Схема фильтра низких частот » Вот схема!

Категория: Аудио Большинство современных акустических систем способны эффективно воспроизводить частоты начиная с 50 Гц, при том нижняя частота звука большинстве музыкальных инструментов лежит ниже 30 Гц. Современные записи сделанные на компакт дисках содержат много составляющих в диапазоне 20-40 Гц. Обычно для улучшения воспроизведения низких частот используют сабвуфер, но можно пойти более экономичным путем и ввести в тракт фильтр который поднимает усиление на этих частотах сохраняя линейность в остальном диапазоне. Громкоговорители с динамическими головками компрессионного типа имеют в области АЧХ по звуковому давлению, аналогичную АЧХ фильтра верхних частот (рисунок 1 график 1) второго порядка с крутизной спада ниже частоты среза 12 дб на октаву. Добротность низкочастотного динамика для достижения максимально плоской АЧХ выбирают в разных громкоговорителях от 0,7 до 1,1. С учетом вышесказанного можно расширить полосу эффективно воспроизводимых частот вниз на октаву, воспользовавшись фильтром, АЧХ которого характеризуется постоянной добротностью (рисунок 1 график 2), не зависящей от параметров динамика, и только частота квазирезонанса потребует подстройки под определенный громкоговоритель. При правильной настройке результирующая АЧХ (рисунок 1 график 3) становится в общем диапазоне максимально плоской, и её нижняя граница смещается примерно на октаву в об лесть нижних частот. Наклон АЧХ на частотах ниже граничной получается — 24 дб на октаву, такой же как у ФВЧ четвертого порядка. В результате, благодаря этому, кроме улучшенного воспроизведения частот диапазона 30-50 Гц фильтр эффективно подавляет инфразвуковые колебания, вызванные, например короблением винилового диска. Принципиальная схема одного канала такого фильтра показана на рисунке 2. На ОУ А1 выполнен повторитель, служащий для исключения влияния предшествующих цепей (выхода предусилителя) на работу фильтра. Делитель R2R1 обеспечивает требуемое входное сопротивление и коэффициент передачи всего устройства, равный единице. На ОУ А2 выполнен сам фильтр Саллена-Ки второго порядка, его частота квазирезонанса устанавливается сдвоенным резистором R5 в пределах 20-50 Гц. Эквивалентная добротность фильтра задана отношением R6 и R7, а значит коэффициентом усиления ОУ. Налаживание сводится к установке частоты квазирезонанса (максимума АЧХ) на уровне на октаву ниже резонансной частоты громкоговорителя. Для измерения резонансной частоты громкоговорителя , нужно подключить его к выходу УМЗЧ через постоянный резистор сопротивлением около 1000 ом с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт, подключить параллельно громкоговорителю милливольтметр , и подать нв вход усилителя сигнал частотой 120-150 Гц. Затем эту частоту уменьшайте и следите за показаниями вольтметра. Частота, на которой наибольшие показания и будет резонансной. У большинстве низкочастотных динамиков с диаметром диффузора около 200 мм частота резонанса — 60 Гц. Поэтому, при отсутствии генератора сигналов настроить фильтр с достаточной точностью можно и при помощи омметра. В этом случае задача сводится к расчету и последующей установки суммарного сопротивления R3+R5.1 (R4+R5.2 такое же), необходимого для настройки фильтра на 30 гц, которое определяется формулой (R3+R5.1 )=0,16/FC, где F-нужная частота настройки фильтра, а С — емкость конденсаторов С1, С2. При F=30 Гц указанное сопротивление примерно равно 114 ком. Динамики с большим диаметром диффузора или более совершенные с описанным фильтром могут воспроизводить линейно частоты начиная уже с 17 Гц. Фильтр можно включить между предварительным усилителем и усилителем мощности. При его повторении можно использовать практически любые операционные усилители общего применения, например К544УД2, К574УД2, К140УД8 со своими цепями коррекции и питания.

