Bộ lọc dừng dải

Bộ lọc dừng dải

Bộ lọc dừng dải còn được gọi là Bộ lọc Notch, chặn và loại bỏ các tần số nằm giữa hai điểm tần số cắt của nó cho tất cả các tần số đi qua ở hai phía của dải tần này.

Bằng cách kết hợp bộ lọc thông thấp RC cơ bản với bộ lọc thông cao RC, chúng ta có thể tạo thành một bộ lọc thông dải đơn giản sẽ thông một dải hoặc dải tần số ở hai bên của hai điểm tần số cắt. Nhưng chúng ta cũng có thể kết hợp các phần bộ lọc thông thấp và cao này để tạo ra một loại mạch lọc RC khác được gọi là bộ lọc dừng dải có thể chặn hoặc ít nhất là làm suy giảm dải tần nằm trong hai điểm tần số cắt này.

Bộ lọc dừng dải, (BSF) là một loại mạch chọn lọc tần số .Bộ lọc dừng dải, còn được gọi là bộ lọc loại bỏ dải , thông tất cả các tần số, ngoại trừ những tần số nằm trong dải dừng xác định sẽ bị suy giảm rất nhiều.

Nếu dải dừng này rất hẹp và bị suy giảm nhiều trên một vài hertz, thì bộ lọc dừng dải thường được gọi là bộ lọc notch , vì đáp ứng tần số của nó cho thấy có một rãnh sâu với độ chọn lọc cao (đường cong dốc) chứ không phải là một dải rộng hơn được làm phẳng.

Ngoài ra, giống như bộ lọc thông dải, bộ lọc dừng dải (loại bỏ dải) là bộ lọc bậc hai (hai cực) có hai tần số cắt, thường được gọi là -3dB hoặc điểm nửa công suất tạo ra dải thông dải dừng rộng giữa hai điểm -3dB này.

Khi đó, chức năng của bộ lọc dừng dải cho tất cả các tần số đó từ 0 (DC) đến điểm tần số cắt đầu tiên (thấp hơn) của nó ƒL đi qua , và chuyển tất cả các tần số đó lên trên tần số cắt thứ hai của nó ƒH , nhưng chặn hoặc từ chối tất cả các tần số đó ở giữa. Khi đó dải thông của bộ lọc, BW được định nghĩa là: ( ƒH  –  ƒL ).

Vì vậy, đối với bộ lọc dừng dải dải rộng, dải dừng thực tế của bộ lọc nằm giữa các điểm -3dB dưới và trên của nó khi nó giảm dần hoặc loại bỏ bất kỳ tần số nào giữa hai tần số cắt này. Do đó, đường cong đáp ứng tần số của bộ lọc dừng dải lý tưởng được đưa ra như sau:

Phản hồi của bộ lọc dừng dải

Chúng ta có thể thấy từ các đường cong biên độ và pha ở trên đối với mạch thông dải, rằng các đại lượng ƒL , ƒH và ƒC giống như các đại lượng được sử dụng để mô tả hoạt động của bộ lọc thông dải. Điều này là do bộ lọc dừng dải đơn giản là một dạng đảo ngược hoặc bổ sung của bộ lọc thông dải tiêu chuẩn. Trong thực tế, các định nghĩa sử dụng cho dải thông , thông dải, dải dừng và tần số trung tâm cũng giống như trước đây, và chúng ta có thể sử dụng các công thức tương tự để băng thông tính toán, BW , tần số trung tâm, ƒ C , và yếu tố chất lượng, Q .

Bộ lọc dừng dải lý tưởng sẽ có suy hao vô hạn trong dải dừng của nó và suy hao bằng không trong cả hai dải thông. Sự chuyển đổi giữa hai dải chuyền và dải dừng sẽ là thẳng đứng .Có một số cách chúng ta có thể thiết kế “Bộ lọc dừng dải” và tất cả chúng đều đạt được mục đích giống nhau.

Nói chung, các bộ lọc thông dải được xây dựng bằng cách kết hợp một bộ lọc thông thấp (LPF) nối tiếp với một bộ lọc thông cao (HPF). Bộ lọc dừng dải được tạo bằng cách kết hợp các phần bộ lọc thông thấp và thông cao với nhau trong cấu hình loại “song song” như được minh họa.

Cấu hình bộ lọc dừng băng thông thường

Tính tổng của bộ lọc thông cao và thông thấp có nghĩa là đáp ứng tần số của chúng không trùng lặp, không giống như bộ lọc thông dải. Điều này là do thực tế là tần số bắt đầu và kết thúc của chúng ở các điểm tần số khác nhau. Ví dụ: giả sử chúng ta có bộ lọc thông thấp bậc nhất với tần số cắt, ƒL là 200Hz được kết nối song song với bộ lọc thông cao bậc nhất có tần số cắt, ƒH là 800Hz. Khi hai bộ lọc được kết nối song song một cách hiệu quả, tín hiệu đầu vào được áp dụng cho cả hai bộ lọc đồng thời như hình trên.

