|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Tính toán bộ lọc RC. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Radio nghiệp dư cho người mới bắt đầu Chúng ta hãy xem xét các mạch chọn lọc tần số hoặc chọn lọc có tác dụng lọc, tức là tín hiệu có một số tần số truyền tốt hơn, ở các tần số khác - tệ hơn. Đôi khi đặc tính này của mạch có hại, chẳng hạn như trong các bộ khuếch đại âm thanh chất lượng cao, nơi chúng cố gắng đạt được băng thông rộng nhất có thể. Và đôi khi, nó rất hữu ích, chẳng hạn như trong các máy thu radio, khi từ một khối tín hiệu từ các đài phát thanh hoạt động ở các tần số khác nhau, bạn cần tách tín hiệu của một tín hiệu duy nhất, phát trên tần số mà bạn đã biết. Mạch lọc (bộ lọc) nhất thiết phải chứa các phần tử phản kháng - điện dung và/hoặc điện cảm, vì điện trở hoạt động của điện trở không phụ thuộc vào tần số (trong trường hợp lý tưởng). Trong thực tế, luôn có các điện dung và điện cảm ký sinh (lắp đặt, dây dẫn, điểm nối p-n, v.v.), vì vậy hầu hết mọi mạch đều trở thành bộ lọc ở mức độ này hay mức độ khác, tức là các tham số của nó phụ thuộc vào tần số. Đầu tiên, chúng ta hãy xem xét các xích RC đơn giản nhất. Trong bộ lễ phục. Hình 28a thể hiện sơ đồ của bộ lọc thông thấp (LPF) đơn giản, giúp truyền các tần số thấp và làm suy giảm các tần số cao.
Hệ số truyền là tỷ số K = Uout/Uin (chính xác hơn là mô đun, hay giá trị tuyệt đối của hệ số truyền). Hãy tính toán nó bằng cách sử dụng thông tin chúng ta đã biết về mạch điện xoay chiều. Cường độ dòng điện trong mạch là:
và hiệu điện thế ra bằng hiệu điện thế trên tụ C:
Thay thế dòng điện, chúng tôi thấy
Hệ số truyền hóa ra rất phức tạp. Điều này có nghĩa là điện áp đầu ra của bộ lọc lệch pha so với đầu vào. Để nhấn mạnh tính chất phức tạp của K, nó thường được ký hiệu là K(jω). Hãy tìm mô-đun (giá trị tuyệt đối) và đối số (pha) K
Cả biên độ và pha của độ lợi đều phụ thuộc vào tần số hoặc được gọi là hàm của tần số. Dấu âm của đối số chỉ ra rằng pha của tín hiệu đầu ra chậm hơn pha của tín hiệu đầu vào. Nếu bạn vẽ đồ thị của chúng, bạn sẽ nhận được các đặc tính biên độ-tần số và tần số pha của bộ lọc (AFC và PFC), được hiển thị trong Hình 28,6. XNUMX và tương ứng. Bộ lọc hoạt động như sau. Ở tần số thấp nhất, điện dung của tụ cao và tín hiệu được truyền từ đầu vào đến đầu ra qua điện trở R mà hầu như không bị suy giảm. Khi tần số tăng, điện dung giảm và mạch đóng vai trò như một bộ chia điện áp. Ở tần số cắt ωc, điện kháng điện dung bằng điện kháng hoạt động và ωcRC = 1. Tuy nhiên, mô đun K không bằng 1/2, như trường hợp của điện trở hoạt động, mà là 1/V2 = 0,7 , như có thể thấy từ sơ đồ vectơ điện áp (Hình 28, d). Độ lệch pha do chuỗi đưa ra ở tần số cắt là 45° - đây là mức độ trễ của pha của tín hiệu đầu ra so với pha của đầu vào. Khi tần số tăng hơn nữa, mô đun của hệ số truyền giảm tỷ lệ với tần số và độ lệch pha có xu hướng -90°. Thông thường, để đơn giản hóa việc tính toán, người ta đưa ra ký hiệu RC = τ. (hằng số thời gian chuỗi), ωRC = ω/ωс = x (tần số tổng quát). Hệ số truyền trong các ký hiệu này được viết khá đơn giản:
