Suodatin voidaan määritellä viittaamalla eri aloihin, kuten kemia, optiikka, tekniikka, turbulenssimallinnus, suunnittelu, laskenta, filosofia ja signaalinkäsittely. Tarkastellaan signaalinkäsittelysuodattimia, suodatin voidaan määritellä laitteeksi, jota käytetään tarpeettoman osan tai signaalin osien poistamiseen. Tätä signaalin tarpeettomien osien poistamista kutsutaan suodatusprosessiksi. Nämä signaalinkäsittelysuodattimet luokitellaan erityyppisiin, kuten elektroniset suodattimet , digitaaliset suodattimet ja analogiset suodattimet.
Analogiset suodattimet
Analogista suodatinta käytetään tyypillisesti elektroniikassa, ja sitä pidetään signaalinkäsittelyn peruselementtinä. Näitä analogisuodattimia käytetään erottamaan audiosignaalit ennen kaiuttimiin asettamista. Useiden puhelinkeskustelujen erottaminen ja yhdistäminen yhdeksi kanavaksi voidaan tehdä analogisilla suodattimilla. Tietyn radioaseman valitseminen radiovastaanottimesta hylkäämällä kaikki muut kanavat voidaan tehdä analogisilla suodattimilla.
Jatkuvasti vaihtelevia signaaleja (analogisia signaaleja) voidaan käyttää passiivisilla lineaarisilla elektronisilla analogisuodattimilla, jotka koostuvat passiivisista elementeistä, kuten vastukset, kondensaattorit ja induktorit. Näitä analogisuodattimia käytetään usein tiettyjen taajuuskomponenttien sallimiseen hylkäämällä muut analogisista tai jatkuvista aikasignaaleista.
Analogisten suodattimien tyypit
Lineaariset analogisuodattimet voidaan luetella verkon synteesisuodattimina, kuvan impedanssisuodattimina ja yksinkertaisina suodattimina. Verkkosynteesisuodattimet luokitellaan jälleen Butterworth-, Chebyshev-, Elliptic- tai Cauer-, Bessel-, Gaussian-, Optimum-L- (Legendre) ja Linkwithz-Riley-suodattimiksi. Kuvan impedanssisuodattimet luokitellaan edelleen vakio k-suodattimeksi, m-johdetuksi suodattimeksi, yleisiksi kuvasuodattimiksi, Zobel-verkoksi, ristikkosuodattimeksi, silloitetuksi T-viiveen korjaajaksi, yhdistetyksi kuvasuodattimeksi ja mm-tyyppiseksi suodattimeksi. RC-suodatinta, RL-suodatinta, LC-suodatinta ja RLC-suodatinta kutsutaan yksinkertaisiksi suodattimiksi.
Analoginen suodatinsuunnittelu
Analogisten suodattimien suunnittelu sisältää analogisten suodattimien siirtotoiminnot, analogisten suodattimien navat ja nollat, analogisten suodattimien taajuusvasteen, ulostulovasteen ja erityyppiset analogiset suodattimet. Analogisten suodattimien suodatusmenetelmät luokitellaan Butterworth-, Chebyshev- ja Elliptic-suodatinmallipohjaisiin siirtofunktioihin, joiden järjestys on n.
Butterworth-suodatin
Butterworth-suodattimen suunnittelu
Butterworth tai maksimaalisesti tasainen suursuodatin on tasainen (matemaattisesti niin paljon kuin mahdollista) taajuusvaste. Analoginen alipäästösuodattimen (Butterworth) ”tiiliseinä”, joka voidaan määritellä standardiarvioiksi eri suodatinjärjestyksille, on esitetty alla olevassa kuvassa (mukaan lukien ihanteellinen taajuusvaste).
Butterworth-suodattimen ihanteellinen taajuusvaste
Jos kasvatamme Butterworth-suodattimen järjestystä, myös Butterworth-suodattimen kaskaditut vaiheet kasvavat. Siten, kuten yllä olevassa kuvassa on esitetty, suodatin- ja tiiliseinävaste lähestyy. Yleensä lineaariset analogisuodattimet toteutetaan käyttämällä erilaisia topologioita, Butterworth-suodatin voidaan toteuttaa käyttämällä Cauer- tai Sallen-key-topologiaa.
Chebyshev-suodatin
Chebysev-suodattimet on nimetty Pafnufy Chebyshevin mukaan, joka johti matemaattiset laskelmat Chebyshev-suodattimet . Idealisoidun suodattimen ja todellisen suodattimen ominaisuuksien välistä virhettä voidaan vähentää käyttämällä Chebyshev-suodattimen ominaisuutta.
Chebyshev-suodatin
Nämä Chebyshev-suodattimet luokitellaan edelleen tyypin 1 ja tyypin 2 Chebyshev-suodattimiksi. Type1-suodattimet ovat perustyyppiä ja vahvistus- tai amplitudivaste on analogisen alipäästösuodattimen n. Asteen kulmataajuusfunktio (LPF - jos katsotaan analogisia suodattimia). Type2 Chebyshev -suodatin on harvinainen tyyppi ja on käänteinen suodatin.
Chebyshev-suodattimen tyypit
Yksinkertaiset analogiset suodattimet
RC-suodatin
RC-suodatinpiiri
Virran tai jännitelähteen käyttämät yksinkertaiset vastus-kondensaattorisähköpiirit toimivat analogisina suodattimina. Näitä RC-suodatinpiirejä käytetään signaalin suodattamiseen siten, että ne estävät tietyt taajuudet ja antavat muiden taajuuksien kulkea. RC-suodatinpiiri voidaan kytkeä sarjana RC-piiri tai rinnakkainen RC-piiri yllä olevan kuvan mukaisesti.
LC-suodatin
LC-suodatinpiiri
Yksinkertainen induktorikondensaattorin sähköpiiri toimii LC-suodattimena, jota kutsutaan myös viritetyksi piiriksi tai resonanssipiiriksi tai säiliöpiiriksi. Tämä LC-piiri toimii myös kuin sähköresonaattori. LC-piirejä käytetään signaalien tuottamiseen tai signaalien vastaanottamiseen tietyllä taajuudella. LC-suodatin voidaan liittää sarja-LC-piirinä tai rinnakkaisena LC-piirinä yllä olevan kuvan mukaisesti.
RL-suodatin
RL-suodatinpiiri
Yksinkertainen vastus-induktorinen sähköpiiri toimii RL-suodatinpiirinä, jota käytetään virralla tai jännitelähteellä ja joka on valmistettu vastuksesta ja induktorista. RL-suodatin voidaan kytkeä sarja-RL-piirinä tai rinnakkaisena RL-piirinä yllä olevan kuvan mukaisesti.
RLC-suodatin
RLC-suodatinpiiri
Yksinkertainen vastus-induktori-kondensaattori-sähköpiiri toimii RLC-suodatinpiirinä, vastus, kondensaattori ja induktori voidaan liittää sarjaan tai rinnakkain sarja-RLC-suodattimen tai rinnakkaisen RLC-suodattimen muodostamiseksi. Tämä RLC-suodatinpiiri muodostaa harmonisen oskillaattorin virralle ja resonoi kuin LC-piiri. Mutta tässä värähtelyt voidaan vaimentaa asettamalla vastus ja tätä vaikutusta kutsutaan vaimennukseksi.
Haluatko tietää yksityiskohtaisesti käytännön analogisen ja digitaalisen suodattimen suunnittelusta? Jos olet kiinnostunut suunnittelusta elektroniikkaprojektit jaa sitten näkemyksesi, kommenttisi, kyselysi ja ehdotuksesi alla olevassa kommenttiosassa.
