تسلا الکترونیک

طراحی فیلتر باند باریک

Narrow band pass filter

نوشته شده توسط :
مهندس محمد علی نکوئی

فیلتر ها در مدارات الکترونیکی

فیلتر ها کاربرد بسیاری در مدارات الکترونیک دارند از حذف نویز و ریپل منابع تغذیه تا جدا کردن طیف های فرکانسی امواج رادیویی . فیلتر ها بسته به نوع المانی که با آن ساخته میشوند به دو دسته کلی فعال (ACTIVE) و غیرفعال (PASSIVE) تقسیم میشوند. به عبارتی فیلتر هایی که نیاز به المان هایی دارند که برای انجام کار نیازمند انرژی هستن را اکثرا فعال می نامیم مثلا فیلتر هایی که با OP-AMP طراحی میشوند را فعال می نامیم و فیلتر های ساده ای که با المان های پسیو مانند مقاومت و خازن و سلف طراحی میشونده غالبا غیرفعال یا پسیو می نامیم.

از لحاظ نحوه پیاده سازی نیز فیلتر ها را به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم میکنند . فیلتر های دیجیتال عموما توسط پردازشگرها و اغلب پردازشگرهای سیگنال دیجیتال (DSP) پیاده سازی میشوند.

از نظر عملکردی فیلتر ها را میتوان به صورت زیر دسته بندی کرد: 

  • فیلتر پایین گذر
  • فیلتر بالا گذر
  • فیلتر میان گذر
  • فیلتر میان نگذر
  • فیلتر تمام گذر

همچنین فیلتر ها میتوانند خطی یا غیر خطی عمل کنند

تمام مواردی که گفته شد خلاصه ای از انواع فیلتر ها بود. که هر یک بحث مفصلی در طراحی و کاربرد برای ارائه جزئیات آن نیازمند است.

سعی می کنیم به تفصیل هریک از این فیلتر ها را با شرح معادلات و ابزارهای طراحی آنها در هر مقاله توضیح دهیم.

فیلتر آنالوگ میان گذر فعال:

یکی از انواع پر کاربرد فیلتر ها ، فیلترهای میان گذر هستند . این فیلترها تمامی فرکانس های بالاتر و پایین تر از فرکانس مرکزی را تضعیف و بقیه را تقویت میکنند .خیلی وقت ها پیش می آید که شما به دنبال تقویت و جدا کردن فرکانس خاصی باشید . مثلا در ریموت کنترل ، فرستنده های مادون قرمز یا فاصله سنج های آلتراسونیک که اکثرا با فرکانس 40 کیلوهرتز کار میکنند بسیار مهم است که فقط فرکانس هدف را تقویت کنید و بقیه طیف ها را تا حد امکان تضعیف کنید. به این ترتیب به برد عملیاتی و حساست بیشتری دست پیدا خواهید کرد و خطای سیستم حداقل خواهد شد.

استفاده از آپ امپ (OP-AMP) میتواند راه حل خوبی برای بدست آوردن گین یا همان ضریب تقویت بالا باشد. همچنین به دلیل امپدانس بالای ورودی آن به راحتی میتوانید آن را به طبقات دیگر وصل کنید و مدار پیچیده تری بسازید

در شکل زیر یک فیلتر فعال سوزنی یا باند باریک میان گذر (Narrow-bandpass) را که با آپ امپ طراحی شده مشاهده میکنید که یکی از بهترین فیلتر ها در این نوع است.

فیلتر باند باریک

برای طراحی این فیلتر لازم است 4 پارامتر آن را بهتر بشناسید

  • فرکانس مرکزی : این همان فرکانسی است که بیشترین تقویت قرار است برای آن انجام شود و هرچه از این فرکانس دورشویم ضریب تقویت کم و حتی سیگنال تضعیف می شود.
  • پهنای باند : به فاصله فرکانسی بعد از 3 دسیبل کاهش نسبت به فرکانس اصلی گفته میشود . هرچه پهنای باند بیشتر باشد طیف های بیشتری عبور میکنند . در طراحی دقت شود که این پهنای باند بگونه ای باشد که نویز و سایر سیگنال های ناخواسته در باند فرکانسی تقویت کننده شما قرار نگیرد ، از طرفی بسیار کم نمودن پهنای باند باعث میشود تا سایر هارمونیک های پایین سیگنال اصلی نیز تقویت نشوند و اعوجاج یا تغییر درشکل موج را شاهد باشید.
  • Q : این پارامتر میزان شیب سوزنی بودن فیلتر را تعیین میکند و تاثیر مستقیم روی پهنای باند دارد. هرچه مقدار آن بیشتر باشد شکل فیلتر شما سوزنی تر خواهد بود.
  • بهره تقویت : حداکثر گین یا همان بهره تقویت در فرکانس مرکزی است.

برای طراحی این فیلتر میتوانید با استفاده از نرم افزارهای شبیه ساز مانند HSPICE این کار را انجام دهید ، PROTEUS هم به دلیل استفاده از موتور SPICE میتواند به عنوان یک ابزار حرفه ای و راحت در این زمینه استفاده شود.

برای راحتی در طراحی این فیلتر باند باریک فعال میتوانید از ماشین حساب زیر استفاده کنید.

Center Freq. [Hz]

Bandwidth [Hz]

 

Q

Gain [Vu]

C1, C2 [nF]

R1 [kΩ]

 

R2 [kΩ]

 

R3 [Ω]

 

این مطلب را به اشتراک بگذارید

0 0 vote
امتیاز شما به این مقاله
Subscribe
Notify of
guest
2 Comments
Oldest
Newest Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments
علی
علی
2020/06/03 22:52

سلام مطلب بسیار عالی بود

رضا
رضا
2020/06/04 00:46

لطفا در مورد طراحی فیلتر های پایین گذر و بالا گذر هم مطلب بزارید