Поделитесь с друзьями ссылкой на схему:

Фильтр низких частот | Микросхема

Эта запись находится в рубриках: «УНЧ и Звукотехника». Вы можете комментировать здесь либо в любимой социальной сети. Как можете видеть, уважаемые радиолюбители, в комментариях к схемам усилителей звуковой частоты очень часто проскакивают вопросы новичков такого характера: «посоветуйте, как сделать фильтр низких частот для этого усилителя?» На такие вопросы приходится отвечать, обычно, типовыми фразами или отсылкой к имеющимся схемам, за что, конечно же, прошу прощения. У нас на сайте есть достаточное количество схем, чтобы можно было без труда собрать качественный ФНЧ для использования с любым усилителем мощности. Приведу ссылки на простые и, в то же время, довольно кондиционные фильтры низких частот: фильтр раз фильтр два сразу 6 схем кроссовер на PT2351 программа для расчета темброблока ФНЧ на MAX292 Неплохие результаты показывают наипростейшие фильтры низких частот: схемы в комментариях к статье. Однако сегодня мы с вами будем собирать достаточно эффективный фильтр низких частот для сабвуфера. Всем известно, что акустический спектр расположен в диапазоне 20…20 000 Гц. 20 Гц – это достаточно низкая частота. Вообще, на низких частотах ухудшается восприятие направленности звука или, скажем так, его локализация. Здесь я немного поясню. На частотах ниже 150 Гц разделение звукового сигнала по каналам не имеет смысла. Акустические системы, оснащённые сабвуфером, имеют, как правило, конфигурации 2.1, 5.1, 7.1. Сабвуфер в них один. В сабвуферном канале идёт смешение всех других каналов и срез частот от 20 Гц (не всегда) до какой-то верхней частоты (100, 130, 150 Гц). Для качественного воспроизведения звукового тракта выделение низких частот в отдельный канал обязательно. В качестве удачного решения я предлагаю такую схему ФНЧ, ограничивающего частоту акустического спектра в районе 20 — 100 Гц. На схеме можно видеть два каскада, каждый из которых собран на операционном усилителе. В качестве активного элемента в схеме применяется сдвоенный операционный усилитель типа TL082, TL062, NE5532. Первый ОУ служит для смешения каналов и усиления входного сигнала (предусиления). Уровень выходного сигнала, снимаемого с первого операционника, зависит от сопротивления переменного резистора R3 номиналом 47 кОм. На втором ОУ собран непосредственно сам фильтр среза. Частота среза зависит от номиналов деталей обвязки данного операционного усилителя. Частоту можно регулировать в достаточно широких пределах: от 30 Гц до 150 Гц. Регулировать частоту среза можно сдвоенным переменным резистором R5, R7 номиналом 22 кОм. Перечень радиодеталей, используемых в фильтре низких частот: R1 = 39 кОм R2 = 39 кОм R3 = 47 кОм R4 = 10 Ом R5 = 22 кОм R6 = 4,7 кОм R7 = 22 кОм R8 = 4,7 кОм R9 = 10 Ом R10 = 220 Ом C1 = 39 пФ C2 = 0.1 мкФ C3 = 0.1 мкФ C4 = 0.2 мкФ C5 = 0.4 мкФ C6 = 0.1 мкФ C7 = 0.1 мкФ IC1 = TL062 Схема очень чувствительна к качеству радиодеталей, особенно к конденсаторам. Их допуск должен быть не более 5%. Проверить работоспособность фильтра можно с помощью звукового генератора. В итоге получается универсальный ФНЧ для сабвуферного канала практически для любой акустической системы. Топология печатной платы и расположение радиодеталей на ней: Метки: акустика, предусилитель, сабвуфер, фильтр НЧ Радиолюбителей интересуют электрические схемы: Активные фильтры к сабвуферам Кроссовер для сабвуфера Оставить комментарий

Принцип работы фильтра низких и высоких частот

Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

Индуктивность и емкость весьма полезны в электронных схемах. Одним из примеров такой полезности является фильтр. Фильтр — это схема, разделяющая определенные частоты.

