Band Stop Filter: 31 факт, о котором не знает большинство новичков!

Определение фильтрующей полосы остановки

Фильтр отклонения полосы частот объединяет фильтр нижних и верхних частот, который удаляет частоты или останавливает конкретную полосу частот.".

Подавление полосы достигается за счет параллельного соединения секции высоких частот с секцией низких частот. Общее правило состоит в том, что частота среза должна быть выше, чем частота среза области низких частот.

Есть еще один способ его создать. Если система множественной обратной связи объединена с сумматором, то это функционирует как желаемая операция. Это называется вырезы.

Частотная характеристика полосового фильтра рассчитывается с учетом частоты и усиления.

                                                                   

Полоса пропускания выбирается через меньшую и большую частоту среза. Режекторный фильтр используется для удаления одной частоты. Из этой частотной характеристики мы также можем получить пульсации полосы пропускания и пульсации полосы задерживания.

                                 Пульсация полосы пропускания = -20log₁₀(1-∂_p) дБ

                                 Пульсация стоп-полосы = -20log_1o(∂_s) дБ

Где ∂_p= амплитуда отклика фильтра полосы пропускания

             ∂_s= амплитуда отклика фильтра полосы задерживания

Почему он называется полосовым фильтром?

Полосовой фильтр отклоняет определенную полосу частот и пропускает другую частотную составляющую первичного сигнала. Если полоса частот узкая, фильтр полосы задерживания известен как Notch Filter. Фильтр ослабляет определенную полосу. У фильтра есть несколько применений.

Например, полосовой фильтр предназначен для подавления частот от 2.5 до 3.5 ГГц. Фильтр допускает частотные составляющие ниже 2.5 ГГц и выше 3.5 ГГц. Фильтр Мы рассмотрим фильтр в следующих разделах.

Полоса пропускания и полоса задерживания фильтра

Прежде чем углубляться в детали отклонения полосы или полосы пропускания, давайте разберемся, что означает полоса пропускания и полоса заглушки. Полоса пропускания - это ширина полосы частот, разрешенная фильтром. С другой стороны, полоса задерживания - это полоса частот, которую один фильтр не может пройти. Для полосового фильтра есть две полосы пропускания и одна полоса задерживания.

Что делает полосовой фильтр?

Как следует из названия, полосовой фильтр просто «останавливает полосу». Это означает, что резистор полосового фильтра не позволяет определенной полосе частот проходить через

Для чего нужен полосовой фильтр

Когда есть необходимость ослабить определенную полосу частот и пропустить другие частотные компоненты, используется полосовой фильтр. Полосовые фильтры полезны в различных приложениях.

Применение полосовых фильтров

Полосные фильтры, являясь очень важным типом фильтров, имеют несколько применений. Давайте узнаем некоторые из приложений.

1. Медицинская инженерия: Полосовые фильтры используются в медицинской технике. Вроде - в аппарате ЭКГ. Полосовые фильтры 60 Гц используются для удаления частоты питания с выхода.
2. Аудиотехника: Полосовые фильтры имеют огромное применение в аудиотехнике. Они удаляют нежелательные всплески и шумы из партитуры и обеспечивают хорошее качество звука.
3. Телекоммуникации: Полосовые фильтры используются в телефонных соединениях для удаления внутреннего шума из линий.
4. Радиосвязь: Фильтры отклонения полосы частот широко используются на радиостанциях для передачи лучшего качества звука.
5. Оптические фильтры: Полосовые фильтры используются для блокировки определенных длин волн света в системе оптической связи.
6. Цифровая обработка изображений: Полосовые фильтры также используются в цифровой обработке изображений для удаления определенных периодических шумов.
7. Разное: Когда возникает необходимость удалить шум определенной частоты, используется полосовой фильтр.

Диаграмма полосового фильтра

В этой статье описывается полосовой фильтр с различными схемами, блок-схемами и графиками. Эта статья включает блок-схему, операционный усилитель с подавлением полосы частот, частотную характеристику ограничителя полосы частот, пассивные схемы, графики Боде.

