Op-amp grunderna (del 1) (5 / 9 steg)

Steg 5: Low-pass filter

Elektroniska filter finns överallt, i nästan allt vi använder. AM och FM radiosignaler måste filtrera bärvåg (se detta Instructable för mer om det). Signalen via telefonen filtrerar bort frekvenser över 6kHz eftersom den mänskliga rösten kan inte få det höga och det finns ingen anledning att passera dem genom. OP-förstärkare ger ett mycket enkelt sätt att genomföra mycket effektiva filter.

Det finns flera typer av filter, med hybrid variationer också. Low-pass filter kan lågfrekventa signaler att passera genom, från DC upp till den cutoff frekvensen, medan förmildrande höga frekvenser. Hög-pass filter kan höga frekvenser att passera och dämpa lägre frekvenser. Pass-band filter kan ett visst intervall av frekvenser att passera och cutoff frekvenser ovanför och under de två hörn frekvenserna. Stop-band filtrerar cutoff ett visst fönster av frekvenser och tillåta dem ovanför och nedanför hörnet frekvenser att passera. Cutoff frekvens är där insignalen har blivit försvagad genom 3dB, vilket motsvarar Vin/√2. Första ordern filter är cutoff frekvens inte en kraftig nedgång, ser mer ut som en gradvis lutning på en logaritmisk graf, så vissa passage av frekvenser i cutoff regionen kommer hända upp till en viss punkt. Genom att lägga till flera filter i serie, du öka övergripande ordning på filtret och här cutoff lutning kan bli mycket brant, nästan vertikal om byggt ordentligt. Matten bakom allt detta är ganska involverad, starkt beroende av en god förståelse av differentialekvationer och överföringsfunktioner, så jag kommer inte att få in i det.

Bild 1 är ett lågpassfilter. Först bestämma den högsta frekvens du vill passera genom filtret. Detta är din cutoff f. Sedan ta reda på värden för R och C med hjälp av ekvation f = 1/(2π*R*C). För detta exempel, låt oss godtyckligt välja f vara 2 kHz. Jag har upptäckt att välja kondensatorn och bygga en resistor nätverk för att matcha är lättare än tvärtom. Så låt oss välja en 100nF (104) keramisk tätning kondensator. Gör matten ger ett värde för R av 795.775Ω. Kom ihåg att vissa frekvenser över cutoff f kommer att läcka igenom, så att komma nära bör vara bra. Vi kan antingen lägga till en 470Ω och en 330Ω motstånd tillsammans i serien för 800Ω eller använda en potentiometer. Även filter kan fortfarande ha vinst enligt ekvation vinst =-(R2/R1), så för att ha unity gain (vinst 1) matchar vi ingång motstånden vid 800Ω.

Bygga: Anslut ström stiften som innan. Placera en 100nF (104) kondensator och resistor serie 800Ω mellan stift 2 och 6. Placera en annan 800Ω resistor serie mellan input och stift 2. Marken stift 3. (Bild 2)

Använder din vågform generator, börja på en låg frekvens (200Hz eller mindre) och successivt arbeta dig upp skalan tills du passerar den cutoff frekvensen (20 kHz +). Använder din o-scope, Observera indata och utdata i samma omfattning och observera hur det dämpar vid högre frekvenser. (Bilder 3, 4 och 5)