Существует множество конструкций фильтров. Например, фильтры могут быть спроектированы так, чтобы пропускать низкие частоты и подавлять высокие; чтобы отклонить низкие частоты и пропустить высокие частоты, либо пропустить или отклонить определенные полосы частот.

Каждый тип фильтра назван в соответствии с его функцией. Существует четыре основных типа фильтров:

1. нижних частот,
2. верхних частот,
3. полосовых и
4. полосовых режекторных.

Фильтры также используются для регулировки пульсирующего тока, поступающего от выпрямителя. Выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный. Поскольку большинству электронных схем требуется чистый постоянный ток, необходимо отрегулировать постоянный ток. Эта схема фильтра выравнивает пики и впадины тока.

Действие фильтрации

При изучении действия фильтрации следует рассмотреть следующие пункты:

• Конденсатор блокирует постоянный ток, но пропускает переменный ток.
• По проводнику может течь ток, который имеет как постоянную, так и переменную составляющую. График в части A Рис. 1 показывает протекание постоянного тока 10 В постоянного тока. Часть B рисунка показывает переменное напряжение, пиковое значение которого составляет 10 вольт. Часть C рисунка показывает эти два напряжения вместе. Эта волна изображает сумму двух волн.

Обратите внимание на новую ось переменного напряжения. Теперь оно колеблется выше и ниже уровня 10 вольт постоянного тока. Поскольку ось была поднята постоянным напряжением, переменное напряжение больше не меняет полярность. Этот ток представляет собой переменный постоянный ток.

Рис. 1. A – Постоянный постоянный ток. B – Пиковый переменный ток 10 В. C – Комбинированный постоянный и переменный ток.

Амплитуда тока варьируется от нуля до 20 вольт. Когда этот переменный постоянный ток подключен к цепи, Рисунок 2 , конденсатор C немедленно заряжается до среднего уровня постоянного напряжения. В данном случае этот уровень составляет 10 вольт.

Когда входное напряжение возрастает до 20 вольт, ток течет через R для зарядки конденсатора C. В следующем полупериоде входное напряжение падает до нуля, и конденсатор C разряжается до нуля через R.

Рисунок 2. Генератор переменного тока и источник постоянного тока соединены последовательно в RC-цепь.

Обратите внимание, что на резисторе R появляется напряжение из-за заряда и разряда конденсатора C. Таким образом, выходной сигнал этой схемы, взятый с резистора R, представляет только переменную составляющую входного напряжения сигнала. См. Рисунок 3 .

Постоянная составляющая блокируется конденсатором C. Фазовый сдвиг между входной и выходной волнами незначителен, поскольку значение R выбрано равным десятикратному или более значению реактивного сопротивления C при частоте входного напряжения. Когда сохраняется это отношение сопротивления к реактивному сопротивлению, фазовый сдвиг не влияет на волны.

Рис. 3. Напряжение на R является результатом тока заряда-разряда и представляет переменную составляющую сигнала.

Шунтирование

Иногда необходимо создать падение напряжения на резисторе, обусловленное только постоянной составляющей напряжения сигнала. Это делается путем обхода сигнала переменного тока или напряжения вокруг сопротивления. Это шунтирование может быть выполнено с помощью конденсатора.

Часть A стандарта На рис. 4 показаны два резистора по 1500 Ом, подключенные к источнику 10 вольт постоянного тока. Суммарное сопротивление равно R1 + R2 или 3000 Ом. Ток в цепи:

\[I=\frac{E}{R}=\frac{10V}{3000\Omega }=3.3mA\]

Падение напряжения на каждом резисторе:

$\begin{align}  & {{E}_{{{R}_{1}}}}=I*R=0,0033A*1500\Omega =5V \ \ & {{E}_{{{R}_{2}}}}=I*R=0,0033A*1500\Omega =5V \\\end{align}$

Рис. 4. A – Постоянное напряжение создает равные падения на R ₁ и R ₂ . B – Падение напряжения на R ₂ поддерживается постоянным за счет обхода составляющей переменного тока.