Chỉ nên quay lại các chỉ định trước đó sau khi hoàn thành tất cả các phép tính. Trong phân tích của chúng tôi, chúng tôi ngầm giả định rằng mạch được cấp nguồn bởi một bộ dao động có điện trở trong rất thấp và đầu ra của nó không được tải. Trong thực tế, nguồn tín hiệu luôn có điện trở trong R1 nào đó, nếu đang hoạt động thì chỉ cần cộng vào R. Tương tự, nếu tải có điện dung CH thì chỉ cần cộng vào C. Nếu tải có điện trở hoạt động RH, thì mô-đun K đã ở tần số thấp nhất, trong đó ảnh hưởng của điện dung có thể bị bỏ qua, sẽ nhỏ hơn đơn vị và sẽ (chúng ta chỉ tính toán theo định luật Ohm) RH/(R + RH ). Tần số cắt cũng sẽ tăng cao hơn và có thể dễ dàng tính toán theo cách mô tả ở trên, sẽ không còn
trong đó R 'là điện trở thu được khi mắc song song R và Rn. Dưới đây là một ví dụ về ứng dụng thực tế của thông tin được trình bày. Bộ khuếch đại video TV phải truyền dải tần 6 MHz và nó hoạt động trên tải điện dung bao gồm điện dung đầu ra của bóng bán dẫn Cm, điện dung lắp Cm và điện dung liên điện cực của lưới điều khiển kinescope Ck (Hình 29, a) ). Tổng của chúng có thể được ước tính bằng một số loại máy đo điện dung (tất nhiên là khi TV đã tắt!) Hoặc sử dụng dữ liệu tham khảo. Đặt nó là 25 pF - đây sẽ là công suất của mạch RC đang được xem xét. Điện trở R của mạch có được bằng cách mắc song song điện trở trong của bóng bán dẫn (bộ tạo tín hiệu) và điện trở tải Rн. Cái đầu tiên có thể được tìm thấy từ các đặc tính của bộ thu của bóng bán dẫn, lấy một mức tăng nhỏ ΔUк gần điện áp của bộ thu hoạt động Uк và tìm mức tăng hiện tại tương ứng ΔIк
Thông thường điện trở trong lớn hơn nhiều so với điện trở tải thì ta có thể coi R = Rн. Hãy tìm điện trở tải cho phép dựa trên đáp ứng tần số giảm xuống 0,7 (x 3 dB) ở tần số 6 MHz. Tần số cắt góc sẽ là
(làm tròn). Vì RC = 1 / ωс,
Đương nhiên, chúng tôi muốn chọn điện trở tải lớn hơn, điều này sẽ làm tăng mức tăng và giảm dòng điện tiêu thụ của bóng bán dẫn, nhưng điều này không thể thực hiện được do việc chặn các tần số trên của phổ video, điều này sẽ dẫn đến suy hao về độ rõ của hình ảnh.
Để giải trí, chúng ta hãy tiếp tục tính toán. Đưa tín hiệu có biên độ lên tới 50 V vào lưới kinescope, khi đó dòng điện của bóng bán dẫn phải là 50 mA. Điện trở tải cũng sẽ giảm 50 V, điện áp nguồn tối thiểu phải là 100 V và điện trở tải sẽ giải phóng công suất 50 V - 50 mA = 2,5 W. Công suất tương tự sẽ bị tiêu tán bởi bóng bán dẫn. Đặc tính tải trọng trong trường hợp này được chỉ ra trong Hình 29. XNUMX, b cùng với các sơ đồ điện áp và dòng điện (cần lưu ý trong tivi hiếm khi có dạng hình sin). Bây giờ đã rõ tại sao giai đoạn đầu ra của bộ khuếch đại video được chế tạo bằng một bóng bán dẫn mạnh và một điện trở mạnh được đặt trong tải, mặc dù kinescope không tiêu thụ bất kỳ nguồn điện nào thông qua mạch điện cực điều khiển (lưới). Để phần nào cải thiện tình hình, nhiều cách đã được phát minh ra. Một trong số đó bao gồm việc điều chỉnh đáp ứng tần số bằng cách mắc nối tiếp với tải một cuộn dây có độ tự cảm nhỏ (Hình 29, a), được chọn sao cho nó cộng hưởng với tổng điện dung C ở đâu đó ở tần số cắt hoặc cao hơn một chút. Mạch dao động thu được có hệ số chất lượng rất thấp (không quá 1...1.5) góp phần làm tăng đáp ứng tần số gần tần số cắt. Trong bộ lễ phục. 29, đường liền nét hiển thị đáp ứng tần số của bộ khuếch đại