Принципиальная схема полосового фильтра

Полосовой фильтр может быть сконструирован несколькими способами. Это могут быть активные типы (в которых есть ОУ). Это могут быть пассивные виды (без ОУ). У активных типов есть несколько разновидностей, а также у пассивных фильтров есть разные стили. Поэтому доступны также несколько схем. В этой статье ниже приведены практически все возможные курсы. Выбери нужный.

Блок-схема полосового ограничивающего фильтра

Полосовой фильтр представляет собой комбинацию как фильтров верхних частот, так и фильтров нижних частот и еще одного коэффициента усиления для фильтра. Блок-схема представлена ​​ниже.

Узкополосный стоп-фильтр

Если частота. полосового фильтра сужен, чем обычно, фильтр часто называют узкополосным фильтром.(гиперссылка) или узкий полосовой фильтр.

Простой полосовой стоп-фильтр

В отличие от режекторного фильтра или фильтров более высокого порядка, простой заграждающий фильтр является основным фильтром, который ослабляет определенную полосу частот, допуская другие полосы.

Полосовой фильтр с использованием операционного усилителя

Активные заградительные фильтры разработаны с использованием операционных усилителей. Операционный усилитель - одно из самых важных устройств при создании фильтра. В пассивных фильтрах, поскольку нет операционного усилителя, нет и усиления. Таким образом, использование операционного усилителя в качестве элемента схемы дает усиление.

Схема полосового заграждающего фильтра на операционном усилителе

Этот фильтр состоит из фильтра верхних частот, фильтра нижних частот и суммирующего усилителя для суммирования o / p LPF и HPF. Схема показана ниже.

Полосовой фильтр против полосового стоп-фильтра

Между полосовым и заграждающим фильтром есть фундаментальные различия.

Главный принцип полосовой фильтр в том, что он допускает определенную полосу частот. В то же время главный постулат полосовой фильтр в том, что он блокирует определенную полосу частот.

Давайте рассмотрим пример, чтобы продемонстрировать. Допустим, есть нижняя частота среза _Поток и более высокая частота среза _{высокая}. Теперь для полосового фильтра частота между нижним и верхним срезами будет проходить только, а другие компоненты ниже _Поток и выше f_{высокая} не пройдет.

Теперь для полосового фильтра полоса частот ниже _Поток, и выше f_{высокая} пройдет. Но полоса между пределом частоты не пройдет.

Полосовой стоп-фильтр против режекторного фильтра

A режекторный фильтр одного типа полосового фильтра. Основное различие между ними заключается в том, что режекторный фильтр ослабляет более узкую полосу частот, чем режекторный фильтр. Другими словами, полосовые фильтры имеют более широкую полосу частот для ослабления.

Схема RLC полосового фильтра

Полосовой ограничительный фильтр может быть сконструирован с использованием основных компонентов, таких как резистор, конденсатор и катушка индуктивности. Фильтр может быть разработан двумя способами: 1. RLC-фильтр с параллельным отклонением полосы или параллельный резонансный фильтр с отклонением полосы и 2. RLC-последовательный резонансный фильтр с отклонением полосы. Поскольку мы используем пассивные элементы, оба фильтра будут пассивного типа.

Параллельный полосовой фильтр RLC

Как упоминалось ранее, полосовой фильтр может быть сконструирован с такими базовыми компонентами, как резистор, конденсатор и катушка индуктивности. Есть два способа разработки схем. Методы обсуждаются ниже.

Параллельный полосовой фильтр RLC 

Заградительный фильтр с параллельным RLC - это контур резервуара. Он также отлично работает в качестве частотного аттенюатора, поскольку контур резервуара обеспечивает большое сопротивление. На изображении ниже показана принципиальная схема параллельного полосно-заградительного фильтра RC.

Параллельный резонансный полосовой стоп-фильтр 

Параллельный резонансный полосовой фильтр также известен как параллельный полосовой фильтр RC. Детали схемы и фильтра приведены ранее.

Резонансный режекторный фильтр серии 

Основные инструменты для этого фильтра - конденсатор и катушка индуктивности. Как следует из названия, катушка индуктивности и конденсатор включены последовательно. Эта часть и есть фильтр. В резонансе схема может ослаблять определенные частоты до достижения нагрузки. На изображении ниже показана принципиальная схема последовательного резонансного контура.