• Теперь подключите 10-вольтовый источник переменного тока, и на обоих резисторах появится переменное напряжение. Но мы хотим обойти эту переменную составляющую вокруг R ₂ . Для этого параллельно R ₂ подключите конденсатор с низким реактивным сопротивлением к переменному напряжению.
•  Если реактивное сопротивление C составляет одну десятую сопротивления R, большая часть переменного тока будет протекать через C, а не через R. Используйте значения, приведенные в части B на рисунке 4. C имеет реактивное сопротивление 150 Ом для частота переменного тока. Это реактивное сопротивление составляет одну десятую от 1500-омного значения R ₂ . По большей части импеданс R ₂ || Х _С (Р ₂ и X _C , соединенные параллельно) может быть задано как значение 150 Ом. Распределение напряжения вокруг этой цепи можно измерить или рассчитать.
• Суммарное сопротивление всей цепи равно R ₁ + (R ₂ || X _C ) или 1650 Ом. Р ₂ || X _C представляет одну одиннадцатую часть полного сопротивления переменному току.
• Поскольку падение напряжения является функцией сопротивления, десять одиннадцатых напряжения появляются на резисторе R ₁ и только одна одиннадцатая часть R ₂ || Х _С . Приложенное переменное напряжение составляет 10 вольт, поэтому:

$\begin{align}  & {{E}_{{{R}_{1}}}}=9,1 В \\ & и \\ & {{E }_{{{R}_{2}}}}=0,9 В \\\end{align}$

• Если 10-вольтовое постоянное напряжение подключено последовательно с 10-вольтовым переменным напряжением для комбинированного входа напряжения, напряжение постоянного тока будет делиться поровну между R ₁ и R ₂ . Напряжение постоянного тока упадет на пять вольт на каждом резисторе. C представляет собой разомкнутую цепь для постоянного тока.
• Напряжение переменного тока делится в рассчитанном ранее отношении. Большая часть этого напряжения появляется на R ₁ . Напряжение на R ₂ остается довольно постоянным из-за действия шунтирующего конденсатора.

Подводя итог, выберите конденсатор, который образует путь с низким реактивным сопротивлением вокруг резистора для токов выбранных частот. Это создает напряжение на одном резисторе, которое почти полностью является постоянным.

Работающие фильтры нижних частот

Иногда требуется фильтр, пропускающий низкие частоты, но уменьшающий высокочастотные токи. Этот фильтр называется фильтр нижних частот.

Цепь фильтра нижних частот всегда имеет сопротивление или катушку индуктивности последовательно с входным напряжением сигнала. Он также имеет конденсатор в шунте или параллельно линии, Рисунок 5.

Рисунок 5. Цепь фильтра нижних частот.

• По мере увеличения частоты реактивное сопротивление L увеличивается, так что большее напряжение появляется на L.
• Также при увеличении частоты реактивное сопротивление C уменьшается. Таким образом, конденсатор обеспечивает обход токов более высокой частоты вокруг сопротивления нагрузки R.
• Из-за увеличенного реактивного сопротивления катушки индуктивности и уменьшенного реактивного сопротивления конденсатора на высоких частотах более высокие частоты проявляются только в небольших количествах на нагрузке.
• Низкие частоты создают более высокие напряжения на нагрузке. Низкие частоты пропускаются, высокие частоты отбрасываются.

Работающие фильтры верхних частот

Противоположностью фильтру нижних частот является фильтр верхних частот . Фильтры верхних частот пропускают выбранный высокочастотный ток и подавляют низкочастотные токи.

Схема фильтра включает конденсатор, включенный последовательно с входным напряжением сигнала, и шунт индуктивности поперек линии, Рисунок 6 .

• По мере увеличения частоты X _L увеличивается, и параллельно на L и R возникает более высокое напряжение.
• По мере увеличения частоты X _C уменьшается, обеспечивая путь с низким реактивным сопротивлением для высокочастотных сигналов.
• Низкие частоты шунтируются или обходятся вокруг нагрузки R за счет низкого реактивного сопротивления L на низких частотах.