trước khi hiệu chỉnh, tương ứng với đáp ứng tần số của mạch RC đơn giản và đường đứt nét hiển thị đáp ứng tần số sau khi bật điện cảm. Bằng cách này, băng thông của tần số truyền được mở rộng thêm 1,5...2 lần, hoặc mức tăng và hiệu suất của tầng được tăng lên cùng một lượng. Việc thu hẹp băng thông được mô tả ở trên xảy ra trong từng tầng khuếch đại, điều này phải được tính đến khi thiết kế bộ khuếch đại nhiều tầng. Ví dụ: trong trường hợp có hai tầng giống hệt nhau, độ dốc đáp ứng tần số trong mỗi tầng không được lớn hơn 0,84 (0,842 = 0,7), trong trường hợp có ba tầng - không quá 0,89. Đôi khi, đặc biệt là trong các bộ khuếch đại video, "thủ thuật nhỏ" được sử dụng: giai đoạn sơ bộ, trong đó cả điện dung giữa các điện cực và dao động điện áp đầu ra đều nhỏ hơn, được thiết kế băng thông rộng, với sự gia tăng đáp ứng tần số ở tần số cao, bù đắp cho sự suy giảm đáp ứng tần số ở giai đoạn đầu ra. Chuỗi được mô tả (xem Hình 28, a) được gọi là bộ lọc thông thấp khi xem xét các đặc tính tần số của nó và nó còn được gọi là tích hợp khi xem xét sự truyền tín hiệu xung. Để điện áp rơi có cạnh ngắn tác động ở đầu vào của chuỗi (Hình 30). Điện áp đầu ra sẽ không tăng ngay lập tức vì tụ điện cần thời gian để sạc với dòng điện giới hạn bởi điện trở R.
Chỉ tại thời điểm đầu tiên sau khi chịu tác động của chênh lệch thì dòng điện bằng UBX/R, sau đó sẽ giảm khi điện áp trên tụ tăng. Bằng cách tạo ra một phương trình vi phân cho điện áp đầu ra và giải nó, chúng ta có thể thiết lập được
trong đó e là cơ số logarit tự nhiên. Trong thời gian τ = RC, điện áp đầu ra tăng lên xấp xỉ 0,63 giá trị đầu vào và sau đó tiệm cận đến nó. Do đó, chuỗi tích hợp “lấn át” các cạnh dốc của tín hiệu, nhân tiện, điều này giải thích sự giảm độ rõ của hình ảnh truyền hình. Hãy chuyển sang các bộ lọc thông cao (HPF), bộ lọc đơn giản nhất (chuỗi RC vi phân) được hiển thị trong Hình. 31, A. Hệ số truyền lúc này được biểu thị như sau:
Đáp ứng tần số của chuỗi được thể hiện trong hình. 31, b. Công thức tính tần số cắt vẫn giữ nguyên. Đáp ứng pha cũng giống nhau, nhưng dấu của φ thay đổi - pha của tín hiệu đầu ra sớm hơn pha của tín hiệu đầu vào. Nó gần bằng 90° ở tần số thấp nhất và tiến tới 28 ở tần số cao (đồ thị trong hình 90c đủ để di chuyển lên dọc theo trục φ thêm 1°). Trên thực tế, tất cả các biểu thức cho bộ lọc thông cao đều được lấy từ các công thức dành cho bộ lọc thông thấp bằng cách thay tần số tổng quát x bằng -XNUMX/x', tần số này thường được sử dụng khi tính toán bất kỳ bộ lọc nào. Đáp ứng xung của chuỗi được thể hiện trong hình. 32. Nó giống như nghịch đảo của cái trước - điện áp đầu ra tăng đột ngột, nhưng sau đó giảm theo quy luật hàm mũ theo quan điểm. Trong thời gian bằng hằng số thời gian của chuỗi t, nó giảm xuống 0,37 của đầu vào, trong khoảng thời gian tiếp theo t - lại xuống 0,37, v.v. (nhân tiện, đây là một quy tắc tốt để vẽ đồ thị hàm mũ - đối với mỗi phép chia theo chiều ngang, tọa độ dọc của đường cong sẽ tăng hoặc giảm theo tỷ lệ giống nhau). Hầu hết mọi xích RC ngăn cách giữa các tầng đều là bộ lọc thông cao được mô tả. Ngay cả khi không có điện trở R rõ ràng thì đó vẫn là điện trở đầu vào của tầng được kết nối phía sau tụ điện ghép nối. Nếu