Цепь пассивного режекторного фильтра 

Пассивный полосовой фильтр состоит из пассивных компонентов, таких как резистор, катушка индуктивности, конденсатор и т. Д. Приведенные ранее схемы являются примером таких фильтров. В этих фильтрах нет операционных усилителей. Таким образом, отсутствует процесс усиления. Пассивный полосовой стоп-фильтр состоит как из пассивного HPF, так и из пассивного LPF.

Активный полосовой стоп-фильтр

В отличие от пассивных режекторных фильтров активные режекторные фильтры поставляются с активными компонентами. Большинство важной активной частью является операционный усилитель который также вводит усиление. Схемы с использованием операционного усилителя или схемы функционального полосового режекторного фильтра приведены ранее в этой статье.

Конструкция активного режекторного фильтра 

Разработаем полосовой стоп-фильтр. Центральная частота будет 2 кГц. Полоса пропускания составит -3 дБ при 200 Гц. Примем емкость конденсатора за один мкФ.

Итак, f_N = 2000 Гц, BW = 200 Гц, C = 1 мкФ.

Сначала рассчитайте R. R = 1 / 4πf_N C,

R = 39.78 Ом.

Фактор качества: Q = f_N / МБ = 2000/200 = 10

Значение функции обратной связи: K = 1 - (1 / 4Q)

Или, K = 1 - (1/40)

Или K = 0.975

Узнаем стоимость резисторов.

К = R4 / (R3 + R4)

Значение R4 принято равным 20 кОм.

R3 имеет следующий вид: R3 = R4 - 0.975 R4 = 20000 - 0.975 * 20000 = 500 Ом

Глубина надреза: 1 / Q = 1/10 = 0.1

Глубина в децибелах составляет: 20log (0.1) = -20 дБ.

Передаточная функция полосового фильтра

Передаточная функция устройства относится к математической функции, которая обеспечивает вывод для каждого входа. Передаточная функция полосового фильтра приведена ниже.

Передаточная функция полосового фильтра второго порядка

Выражение передаточной функции для передаточной функции полосового фильтра второго порядка приведено ниже.

 График полосового фильтра

Фазовая характеристика соответствует фазовому выходу полосового фильтра, нижняя часть представляет собой фазовую характеристику.

Кредит: Индуктивная нагрузка, Отклик фильтра отклонения полосы частот, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

Полоса пропускания полосового режекторного фильтра 

Полоса пропускания полосового фильтра зависит от требований. Ширина полосы - это диапазон частот. в котором фильтр будет ослаблять. Обычно полоса пропускания называется характеристикой фильтра.

Импульсная характеристика полосового фильтра

Заграждающий или режекторный фильтр может быть разработан в цифровом виде. Есть два Типы цифровых полосовых режекторных фильтров: бесконечная импульсная характеристика (IIR) и конечная импульсная характеристика (FIR). Метод КИХ более популярен.

Существует два метода проектирования КИХ-фильтра. Они также известны как нерекурсивные фильтры. Методы: 1. Оконный метод и 2. Взвешенный метод Чебышева.

Заглушающий фильтр Sallen Key Band

Фильтры нижних частот позволяют использовать более низкочастотные компоненты фильтра и отклоняют более высокочастотные компоненты. Итак, для фильтра нижних частот полоса задерживания является высокочастотной составляющей.

Ключ Саллена - еще одна топология проектирования фильтров. Полосовой фильтр также может быть создан с использованием топологии. Топология ключа Саллена разработана с использованием операционных усилителей для создания фильтров более высокого порядка. Таким образом, мы можем понять, что эта топология предназначена для активных фильтров. 

Базовая топология Sallen Key включает один неинвертирующий операционный усилитель и два резистора. Он создает источник напряжения управления напряжением или схему VCVS. Схема обеспечивает высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, что полезно для аналогии с фильтром.

Эта топология Sallen Key также обеспечивает хорошую стабильность системы, что настоятельно рекомендуется. Схема тоже очень простая. Они подключаются друг за другом для получения фильтров более высокого порядка. Принципиальная схема режекторного фильтра, использующего топологию Саллена, приведена ниже.