Рис. 6. Схема фильтра верхних частот.

Для улучшения фильтрующего действия фильтров нижних и верхних частот часто объединяют две или более секций. Эти разделы названы в соответствии с составом схемы. Рисунок 7 иллюстрирует схематические рисунки и названия нескольких типов фильтров.

Рис. 7. Цепи фильтра могут быть названы в соответствии с конфигурацией цепи.

Фильтры настроенной цепи

Последовательные и параллельные резонансные контуры называются акцепторными или режекторными контурами. Эти настроенные схемы можно использовать в качестве фильтров, поскольку они способны дать максимальный отклик на настроенной резонансной частоте.

В Рисунок 8 последовательный резонансный контур используется в качестве полосового фильтра. Полосовой фильтр пропускает только токи, близкие к его резонансной частоте.

 В Рис. 9 последовательный резонансный контур шунтирован параллельно или параллельно нагрузке. Это обеспечивает путь с низким импедансом вокруг токов на резонансных частотах (в обход нагрузки). В этом случае фильтр будет работать как режекторный фильтр. Полосовые режекторные фильтры подавляют определенную полосу частот.

Рис. 8. Последовательно настроенная схема, используемая в качестве полосового фильтра.

Рис. 9. Последовательно настроенная схема, выполненная в виде полосового режекторного фильтра.

Цепи Рис. 10 используют параллельную настроенную цепь. Эффект параллельно настроенной схемы противоположен последовательно настроенной схеме.

Когда накопительная цепь соединена последовательно с входными токами , она обеспечивает максимальный импеданс и подавляет частоты, близкие к ее резонансной частоте.

Когда цепь бака шунтируется через нагрузку, это вызывает максимальную реакцию нагрузки при резонансе. Частоты, отличные от резонанса, игнорируются из-за уменьшенного импеданса шунтирующей колебательной цепи.

Рис. 10. A – Параллельно настроенный контур в качестве режекторного фильтра. B – Параллельно настроенная схема в качестве полосового фильтра.

Комбинация последовательно настроенных и параллельных цепей может использоваться для обеспечения более резкого среза и большего затухания.

Вы нашли apk для Android? Вы можете найти новые бесплатные игры и приложения для Android.

RC-цепь фильтра нижних частот — в качестве интегратора, ступенчатый вход, прямоугольный вход

На рис. 1 показана последовательная RC-цепь LP. Эта схема идентична схеме верхних частот, за исключением того факта, что выходной сигнал теперь снимается через конденсатор C, а не через резистор R. Однако поведение полностью отличается от поведения схемы верхних частот. На выходе берется через конденсатор и реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте. Название схемы нижних частот связано с тем, что она легко пропускает низкие частоты, но ослабляет высокие частоты. Затухание высокой частоты происходит из-за реактивного сопротивления конденсатора , которое уменьшается с увеличением частоты. На очень высоких частотах конденсатор действует как короткое замыкание, и поэтому выходной сигнал падает до нуля.

Рис. 1. RC-цепь фильтра нижних частот

Синусоидальный вход

Когда к нему применяется синусоидальный вход v _I , затем выход V _O дается:

, где

V0 — выходный натяжение

V0 . V _i — входное напряжение
X _c — емкостное реактивное сопротивление
R — омическое значение сопротивления
Дж — комплексная мнимая ось плоскости.

Выход зависит от частоты. На частотах —JX _c << R. При этом условии выражение становится почти нулевым, т.е.

V _o = 0

= V _i

Таким образом, схема нижних частот ослабляет сигналы высоких частот и не влияет на сигналы низких частот. Кривая АЧХ схемы нижних частот показана на рис. 1(б). Частота, при которой выходной сигнал становится равным 70,7% входного, называется частотой среза и определяется выражением.

f _c = 1/2πRC

Вход ступенчатого напряжения:

Для ступенчатого входа на рис. экспоненциально к конечному значению V с постоянной RC -извести. Выходное напряжение Vo определяется как:

В _o = V(1 – e ^-1/RC )

реакция низкочастотной RC-цепи на ступенчатый вход, и выражение справедливо только тогда, когда конденсатор изначально полностью разряжен. Если конденсатор был первоначально заряжен до напряжения В _o меньше, чем V, то уравнение экспоненциального начисления будет иметь вид: тогда.