chúng ta cũng tính đến việc điện dung ký sinh ở đầu ra của tầng tạo thành bộ lọc thông cao, thì rõ ràng là bất kỳ tầng khuếch đại nào cũng giới hạn băng thông của tần số truyền cả từ bên dưới và từ bên trên, tức là đó là bộ lọc thông dải . Đối với các xung hình chữ nhật đi qua tầng khuếch đại, các cạnh dốc được làm phẳng (hành động lọc thông thấp) và phần trên rơi ra (hành động lọc thông cao). Để tăng hiệu quả lọc của các mạch RC, một số mạch RC được nối nối tiếp nhau và để ngăn các chuỗi tiếp theo bị lệch, chúng được phân tách bằng các giai đoạn khuếch đại trung gian trên bóng bán dẫn. Đôi khi, với cùng mục đích, các chuỗi tiếp theo được chọn có điện trở lớn hơn. Tuy nhiên, trong mọi trường hợp, đáp ứng tần số của các bộ lọc trong vùng tần số cắt hóa ra rất phẳng. Các bộ lọc hoạt động, trong đó chính phần tử khuếch đại (bóng bán dẫn) đóng vai trò là phần tử lọc, có thể khắc phục tình trạng này. Trong bộ lễ phục. 33 hiển thị sơ đồ của bộ lọc thông thấp đang hoạt động (Sallen-Key). Phần tử hoạt động trong đó phải có mức tăng thống nhất và không đảo ngược tín hiệu. Ngoài ra, cần có trở kháng đầu vào cao và đầu ra thấp. Các yêu cầu này được đáp ứng bởi một bộ theo dõi (nguồn) bóng bán dẫn dựa trên bóng bán dẫn hoặc (tốt hơn) một bộ khuếch đại hoạt động, đầu vào đảo ngược của nó được kết nối với đầu ra. Các điện trở thường được chọn có cùng điện trở, điện dung của tụ C2 nhỏ hơn điện dung C2 từ 2,5...1 lần. Tần số cắt của bộ lọc
Bộ lọc hoạt động như thế này. Ở tần số dưới tần số cắt của mạch RC, điện áp đầu ra thực tế lặp lại điện áp đầu vào và tụ điện C1 bị tắt vì cả hai bản của nó đều có cùng điện thế. Tín hiệu được truyền đi mà không bị suy giảm. Khi tần số tăng lên, RC2 phát huy tác dụng và điện áp đầu ra giảm xuống. Khi đó mạch RC1 cũng phát huy tác dụng làm tín hiệu đầu ra càng yếu đi. Kết quả là, đáp ứng tần số giảm mạnh được hình thành trên tần số cắt. Bằng cách thay đổi tỷ lệ điện dung C1 và C2, bạn có thể có được đáp ứng tần số giảm đều và đơn điệu trong dải thông (bộ lọc Butterworth) và thậm chí bạn có thể hình thành một số mức tăng trước tần số cắt (bộ lọc Chebyshev). Sau khi hình thành mức tăng như vậy (đường cong 1 trong Hình 34), nên thêm một liên kết thụ động khác (đường cong 2), điều này sẽ bù cho mức tăng và làm cho độ dốc đáp ứng tần số phía sau tần số cắt thậm chí còn dốc hơn (đường cong 3) - |K| sẽ giảm đi 8 lần với tần số tăng gấp đôi. Kết quả là bộ lọc bậc ba có độ dốc 18 dB trên mỗi quãng tám. Như một ví dụ trong hình. Hình 35 cho thấy sơ đồ của bộ lọc thông thấp như vậy với tần số cắt là 3 kHz. Bộ lọc có thể dễ dàng điều chỉnh sang các tần số khác bằng cách thay đổi giá trị của tất cả các tụ điện theo tỷ lệ nghịch với tần số. Bộ lọc thông cao có đặc tính tương tự thu được bằng cách hoán đổi điện trở và tụ điện và thay đổi giá trị của chúng cho phù hợp. Về thứ tự của các bộ lọc: được xác định bởi số lượng phần tử phản ứng của bộ lọc và độ dốc của độ dốc đáp ứng tần số phụ thuộc vào thứ tự. Do đó, các liên kết bậc một (Hình 28,a và 31,a) làm yếu tín hiệu đi 2 lần với tần số thay đổi gấp đôi (6 dB/oct.), bộ lọc bậc hai (Hình 33) - bằng 4 lần (12 dB/oct.) oct.), bộ lọc bậc ba (Hình 35) - 8 lần (18 dB/oct.).