Формула полосового фильтра

Есть несколько важных уравнений для разработки полосового заградительного фильтра. Используя эти уравнения, мы можем определить важные параметры. Но одно из значений параметра должно быть указано, так как это необходимо для разработки фильтра.

Уравнение нормальной частоты:

Нижняя граница частоты:

Отсечка более высокой частоты:

Здесь R_L - более низкое сопротивление, а R_H это более высокое сопротивление.

• Центральная частота:

• Полоса пропускания: f_BW = ф_H - е_L

• Коэффициент добротности фильтра: Q = f_C/f_BW

Пример полосового фильтра

Заграждающий фильтр — важная концепция, имеющая несколько применений. Поэтому есть несколько примеров. Есть полосовой фильтр для блокировки определенных частот. Нравится — полосовой заградительный фильтр 2.4 ГГц. Существует режекторный фильтр для блокировки более узких частотных диапазонов, например режекторный фильтр, который имеет несколько применений. Аудио диапазон фильтры, оптические режекторные фильтры, цифро-аналоговые фильтры некоторые из его примеров.

Полосовой стоп-фильтр 60 Гц

Из названия фильтра мы можем понять, что этот полосовой фильтр предназначен для ослабления полосы частот 60 Гц. Возникает вопрос, почему режекторный фильтр с полосой 60 Гц так популярен. Это потому, что в США частота электросети составляет 60 Гц. Таким образом, в большинстве случаев, когда частота питающей сети мешает рабочему сигналу, для удаления полосы частот с выхода используется полосовой фильтр 60 Гц.

Диаграмма Боде полосового фильтра

Для начала разберемся, что означает сюжет обители. График Abode - это график частотной характеристики устройства. Freq. отклик полосно-режекторного фильтра представлен ниже.

Кредит: Майкл Фрей, Пассивный полосовой фильтр График Боде, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

Частота среза полосового фильтра

Частота среза полосового фильтра относится к частоте полосы, которая должна быть ослаблена. Существуют формулы для отсечки низкой и высокой частоты.

Нижняя частота среза: f_L = 1/2π R_L C

Более высокая частота среза: f_H = 1/2π R_H C

Обработка изображений полосовым стоп-фильтром

Полосовой фильтр используется при обработке изображений. Есть несколько разных шумов. Шумы повторяются. У них есть определенные частоты. Полосовой фильтр пропускает такие шумы. Сначала частота согласовывается с частотой шума. Затем полосовой фильтр удаляет шумы и улучшает изображение.

График полюс-нулевой фильтр полосового фильтра

Режекторный фильтр может быть разработан с использованием двух нулей, помещенных в ± jω₀. Эти типы схем не имеют единичного усиления на нулевой частоте. Режекторный фильтр можно создать, поместив два полюса рядом с нулями.

Полосовой фильтр на ОУ 741

Как упоминалось ранее, режекторные фильтры могут быть разработаны с использованием операционных усилителей. Это известно как создание активных полосовых фильтров. Полосно-режекторные фильтры состоят из фильтров нижних и верхних частот. Для разработки обоих этих фильтров требуются операционные усилители. Здесь используется операционный усилитель 741. Другой суммирующий операционный усилитель также необходим для суммирования выходных сигналов предыдущих фильтров и обеспечения усиления. Во всех этих случаях можно использовать операционный усилитель 741.

Ленточный режекторный фильтр

Режекторный полосовой фильтр - это просто особый тип режекторного фильтра. Полосовой режекторный фильтр имеет более узкую полосу пропускания, чем обычные режекторные фильтры. Чтобы узнать больше о режекторном фильтре, ознакомьтесь с моей статьей о Режекторный фильтр.

Полосовой фильтр против полосового фильтра

 Название обоих фильтров объясняет разницу между ними. Здесь полоса означает диапазон частот. Полосовой фильтр позволяет определенной полосе пропускать через фильтр и ослабляет другие компоненты. В то же время режекторные фильтры ослабляют определенную полосу частот, в то время как другие части активируются.

