पाइ फिल्टर

अवांछित आवृत्तियों को अस्वीकार करने के लिए आमतौर पर पावर और ऑडियो इलेक्ट्रॉनिक्स में फिल्टर का उपयोग किया जाता है। आवेदन के आधार पर इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिजाइन में कई अलग-अलग प्रकार के फिल्टर का उपयोग किया जाता है, लेकिन उन सभी की अंतर्निहित अवधारणा एक समान है, जो अवांछित संकेतों को दूर करने के लिए है। इन सभी फिल्टर को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है- सक्रिय फिल्टर और निष्क्रिय फिल्टर। सक्रिय फ़िल्टर अन्य निष्क्रिय घटकों के साथ एक या अधिक सक्रिय घटकों का उपयोग करता है जबकि निष्क्रिय फ़िल्टर केवल निष्क्रिय घटकों का उपयोग करके बनाया जाता है। हम पहले से ही इन फिल्टर के बारे में विवरण में चर्चा कर चुके हैं:

• सक्रिय हाई पास फ़िल्टर
• सक्रिय कम पास फ़िल्टर
• पैसिव हाई पास फिल्टर
• पैसिव लो पास फिल्टर
• बंदपास छननी
• हार्मोनिक फ़िल्टर

इस ट्यूटोरियल में, हम एक और नए प्रकार का फ़िल्टर सीखते हैं, जिसे Pi फ़िल्टर कहा जाता है, जिसका उपयोग आमतौर पर बिजली आपूर्ति सर्किट डिजाइनों में किया जाता है। हम पहले से ही अपने पिछले पावर सप्लाई डिजाइनों में से कुछ में इस तरह 5V 2A SMPS सर्किट और 12V 1A CPS सर्किट जैसे Pi-Filter का इस्तेमाल कर चुके हैं। तो, आइए विस्तार से जानें कि ये फ़िल्टर क्या हैं और इन्हें कैसे डिज़ाइन किया जाए।

पाई-फिल्टर

पाई फिल्टर एक प्रकार का निष्क्रिय फिल्टर है जिसमें पारंपरिक दो-तत्व निष्क्रिय फिल्टर के अलावा मुख्य रूप से तीन घटक होते हैं। सभी घटकों की निर्माण व्यवस्था ग्रीक अक्षर Pi (,) की आकृति बनाती है, इस प्रकार Pi अनुभाग फ़िल्टर नाम है ।

बहुमत में, Pi फ़िल्टर का उपयोग लो पास फ़िल्टर एप्लिकेशन के लिए किया जाता है, लेकिन एक और कॉन्फ़िगरेशन भी संभव है। Pi फ़िल्टर का मुख्य घटक कैपेसिटर और प्रारंभ करनेवाला है जो इसे LC फ़िल्टर बनाता है । कम पास फ़िल्टर अनुप्रयोग में, पाई फ़िल्टर को कैपेसिटर इनपुट फ़िल्टर भी कहा जाता है क्योंकि कैपेसिटर कम पास कॉन्फ़िगरेशन में इनपुट पक्ष में रहता है।

पाई फ़िल्टर कम पास फ़िल्टर के रूप में

Pi फ़िल्टर एक उत्कृष्ट कम पास फ़िल्टर है जो पारंपरिक LC Pi फ़िल्टर की तुलना में बहुत अधिक भिन्न है । जब पीआई फिल्टर को कम पास के लिए डिज़ाइन किया जाता है, तो आउटपुट स्थिर-के कारक के साथ स्थिर रहता है।

एक कम पास फिल्टर के डिजाइन पाई विन्यास का उपयोग कर बिल्कुल स्पष्ट है। पाई फ़िल्टर सर्किट के रूप में नीचे चित्र में दिखाए गए एक पाई आकार के गठन सीरीज में प्रारंभ करनेवाला के बाद समानांतर में जुड़े दो संधारित्र के होते हैं

जैसा कि ऊपर की छवि में देखा गया है, इसमें दो कैपेसिटर शामिल हैं जो जमीन के साथ इन-सीरीज श्रृंखला प्रारंभ करनेवाला से जुड़े हैं। चूंकि यह एक कम पास फिल्टर है, यह उच्च आवृत्ति पर उच्च प्रतिबाधा और कम आवृत्ति पर कम प्रतिबाधा पैदा करता है। इस प्रकार, यह आमतौर पर अवांछित उच्च आवृत्तियों को अवरुद्ध करने के लिए एक ट्रांसमिशन लाइन में उपयोग किया जाता है ।

