Bộ lọc thông thấp RC

Mạch RC hoạt động như một bộ lọc thông thấp khi được xây dựng như minh họa trong Hình 1. Trong mạch được minh họa, điện trở được định vị trực tiếp trong đường dẫn tín hiệu, tức là trực tiếp giữa nguồn (E) và tải. Tụ điện được kết nối từ đường dẫn tín hiệu xuống đất, song song với tải. Do đó, VRL = VC (như minh họa trong hình). Khi tụ điện (hoặc một thành phần khác) được kết nối từ đường dẫn tín hiệu xuống đất, nó được gọi là thành phần shunt.

Hình 1: Sơ đồ mạch lọc thông thấp RC

Hoạt động lọc của mạch trong Hình 1 là kết quả của phản ứng tụ điện với sự gia tăng tần số. Phản ứng này có thể được giải thích bằng đường cong và mạch trong Hình 2.

Đường cong trong Hình 2a cho thấy mối quan hệ giữa điện kháng dung kháng (XC) và tần số hoạt động (f). Như đường cong chỉ ra, tụ điện có điện kháng gần như vô hạn khi tần số hoạt động của nó là 0Hz. Với điều này trong tâm trí, hãy xem mạch được hiển thị trong Hình 2b. Giả sử rằng tần số đầu vào là 0Hz, tụ điện hoạt động hiệu quả như một mạch hở, do đó nó không nằm trong mạch tương đương. Trong trường hợp này, điện áp trên tải bằng với hiệu số giữa E và VRF.

Ở đầu đối diện của đường cong điện kháng, giá trị XC tiến tới 0Ω. Khi đó, bộ lọc có mạch tương đương được thể hiện trong Hình 2c. Như bạn có thể thấy, tụ điện được biểu diễn như một mạch ngắn song song với tải. Trong trường hợp này, VL = 0V.

Giữa các giá trị cực đại được thể hiện trong Hình 2 có một dải tần số mà VRL giảm, công suất đầu ra của mạch cũng vậy. Do đó, mạch có đường cong đáp ứng tần số.

Hình 2: Hoạt động của bộ lọc thông thấp RC và đáp ứng tần số

Tần số cắt trên (fC)

Tần số cắt trên cho bộ lọc thông thấp RC được xác định bởi giá trị điện trở và tụ điện của mạch. Theo công thức,

Ở đâu

fC = tần số cắt mạch

R= tổng điện trở mạch

C= giá trị của tụ lọc

Hình 3: Điện trở trong bộ lọc thông thấp RC

Giá trị R được sử dụng trong phương trình là tổng điện trở nhìn thấy được từ tụ điện. Tổng điện trở (nhìn thấy được từ tụ điện) trong Hình 3a có thể được đo bằng cách kết nối một ohmmeter qua các đầu tụ điện hở như thể hiện trong Hình 3b. Tổng điện trở nhìn thấy được từ tụ điện (REQ) có giá trị là:

Và

Hãy nhớ rằng ký hiệu || trong phương trình 2 chỉ ra rằng các giá trị được giải quyết như các điện trở song song. Bạn có thể sử dụng phương pháp tiếp cận nghịch đảo hoặc phương pháp tiếp cận tích trên tổng để giải quyết giá trị của REQ. Ví dụ 1 minh họa quy trình tính toán tần số cắt của bộ lọc thông thấp RC.

Ví dụ

Xác định tần số cắt cho mạch điện được thể hiện trong hình 3a.

Hình 3a: Ví dụ về bộ lọc thông thấp RC

Giải pháp

Đầu tiên, điện trở mạch (được nhìn thấy qua tụ điện) được tìm thấy như sau:

Bây giờ, tần số cắt của mạch có thể được tìm thấy như sau:

Kết quả này cho thấy mức tăng công suất của mạch giảm xuống còn 50% giá trị cực đại khi tần số hoạt động đạt 177 Hz. Đường cong đáp ứng tần số cho mạch được thể hiện trong Hình 3b.

Hình 3b: Đường cong đáp ứng tần số của bộ lọc thông thấp RC

‍