Характеристики полосового стоп-фильтра

Полосовой фильтр имеет несколько характеристик. Некоторые из них перечислены ниже.

1. Он имеет две полосы пропускания и одну полосу задерживания.
2. Он поставляется с комбинацией LPF и HPF.
3. Если полосовой фильтр имеет узкую полосу пропускания, это режекторный фильтр с большой глубиной.
4. Полосовые фильтры также известны как фильтры с отклонением полосы, поскольку они «отклоняют» указанную полосу.

Стоп-фильтр с постоянной k-полосой

Фильтр с постоянным k - это еще одна топология проектирования фильтра. Это довольно простая топология, но у нее есть недостаток. Здесь «k» называется уровнем импеданса фильтра. Он также известен как номинальное сопротивление. Оконечное сопротивление также считается k Ом (R_k² = к²). Запрещающий фильтр, использующий топологию постоянного k, показан ниже.

Процедура проектирования: Сначала следует указать центральную частоту, полосу пропускания и предполагаемое характеристическое сопротивление. Затем следуйте инструкциям.

1. Рассчитать C₂ используя w_H -w_L = R_kC₂w₀²/ 2.
2. Рассчитать L₂ используя L₂ = 1 / вес.₀²C₂.
3. Рассчитать L₁ используя L₁ = к²C₂, поскольку L₁/C₂= к².
4. Рассчитать C₁ используя C1 = 1 / w₀²L₁.

КИХ-полосный стоп-фильтр

КИХ или фильтр конечной импульсной характеристики - это цифровой полосовой фильтр. Формула для КИХ-полосового фильтра приведена ниже.

N означает размер фильтра. F1 и F0 - частота отсечки, а Fs - частота дискретизации.

LC полосовой стоп-фильтр

Пассивный режекторный фильтр может быть разработан с LC-схемой. Работа Фильтр LC довольно просто. Катушки индуктивности имеют реактивное сопротивление, а конденсаторы также имеют емкостное сопротивление. Теперь увеличение частоты вызывает уменьшение емкостного сопротивления и увеличение индуктивный реактивное сопротивление. Это основной принцип заграждающего фильтра LC.

Режекторный полосовой стоп-фильтр

Как упоминалось ранее, режекторный полосовой фильтр - это обычный полосовой фильтр с более узкой полосой пропускания. У него есть несколько применений, так как он имеет большую глубину и производительность, чем фильтр с отклонением полосы. Чтобы узнать больше о режекторных фильтрах с отклонением полосы, проверьте здесь. .

Оптический полосовой стоп-фильтр

Оптические фильтры, отклоняющие полосу пропускания, блокируют свет определенной длины волны и пропускают другие компоненты. Как и обычные фильтры с полосовым отклонением, оптический фильтр отклоняет волны определенной длины. Например, есть оптический полосовой фильтр 532 нм. Теперь он будет блокировать свет с длиной волны 532 нанометра.

Заглушающий RC-полосный фильтр

Полосовой фильтр также может быть сконструирован с использованием сопротивления и конденсаторов. Такие режекторные фильтры известны как верхний полосовой RC-фильтр. Схема показана ниже. Это фильтр первого порядка. Сначала резисторы и конденсаторы подключаются параллельно; затем они соединяются последовательно. Частотные составляющие находятся между ними.

Заградительный фильтр радиочастотного диапазона

Полосовой фильтр имеет несколько приложения в области радиочастот. Например, при измерении нелинейностей усилителя мощности. Также при передаче радиосигналов со станций используются режекторные фильтры для удаления мешающих шумов.

Двойной т-полосный заградительный фильтр

Это еще один метод реализации фильтра более высокого порядка, обеспечивающий большую глубину и точность работы. Вот почему этот метод популярен для режекторных фильтров. Двойной t-фильтр состоит из двух Т-цепей, есть цепь RCR, а другая - сеть CRC.

Математическое выражение для полосового стоп-фильтра:

Полосовой фильтр отклонения также можно получить, используя полосовой фильтр с множественной обратной связью с сумматором. Режекторный фильтр создается с использованием схемы, которая исключает выход полосового фильтра из немодифицированного сигнала.