Câu hỏi tự kiểm tra. Một số bộ khuếch đại 20H chất lượng cao (băng thông 20 Hz...3 kHz) có trở kháng đầu vào là 100 kOhm, nguồn tín hiệu có cùng trở kháng đầu ra. Chúng được kết nối bằng cáp có vỏ bọc có điện dung tuyến tính 100 pF/m. Chiều dài cáp là 3,2 m, ngoài ra còn có một tụ điện tách có công suất 0,01 μF ở đầu vào bộ khuếch đại. Mọi thứ đã được thực hiện chính xác chưa, dải tần thực tế sẽ là bao nhiêu và cần phải làm gì để khắc phục tình trạng này? câu trả lời. Hãy vẽ một mạch tương đương (Hình 63) chứa nguồn tín hiệu G1 có điện trở trong r, một cáp có điện dung C1, tụ điện cách ly C2 và điện trở đầu vào của bộ khuếch đại R1.
Tần số cao bị suy giảm bởi điện dung của cáp, song song với đó điện trở đầu vào R1 và điện trở trong của nguồn tín hiệu r được kết nối. Tụ ghép C2 ở tần số cao có điện trở không đáng kể và có thể bỏ qua. Kết nối song song hai điện trở 100 kOhm sẽ có tổng giá trị là 50 kOhm. Điện dung của cáp C1 là 100 pF/m x 3,2 m = 320 pF. Sử dụng công thức fc= 1/2πRC chúng ta xác định tần số trên của băng thông: f B = 1 / 6,28 320 10-12-50 103 = 104 Hz = 10 kHz. Để tăng tần số lên 20 kHz, bạn phải rút ngắn cáp đi một nửa hoặc chọn cáp có điện dung tuyến tính bằng một nửa hoặc giảm trở kháng đầu ra của nguồn tín hiệu xuống khoảng 30 kOhm sao cho tổng điện trở mắc song song với cáp không phải là 50 mà là 25 kOhm. Phương pháp thứ hai được ưa chuộng hơn vì phương pháp này cũng làm tăng điện áp ở đầu vào bộ khuếch đại. Thật vậy, nếu điện trở của nguồn tín hiệu và bộ khuếch đại bằng nhau thì đó là một nửa emf nguồn và khi điện trở nguồn tín hiệu giảm xuống 30 kOhm thì sẽ đạt 75% emf nguồn. Vì lý do này, các cực âm, bộ phát hoặc bộ theo nguồn có trở kháng đầu ra thấp thường được lắp đặt ở đầu ra của các nguồn tín hiệu hoạt động trên các cáp nối dài. Bây giờ chúng ta hãy tính tần số giới hạn dưới của băng thông. Nó được xác định bởi tụ điện cách ly C2 (0,01 μF) và tổng điện trở của nguồn tín hiệu và đầu vào bộ khuếch đại mắc nối tiếp (r+R1 = 100+100 = 200 kOhm). Sử dụng công thức tương tự, chúng ta tính tần số cắt của chuỗi RC (HPF) này: fH = 1/2πRC = 1/6,28 2 105· Xuất khẩu-8 = 80Hz. Để hạ tần số cắt xuống 20 Hz, điện dung của tụ ghép phải tăng ít nhất 4 lần. Giá trị điện dung tiêu chuẩn gần nhất là 0,047 µF. Nếu theo khuyến nghị trên, điện trở đầu ra của nguồn tín hiệu r giảm xuống còn 30 kOhm thì tổng điện trở của chuỗi bộ lọc thông cao sẽ là r + R1 = 30 + 100 = 130 kOhm và yêu cầu điện dung của tụ điện ghép sẽ bằng: C \ u1d 2 / 1πf HR \ u6,28d 20 / 1,3 10 XNUMX-XNUMX5= 0,07 uF. Tác giả: V.Polyakov, Moscow
Bẫy không khí cho côn trùng
01.05.2024 Mối đe dọa của rác vũ trụ đối với từ trường Trái đất
01.05.2024 Sự đông đặc của các chất số lượng lớn
30.04.2024
▪ Samsung với hệ điều hành mới ▪ Wi-Fi trên ô tô sẽ cải thiện độ an toàn trên đường
▪ phần của trang web Tài liệu quy phạm về bảo hộ lao động. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết Bệnh hoa liễu và cách phòng tránh. Những điều cơ bản của cuộc sống an toàn ▪ bài viết Tầng trời thứ bảy cao bao nhiêu? đáp án chi tiết ▪ Bài báo Y tá của khoa chăm sóc đặc biệt. Mô tả công việc ▪ bài Biển keo. Công thức nấu ăn đơn giản và lời khuyên ▪ bài báo Cắt và phục hồi giấy. tiêu điểm bí mật
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này