ฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ RC

วงจร RC ทำหน้าที่เป็นตัวกรองความถี่ต่ำเมื่อสร้างขึ้นตามที่แสดงในรูปที่ 1 ในวงจรที่แสดง ตัวต้านทานจะวางตำแหน่งโดยตรงในเส้นทางสัญญาณ กล่าวคือ ระหว่างแหล่ง (E) และโหลดโดยตรง ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อจากเส้นทางสัญญาณไปยังกราวด์ขนานกับโหลด ดังนั้น VRL = VC (ดังแสดงในรูป) เมื่อตัวเก็บประจุ (หรือส่วนประกอบอื่น) เชื่อมต่อจากเส้นทางสัญญาณไปยังกราวด์ จะเรียกว่าส่วนประกอบชันท์

รูปที่ 1: แผนผังวงจรตัวกรองความถี่ต่ำ RC

การทำงานของการกรองของวงจรในรูปที่ 1 เป็นผลมาจากการตอบสนองของตัวเก็บประจุด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้น ปฏิกิริยานี้สามารถอธิบายได้ด้วยเส้นโค้งและวงจรในรูปที่ 2

เส้นโค้งในรูปที่ 2a แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างรีแอคแตนซ์แบบเก็บประจุ (XC) และความถี่ในการทำงาน (f) ตามที่กราฟแสดง ตัวเก็บประจุจะมีปฏิกิริยาตอบสนองเกือบไม่สิ้นสุดเมื่อความถี่ในการทำงานอยู่ที่ 0Hz โดยคำนึงถึงสิ่งนี้ โปรดพิจารณาวงจรที่แสดงในรูปที่ 2b โดยถือว่าความถี่อินพุตเป็น 0Hz ตัวเก็บประจุจะทำหน้าที่เป็นวงจรเปิดอย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงไม่อยู่ในวงจรเทียบเท่า ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าข้ามโหลดจะเท่ากับความต่างระหว่าง E และ VRF

ที่ปลายตรงข้ามของกราฟรีแอคแตนซ์ ค่า XC จะเข้าใกล้ 0Ω จากนั้นตัวกรองจะมีวงจรเทียบเท่าดังแสดงในรูปที่ 2c ตามที่คุณเห็น ตัวเก็บประจุแสดงเป็นไฟฟ้าลัดวงจรขนานกับโหลด ในกรณีนี้ VL = 0V

ระหว่างค่าพีคที่แสดงในรูปที่ 2 จะมีช่วงความถี่ที่ VRL จะลดลง เช่นเดียวกับกำลังเอาต์พุตของวงจร ดังนั้นวงจรจึงมีกราฟตอบสนองความถี่

รูปที่ 2: การทำงานของตัวกรองความถี่ต่ำ RC และการตอบสนองความถี่

ความถี่ตัดบน (fC)

ความถี่ตัดบนสำหรับตัวกรอง RC low pass จะถูกกำหนดโดยค่าตัวต้านทานและตัวเก็บประจุของวงจร ตามสูตรก็คือ

ที่ไหน

fC = ความถี่ตัด

R= ความต้านทานวงจรรวม

C=ค่าของตัวเก็บประจุตัวกรอง

รูปที่ 3: ตัวต้านทานในตัวกรองความถี่ต่ำ RC

ค่า R ที่ใช้ในสมการคือค่าความต้านทานที่มองเห็นได้ทั้งหมดจากตัวเก็บประจุ ความต้านทานรวม (ที่มองเห็นได้จากตัวเก็บประจุ) ในรูปที่ 3a สามารถวัดได้โดยการเชื่อมต่อโอห์มมิเตอร์ข้ามขั้วตัวเก็บประจุที่เปิดออกตามที่แสดงในรูปที่ 3b ค่าความต้านทานที่มองเห็นได้ทั้งหมดจากตัวเก็บประจุ (REQ) มีค่าดังนี้:

และ

จำไว้ว่า || ในสมการ 2 แสดงให้เห็นว่าค่าต่างๆ ได้รับการแก้เป็นตัวต้านทานแบบขนาน คุณสามารถใช้แนวทางลำดับผกผันหรือแนวทางผลคูณเหนือผลรวมเพื่อแก้หาค่าของ REQ ตัวอย่างที่ 1 แสดงให้เห็นขั้นตอนการคำนวณความถี่ตัดของฟิลเตอร์ RC low-pass

ตัวอย่างเช่น

กำหนดความถี่ตัดสำหรับวงจรที่แสดงในรูปที่ 3a

รูปที่ 3a: ตัวอย่างของตัวกรองความถี่ต่ำ RC

สารละลาย

ประการแรกความต้านทานวงจร (ที่เห็นทั่วตัวเก็บประจุ) พบดังนี้:

ขณะนี้ความถี่ตัดของวงจรสามารถพบได้ดังนี้:

ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าอัตราขยายพลังงานของวงจรลดลงเหลือ 50% ของค่าสูงสุดเมื่อความถี่ในการทำงานถึง 177 เฮิรตซ์ กราฟตอบสนองความถี่ของวงจรแสดงอยู่ในรูปที่ 3b

รูปที่ 3b: กราฟตอบสนองความถี่ของฟิลเตอร์โลว์พาส RC

‍

‍