             

Характеристики полосового фильтра:

• Полосовой фильтр работает как средство удаления частоты, которое не находится в пределах определенного диапазона, поэтому его называют фильтром подавления.
• Полосовой фильтр пропускает частоты определенной полосы пропускания с максимальным затуханием.
• Различные типы полосовых фильтров обеспечивают максимальную скорость спада для заданного порядка и плоскую частотную характеристику в полосе пропускания.

Применение полосового стоп-фильтра:

• Активный полосовой фильтр используется в системе громкой связи и динамиках для повышения качества.
• Полосовой фильтр также используется в телекоммуникационных технологиях в качестве шумоподавителя из разных каналов.
• BSF используется в радиосигналах для удаления статического электричества с радиоустройств для улучшения и четкости связи.
• Помимо радиоприемников и усилителя, этот фильтр также используется во многих других электронных устройствах для уменьшения определенного диапазона частот, известного как «шум».
• В области медицины BSF используется для изготовления многих полезных устройств, таких как аппараты ЭКГ и т. Д.
• Он также играет жизненно важную роль в обработке изображений.

Что такое Notch-фильтр?

Режекторные фильтры находят применение, когда необходимо ослабить нежелательные частоты при пропускании необходимых частот.

Преимущества и недостатки полосового заградительного фильтра:

Полосовой фильтр ослабляет частоты, находящиеся ниже диапазона среза, поэтому ключевым преимуществом использования этого фильтра является то, что он устраняет внешние и нежелательные шумы или сигналы, а также дает нам стабильный выходной сигнал.

С другой стороны, из-за некоторых ограничений полосовой фильтр не работает должным образом в устойчивых условиях. Параллельное расположение фильтров верхних и нижних частот может варьироваться в зависимости от изменения частот.

Часто задаваемые вопросы :

Что такое Q-фактор или «фактор качества»?

Q определяется отношением резонансной частоты к ширине полосы. Это важный параметр, который помогает нам рассчитать избирательность.

Чем выше значение Q, тем более избирательный фильтр, т. Е. Уже полоса пропускания.

Как работает полосовой стоп-фильтр?

Фильтр ограничения полосы или отклонения полосы всегда отсекает или отклоняет частоты, выходящие за пределы определенного диапазона, как следует из названия. Помимо этого, он также обеспечивает легкий переход к частотам, которые не входят в диапазон. Эти типы фильтров часто называют «фильтрами исключения полосы».

Как разработать фильтр отклонения полосы?

Чтобы сделать фильтр Band Stop/Reject, нам всегда нужен НЧ Фильтр (LPF) и фильтр высоких частот (HPF). Поэтому мы объединяем их и делаем «параллельное» соединение с обоими фильтрами, чтобы создать режекторный фильтр.

Что делает Notch Filter?

Режекторный фильтр также является полосовым фильтром. Их можно использовать для устранения источников частотного шума, выходящие за пределы частоты сети в определенных пределах. Режекторный фильтр также используется для удаления резонансов из системы. Как и фильтр нижних частот, режекторный фильтр создает меньшую фазовую задержку в контуре управления.

Узнать разницу между полосовым фильтром и режекторным фильтром?

Фильтр отклонения полосы или ограничивающий полосовой фильтр - это фильтр, который передает или пропускает частоты без изменения и ослабляет их в определенном диапазоне до низкого уровня. Это противоположность полосового фильтра.

С другой стороны, режекторный фильтр - это полосовой фильтр, который имеет узкую полосу заграждения и имеет хороший высокий «коэффициент качества» (Q-фактор).

Что такое идеальный фильтр и настоящий фильтр?

Иногда, для упрощения, мы часто используем активные фильтры, чтобы приблизить пути. Мы модернизируем их до идеальной теоретической модели, которая называется 'Идеальный фильтр».

Использование этих стандартов недостаточно, что приводит к ошибкам; затем фильтр следует обрабатывать на основе точного реального поведения, например, реальных фильтров.

Характеристики идеального фильтра:

• Ответ внезапно переходит между зонами.
• Он не создает никаких искажений при прохождении сигнала через транзитную зону.
• Прохождение сигнала не вызывает потерь.

Узнать больше об электронике нажмите здесь.