Влияние постоянной времени цепи на RC-цепь нижних частот:

Форма выходного сигнала RC-цепи нижних частот зависит от значения постоянной времени цепи T (по сравнению с длительностью импульса t _p ). Для импульса форма сигнала ФНЧ может быть короткой, длинной или средней по сравнению с t _p , длительность импульса входной пульсовой волны.

Теперь рассмотрим, период времени цепи T может быть длинным, когда t _p < 0,1T, или коротким, когда t _p > 10T, или средним, когда T лежит между крайними значениями, т. е. 10 T > t _p > 0,1 T. Выходные сигналы показаны на рис. 3

Рис. 3: Постоянная времени цепи на RC-цепи фильтра нижних частот

Замечено, что когда постоянная времени цепи T очень велика; По сравнению с шириной импульса t _p ступенчатый вход преобразуется в линейный выход. Контур нижних частот в таких условиях ведет себя как и иногда называется интегратором. Это означает, что выходной сигнал является интегралом формы входного сигнала.

Цепь нижних частот в качестве интегратора

Цепи нижних частот, также называемые интегратором. Название схемы нижних частот связано с тем, что схема пропускает низкие частоты, но ослабляет высокие частоты.

Цепь, в которой выходное напряжение прямо пропорционально интегралу входного напряжения, называется интегрирующей схемой. Математически выходное напряжение определяется как:

Выход ∝ ∫ (вход)

V _I ∝ ∫V _I DT

или

V = (1/ RC) ∫V _I DT

, где RC является константом пропорциональности

DT

, где RC является константом пропорциональности

DT

, где RC является константом пропорциональности. Интегрирующая схема представляет собой простую последовательную RC-цепь с выходом, подключенным к конденсатору C, как показано на рис. 4.

.

• Постоянная времени RC цепи должна быть очень большой по сравнению с периодом времени входного сигнала.
• Значение R должно быть в 10 или более раз больше, чем X,.

Пусть V _i будет входным переменным напряжением и пусть i будет результирующим переменным током. Так как R очень велико по сравнению с емкостным сопротивлением X _c конденсатора. Можно предположить, что напряжение на R (т.е. V _R ) равно входному напряжению, т.е.

В _i = В _R

Сейчас

I = В _R /R = В _i /R

Выходное напряжение определяется по формуле:

Форма выходного сигнала интегрирующей схемы зависит от постоянной времени и формы входного сигнала. Теперь рассмотрим некоторые случаи.

Вход в виде прямоугольной волны:

Когда входной сигнал представляет собой прямоугольную волну и подается на интегрирующую схему, выходной сигнал будет иметь треугольную форму, как показано на рис. 4. Мы знаем, что интегрирование означает суммирование, поэтому выход из интегрирующая цепь будет суммой всех входных сигналов в любой момент времени. Эта сумма равна нулю в точке А и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не станет максимальной в точке С. После этого суммирование продолжает уменьшаться до множества отрицательных перемещений CD входного сигнала.

Входной сигнал в виде прямоугольной волны:

Когда входной сигнал представляет собой прямоугольную волну и подается на интегрирующую схему, выходной сигнал будет иметь форму пилообразной формы, как показано на рис. 5. От точки А сигнал продолжает увеличиваться до тех пор, пока не станет максимум в точке С. После этого суммирование идет по убыванию до множества отрицательного движения CD входной волны.

Рисунок 5: RC-цепь фильтра нижних частот на входе в виде прямоугольной волны

Это означает, что отклик интегрирующей схемы на прямоугольную волну аналогичен отклику, обсуждаемому для прямоугольной волны, как и для прямоугольной волны, за исключением формы выходного сигнала, которая представляет собой пилообразную волну (вместо треугольной волны).