Tất cả các tần số đầu vào dưới 200Hz sẽ được bộ lọc thông thấp chuyển đến đầu ra mà không bị ảnh hưởng. Tương tự như vậy, tất cả các tần số đầu vào trên 800Hz sẽ được bộ lọc thông cao chuyển đến đầu ra mà không bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, và tần số tín hiệu đầu vào nằm giữa hai điểm cắt tần số này là 200Hz và 800Hz, tức là ƒL đến ƒH sẽ bị chặn bởi một trong hai bộ lọc tạo thành một vùng rãnh trong phản hồi đầu ra của bộ lọc.

Nói cách khác, tín hiệu có tần số 200Hz trở xuống và 800Hz trở lên sẽ đi qua mà không bị ảnh hưởng nhưng tần số tín hiệu nói là 500Hz sẽ bị chặn vì nó quá cao để được bộ lọc thông thấp đi qua và quá thấp để được truyền qua bộ lọc thông cao. Chúng ta có thể chỉ ra ảnh hưởng của đặc tính tần số này dưới đây.

Đặc điểm của bộ lọc dừng dải

Việc biến đổi đặc tính bộ lọc này có thể dễ dàng thực hiện bằng cách sử dụng một mạch lọc thông thấp và thông cao đơn lẻ được cách ly với nhau bằng bộ đệm điện áp không đảo, ( Av = 1 ). Đầu ra từ hai mạch lọc này sau đó được tổng hợp bằng cách sử dụng một bộ khuếch đại hoạt động thứ ba được kết nối như một tổng điện áp (bộ cộng) như được hiển thị.

Mạch lọc dải dừng

Việc sử dụng các bộ khuếch đại hoạt động trong thiết kế bộ lọc dừng dải cũng cho phép chúng tôi đưa độ lợi điện áp vào mạch lọc cơ bản. Hai bộ đệm điện áp không đảo có thể dễ dàng được chuyển đổi thành một bộ khuếch đại không đảo cơ bản với độ lợi Av = 1 + Rƒ / Rin bằng cách bổ sung các điện trở đầu vào và phản hồi.

Ngoài ra, nếu chúng ta yêu cầu bộ lọc dải dừng có điểm cắt -3dB của nó, chẳng hạn như 1kHz và 10kHz và độ lợi dải dừng ở giữa -10dB, chúng ta có thể dễ dàng thiết kế bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao với những yêu cầu này và chỉ cần xếp tầng chúng lại với nhau để tạo thành thiết kế bộ lọc thông dải băng tần rộng.

Bây giờ chúng ta đã hiểu nguyên lý đằng sau Bộ lọc dừng dải , chúng ta hãy thiết kế một Bộ lọc bằng cách sử dụng các giá trị tần số cắt trước đó.

Ví dụ về bộ lọc dải dừng số 1

Thiết kế bộ lọc dừng dải tần rộng, RC cơ bản với tần số cắt thấp hơn là 200Hz và tần số cắt cao hơn là 800Hz. Tìm tần số tâm, dải thông -3dB và Q của mạch.

Có thể tìm thấy các điểm tần số cắt trên và dưới cho bộ lọc dừng dải bằng cách sử dụng công thức tương tự như cho cả bộ lọc thông thấp và thông cao như được hiển thị.

Giả sử một tụ điện, giá trị C cho cả hai phần bộ lọc là 0,1uF, giá trị của hai điện trở xác định tần số, RL và RH được tính như sau.

Phần bộ lọc thông thấp

Phần bộ lọc thông cao

Từ đó chúng ta có thể tính tần số tâm hình học, ƒC là:

Bây giờ chúng ta đã biết các giá trị thành phần cho hai giai đoạn bộ lọc, chúng ta có thể kết hợp chúng thành một mạch cộng điện áp duy nhất để hoàn thành thiết kế bộ lọc của chúng tôi. Độ lớn và cực của đầu ra bộ cộng sẽ là tổng đại số của hai đầu vào của nó tại bất kỳ thời điểm nào.

Nếu chúng ta làm cho điện trở phản hồi op-amps và hai điện trở đầu vào của nó có cùng giá trị, chẳng hạn như 10kΩ , thì mạch tổng đảo sẽ cung cấp tổng đúng về mặt toán học của hai tín hiệu đầu vào với độ lợi điện áp bằng không.

Sau đó, mạch cuối cùng cho ví dụ bộ lọc dừng dải của chúng tôi sẽ là:

Thiết kế bộ lọc dải dừng

Chúng ta đã thấy ở trên rằng các bộ lọc dừng dải đơn giản có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ lọc thông thấp và cao bậc một hoặc thứ hai cùng với mạch op-amp tổng hợp không đảo để loại bỏ một dải tần số rộng. Nhưng chúng ta cũng có thể thiết kế và xây dựng các bộ lọc dừng dải để tạo ra đáp ứng tần số hẹp hơn nhiều nhằm loại bỏ các tần số cụ thể bằng cách tăng độ chọn lọc của bộ lọc. Loại thiết kế bộ lọc này được gọi là “Bộ lọc Notch”.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button