Pi फ़िल्टर गणना का निर्माण और घटक मान आपके अनुप्रयोग के लिए Pi फ़िल्टर डिज़ाइन करने के लिए नीचे समीकरण से प्राप्त किया जा सकता है ।

कट ऑफ फ़्रीक्वेंसी (fc) = 1 / frequency (LC) ^1/2 कैपेसिटेंस का मान (C) = 1 / Z 0 _{1fc इंडक्शन का} मूल्य (L1) = Z ₀ / cfc कहां, Z ₀ प्रतिबाधा विशेषता है ओम में और एफसी कट ऑफ फ्रीक्वेंसी है।

एक उच्च पास फिल्टर के रूप में पाई फ़िल्टर

कम पास फिल्टर के समान, पीआई फिल्टर को भी उच्च पास फिल्टर के रूप में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। ऐसे मामले में, फ़िल्टर कम आवृत्ति को अवरुद्ध करता है और उच्च आवृत्ति को पारित करने की अनुमति देता है । यह दो प्रकार के निष्क्रिय घटकों, दो प्रेरकों और एक संधारित्र का उपयोग करके भी बनाया जाता है।

कम पास विन्यास में फिल्टर को डिज़ाइन किया जाता है क्योंकि दो कैपेसिटर बीच में एक प्रारंभ करनेवाला के समानांतर होते हैं, लेकिन उच्च पास कॉन्फ़िगरेशन में, निष्क्रिय घटकों की स्थिति और मात्रा बिल्कुल विपरीत मिलती है। एकल प्रारंभ करनेवाला के बजाय, यहां दो अलग-अलग प्रेरकों का उपयोग एक संधारित्र के साथ किया जाता है।

उपरोक्त पाई फ़िल्टर सर्किट छवि फ़िल्टर को उच्च पास कॉन्फ़िगरेशन में दिखा रही है, और निर्माण का उल्लेख नहीं करने के लिए भी प्रतीक पीआई की तरह दिख रहा है। पाई फ़िल्टर का निर्माण और घटक मान नीचे दिए गए समीकरण से प्राप्त किया जा सकता है -

कट बंद आवृत्ति (एफसी) = 1 / 4ᴫ (नियंत्रण रेखा) ^1/2 समाई के मूल्य (सी) है = 1 / 4Z _0ᴫfc प्रतिबाधा के मूल्य (एल 1) = जेड ₀ / 4ᴫfc कहाँ, जेड ₀ प्रतिबाधा विशेषता है ओम में और एफसी कट ऑफ फ्रीक्वेंसी है।

पाई फ़िल्टर के लाभ

उच्च आउटपुट वोल्टेज

पीआई फिल्टर में आउटपुट वोल्टेज काफी अधिक होता है, जो इसे सबसे अधिक बिजली से संबंधित एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त बनाता है, जहां उच्च वोल्टेज डीसी फिल्टर की आवश्यकता होती है।

लो रिपल फैक्टर

को कम पास फिल्टर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया डीसी निस्पंदन प्रयोजनों में, पीआई फिल्टर एक कुशल फिल्टर है, जो ब्रिज रेक्टिफायर से आने वाले अवांछित एसी रिपल को फिल्टर करने के लिए है । संधारित्र एसी में कम प्रतिबाधा प्रदान करता है, लेकिन समाई और प्रतिक्रिया के प्रभाव के कारण डीसी में एक उच्च प्रतिरोध होता है। AC में इस कम प्रतिबाधा के कारण, Pi फ़िल्टर का पहला कैपेसिटर ब्रिज रेक्टिफायर से आने वाले AC रिपल को बायपास कर देता है। बाईपास किया गया एसी रिपल प्रारंभ करनेवाला में जाता है। प्रारंभ करनेवाला वर्तमान प्रवाह के परिवर्तनों का विरोध करता है और एसी तरंग को अवरुद्ध करता है जिसे उसके दूसरे संधारित्र द्वारा फ़िल्टर किया जाता है। फ़िल्टरिंग के ये कई चरण पाई फ़िल्टर में बहुत कम रिप्पल स्मूथ डीसी आउटपुट का उत्पादन करने में मदद करते हैं।

