रतिरोधक चीजें हैं । एक प्रतिरोध है और दूसरा संधारित्र की कैपेसिटिव प्रतिक्रिया है। तो, हमें पहले संधारित्र के कैपेसिटिव रिएक्शन को मापने की आवश्यकता है क्योंकि सर्किटरी के प्रतिबाधा की गणना करने के लिए इसकी आवश्यकता होगी।

पहला प्रतिरोधक प्रतिरोध कैपेसिटिव रिएक्शन है, सूत्र है: -

Xc = 1 / 2π f _c

सूत्र का आउटपुट ओह्स में होगा, क्योंकि ओह्स कैपेसिटिव रिएक्शन की इकाई है, क्योंकि यह एक विरोध का मतलब है प्रतिरोध।

दूसरा विरोध खुद को रोकने वाला है। प्रतिरोधक का मान भी एक प्रतिरोध है।

तो, इस दो विरोध को मिलाकर हमें कुल प्रतिरोध मिलेगा, जो आरसी (एसी सिग्नल इनपुट) सर्किट में प्रतिबाधा है।

प्रतिबाधा Z के रूप में दर्शाती है।

आरसी फिल्टर " आवृत्ति पर निर्भर चर संभावित विभक्त " सर्किट के रूप में कार्य करता है ।

इस विभक्त का आउटपुट वोल्टेज इस प्रकार है =

Vout = Vin * (R2 / R1 + R2) R1 + R2 = R _T

R1 + R2 सर्किट का कुल प्रतिरोध है और यह प्रतिबाधा के समान है।

इसलिए, इस कुल समीकरण को मिलाकर हम प्राप्त करेंगे

उपरोक्त सूत्र को हल करके, हम अंतिम एक प्राप्त करते हैं: -

Vout = Vin * (Xc / Z)

गणना के साथ उदाहरण

जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं कि वास्तव में सर्किट के अंदर क्या हो रहा है और मूल्य कैसे पता करें। आइए व्यावहारिक मूल्यों को चुनें ।

चलो प्रतिरोधक और संधारित्र, 4.7k और 47nF में सबसे आम मूल्य उठाते हैं। हमने मूल्य का चयन किया क्योंकि यह व्यापक रूप से उपलब्ध है और गणना करना आसान है। आइए देखें कि कट-ऑफ आवृत्ति और आउटपुट वोल्टेज क्या होगा ।

कट ऑफ फ्रीक्वेंसी होगी: -

इस समीकरण को हल करके कट-ऑफ आवृत्ति 720Hz है।

चलो यह सच है या नहीं…

यह सर्किट है। जैसा कि आवृत्ति प्रतिक्रिया से पहले बताया गया है कि कट-ऑफ आवृत्ति पर डीबी -3 डीबी होगा, आवृत्तियों के बावजूद। हम आउटपुट सिग्नल पर -3dB सर्च करेंगे और देखेंगे कि यह 720Hz है या नहीं। यहाँ आवृत्ति प्रतिक्रिया है: -

जैसा कि आप फ़्रीक्वेंसी रिस्पांस देख सकते हैं (जिसे बोड प्लॉट भी कहा जाता है) हम कर्सर को -3 डीबी (रेड एरो) पर सेट करते हैं और 720Hz (ग्रीन एरो) कॉर्नर या बैंडविड्थ फ्रीक्वेंसी प्राप्त करते हैं ।

यदि हम 500Hz सिग्नल लागू करते हैं तो कैपेसिटिव रिएक्शन होगा

तब वाउट 500V पर 5V विन लागू किया जाता है: -

चरण बदलाव

जैसा कि कम पास फिल्टर के साथ जुड़ा हुआ एक संधारित्र है और यह एक एसी सिग्नल है जो कि फेज़ एंगल को Phase-Phi के रूप में दर्शाता है -45 है

यह फेज शिफ्ट कर्व है। हमने -45 पर कर्सर सेट किया

यह एक दूसरा ऑर्डर लो पास फिल्टर है। आर 1 सी 1 पहला ऑर्डर है और आर 2 सी 2 दूसरा ऑर्डर है। एक साथ कैस्केडिंग वे एक दूसरे क्रम कम पास फिल्टर बनाते हैं।

दूसरे ऑर्डर फ़िल्टर में 2 x -20dB / दशक या -40dB (-12dB / ऑक्टेव) की ढलान की भूमिका है।

यहाँ प्रतिक्रिया वक्र है: -

ग्रीन सिग्नल में -3 ​​डीबी कट-ऑफ पॉइंट दिखाने वाला कर्सर जो पहले ऑर्डर (आर 1 सी 1) के पार है, इस पर ढलान पहले -20 डीबी / डेकाडे और अंतिम आउटपुट पर लाल वाला देखा गया था, जो -40 बीबी / का ढलान है दशक।

सूत्र हैं: -

F _c पर लाभ: -

यह दूसरे क्रम के कम पास सर्किट के लाभ की गणना करेगा।

आपूर्ती बंद करने की आवृत्ति:-

व्यावहारिक रूप में, फिल्टर चरण जोड़ने के अनुसार रोल-ऑफ ढलान में वृद्धि, -3 डीबी बिंदु और एक निर्धारित राशि से ऊपर वास्तविक गणना मूल्य से पास बैंड आवृत्ति बदल जाती है।

यह निर्धारित राशि निम्नलिखित समीकरण द्वारा गणना की जाती है: -

एक ही सर्किटरी में प्रत्येक फ़िल्टर ऑर्डर प्रभाव अन्य नेटवर्क के गतिशील प्रतिबाधा के रूप में दो निष्क्रिय फिल्टर को कैस्केड करना इतना अच्छा नहीं है।

अनुप्रयोग

इलेक्ट्रॉनिक्स में कम पास फिल्टर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

यहाँ कुछ अनुप्रयोग हैं: -

1. ऑडियो रिसीवर और इक्वालाइज़र
2. कैमरा फिल्टर
3. आस्टसीलस्कप
4. संगीत नियंत्रण प्रणाली और बास आवृत्ति मॉडुलन
5. फलन जनक
6. बिजली की आपूर्ति