आरएफ अनुप्रयोगों

में डिजाइन करने के लिए आसान एक नियंत्रित आरएफ वातावरण में, जहां उच्च आवृत्ति संचरण की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए गीगाहर्ट्ज बैंड में, उच्च-आवृत्ति पीआई फिल्टर पीसीबी पीसीबी का उपयोग करके केवल बनाना आसान और लचीला है। उच्च आवृत्ति वाले पीआई फिल्टर भी सिलिकॉन-आधारित फिल्टर की तुलना में अधिक प्रतिरक्षा प्रदान करते हैं । उदाहरण के लिए, एक सिलिकॉन चिप में वोल्टेज का सामना करने की क्षमता की सीमा होती है, जबकि निष्क्रिय घटकों का उपयोग करके किए गए पीआई फिल्टर में सर्जेस और कठोर औद्योगिक वातावरण के संदर्भ में बहुत अधिक प्रतिरक्षा होती है।

पाई फिल्टर के नुकसान

उच्च वॉटेज इंडेक्टर मूल्य

आरएफ डिजाइन के अलावा, एक पी फिल्टर के माध्यम से उच्च वर्तमान ड्रॉ उचित नहीं है, क्योंकि करंट को इंडक्टर के माध्यम से प्रवाह करना पड़ता है। यदि यह लोड करंट अपेक्षाकृत अधिक है, तो इंडक्टर का वाट्सएप भी इसे भारी और महंगा बना देता है। इसके अलावा, प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से उच्च धारा प्रारंभ करनेवाला भर में बिजली अपव्यय बढ़ जाती है जिसके परिणामस्वरूप खराब दक्षता है।

उच्च-मूल्य इनपुट संधारित्र

Pi फ़िल्टर की एक अन्य प्रमुख समस्या बड़ी इनपुट समाई मूल्य है। पी फिल्टर को इनपुट में उच्च समाई की आवश्यकता होती है जो अंतरिक्ष-विवश अनुप्रयोगों में एक चुनौती बन गया। इसके अलावा, उच्च मूल्य वाले कैपेसिटर डिजाइन की लागत को बढ़ाते हैं।

खराब वोल्टेज विनियमन

पाई फिल्टर उपयुक्त नहीं हैं जहां लोड धाराएं स्थिर नहीं हैं और लगातार बदल रही हैं। जब मौजूदा धारा बहुत लोड होती है, तो पीआई फिल्टर खराब वोल्टेज विनियमन प्रदान करते हैं। इस तरह के एक आवेदन में एक एल अनुभाग के साथ फिल्टर की सिफारिश की जाती है।

पाई फिल्टर का अनुप्रयोग

पावर कन्वर्टर्स

जैसा कि पहले से ही चर्चा है, पाई फिल्टर एसी रिपल्स को दबाने के लिए एक उत्कृष्ट डीसी फिल्टर है। इस व्यवहार के कारण, पाइ फिल्टरों का उपयोग बड़े पैमाने पर AC-DC कनवर्टर, फ़्रिक्वेंसी कन्वर्टर आदि जैसे पॉवर इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइनों में किया जाता है, हालाँकि, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स में Pi फ़िल्टर्स को लो पास फ़िल्टर के रूप में उपयोग किया जाता है और हमने पहले से ही एक Pi फ़िल्टर पॉवर सप्लाई सर्किट डिज़ाइन किया है, हमारे 12V 1A SMPS डिज़ाइन जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

आम तौर पर, पीआई फिल्टर ब्रिज रेक्टिफायर से सीधे जुड़े होते हैं और पाई फिल्टर के आउटपुट को हाई वोल्टेज डीसी के रूप में संदर्भित किया जाता है। आउटपुट डीसी हाई वोल्टेज का उपयोग आगे की कार्रवाई के लिए पावर सप्लाई ड्राइवर सर्किटरी के लिए किया जाता है।

ब्रिज रेक्टिफायर डायोड से ड्राइवर तक के इस निर्माण में पाई-फिल्टर के काम के साथ एक अलग ऑपरेशन है । सबसे पहले, यह Pi फ़िल्टर समग्र चालक सर्किट के रिपल-फ्री ऑपरेशन के लिए सुचारू डीसी प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप बिजली की आपूर्ति के अंतिम आउटपुट से कम आउटपुट रिपल होता है, और दूसरा एक उच्च स्विचिंग आवृत्ति से मुख्य लाइनों को अलग करने के लिए होता है । ड्राइवर सर्किट।

एक अच्छी तरह से निर्मित लाइन फ़िल्टर कॉमन-मोड फिल्ट्रेशन प्रदान कर सकता है (एक ऐसा फ़िल्टर जो शोर सिग्नल को अस्वीकार कर देता है जैसे कि एक स्वतंत्र सिंगल कंडक्टर) और डिफरेंश मोड फिल्टरेशन (दो स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी फ़ोक को अलग करता है, विशेष रूप से हाई-फ़्रीक्वेंसी नॉइज़ जिसे मेन लाइन में जोड़ा जा सकता है) एक बिजली की आपूर्ति में जहां पाई फिल्टर एक महत्वपूर्ण घटक है। यदि पावर इलेक्ट्रॉनिक्स एप्लिकेशन में उपयोग किया जाता है तो एक पाई फिल्टर को पावर लाइन फिल्टर के रूप में भी संदर्भित किया जाता है।

आरएफ अनुप्रयोग

RF एप्लिकेशन में, विभिन्न कार्यों और विभिन्न कॉन्फ़िगरेशन में Pi फ़िल्टर का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, आरएफ अनुप्रयोगों में, प्रतिबाधा का मिलान एक बहुत बड़ा कारक है और RF फिल्टर और आरएफ एम्पलीफायरों से पहले प्रतिबाधा से मेल खाने के लिए पाई फिल्टर का उपयोग किया जाता है । हालांकि, अधिकतम मामलों में जहां बहुत अधिक आवृत्ति, जैसे कि गीगाहर्ट्ज बैंड का उपयोग किया जाता है, पाई फिल्टर सिग्नल ट्रांसमिशन लाइन में उपयोग किए जाते हैं और केवल पीसीबी निशान का उपयोग करके डिज़ाइन किया गया है।

उपरोक्त छवि पीसीबी ट्रेस-आधारित फ़िल्टर दिखा रही है जहां ट्रेस बहुत उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों में अधिष्ठापन और समाई बनाता है। ट्रांसमिशन लाइन के अलावा, पीआई फिल्टर का उपयोग आरएफ संचार उपकरणों में भी किया जाता है, जहां मॉड्यूलेशन और डिमोड्यूलेशन होता है। रिसीवर पक्ष में प्राप्त करने के बाद सिग्नल को डिमॉड्यूलेट करने के लिए पाई फिल्टर को लक्षित आवृत्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है। उच्च पास पाई फिल्टर का उपयोग प्रवर्धन या ट्रांसमिशन चरणों में लक्षित उच्च आवृत्ति को बायपास करने के लिए किया जाता है।

पाई-फ़िल्टर डिज़ाइन टिप्स

एक उचित पाई फिल्टर को डिजाइन करने के लिए परेशानी मुक्त संचालन के लिए उचित पीसीबी डिजाइन रणनीति की भरपाई करना आवश्यक है, इन युक्तियों को नीचे सूचीबद्ध किया गया है।

पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में

• पाई फिल्टर लेआउट में मोटे निशान की आवश्यकता होती है।
• बिजली आपूर्ति इकाई से पाई फिल्टर को अलग करना आवश्यक है।
• इनपुट संधारित्र, प्रारंभ करनेवाला और आउटपुट संधारित्र के बीच की दूरी को बंद करने की आवश्यकता है।
• आउटपुट कैपेसिटर के ग्राउंड प्लेन को एक उचित ग्राउंड प्लेन के जरिए सीधे ड्राइवर सर्किट से जोड़ने की जरूरत होती है।
• यदि डिज़ाइन में शोर लाइनें होती हैं (जैसे कि ड्राइवर के लिए उच्च वोल्टेज सेंस लाइन) जो कि हाई वोल्टेज डीसी से जुड़ी होनी चाहिए, तो पाई फिल्टर के अंतिम आउटपुट कैपेसिटर से पहले ट्रेस को कनेक्ट करना आवश्यक है। यह चालक सर्किट्री भर में शोर प्रतिरक्षा और अवांछित शोर इंजेक्शन में सुधार करता है।

RF सर्किट में

• आरएफ चयन के लिए घटक चयन एक प्रमुख मानदंड है। घटकों की सहनशीलता एक प्रमुख भूमिका निभाती है।
• पीसीबी ट्रेस में एक छोटी सी वृद्धि सर्किट में अधिष्ठापन को प्रेरित कर सकती है। पीसीबी ट्रेस इंडक्शन पर विचार करके प्रारंभकर्ता चयन के लिए उचित देखभाल की जानी चाहिए। आवारा अधिष्ठापन को कम करने के लिए उचित रणनीति का उपयोग करके डिजाइन बनाया जाना चाहिए।
• आवारा समाई को कम से कम करने की आवश्यकता है।
• बंद प्लेसमेंट की आवश्यकता है।
• आरएफ अनुप्रयोग में इनपुट और आउटपुट के लिए समाक्षीय केबल उपयुक्त है।