Filtro passa banda passivo
Un filtro passa banda separa una gamma specifica di frequenze dalle altre all'interno di un particolare gruppo di frequenze. Alcuni circuiti elettrici sofisticati potrebbero non essere adatti a consentire il passaggio di frequenze molto basse a 0 Hz o frequenze molto alte, il filtro passa banda passivo svolge le funzioni di selettività della frequenza in base alle combinazioni di resistore e condensatore in serie nel loro circuito. Bloccano sia le frequenze più basse che quelle superiori al di fuori del loro intervallo passa-banda selettivo. Questi filtri sono composti da filtri passa basso e passa alto.
Costruzione
Un tipico filtro passa banda presenterà due reti RC come mostrato di seguito:
Una rete RC viene utilizzata in serie, mentre l'altra rete RC viene utilizzata in parallelo. I valori della frequenza di taglio possono essere controllati attraverso i valori del resistore e del condensatore utilizzati nel circuito del filtro passa banda. Può consentire un'ampia gamma di frequenze o una gamma ristretta di frequenze, a seconda dei valori della frequenza di taglio. Pertanto, un intervallo specifico di frequenze passa-banda viene chiamato larghezza di banda.
Curva di risposta in frequenza
La curva della risposta in frequenza è mostrata di seguito. La curva della risposta in frequenza mostra due limiti della frequenza di taglio: limite inferiore della frequenza di taglio fL e limite superiore della frequenza di taglio fH. Tutte le frequenze al di sotto della frequenza di taglio inferiore fL vengono bloccate finché l'uscita del filtro passa banda non aumenta con una pendenza di 20 dB/decade. L'uscita raggiunge quindi un valore massimo del 70,7% e rimane costante per uno specifico intervallo di frequenze fino al raggiungimento del limite di frequenza più alto di fH. L'output inizia nuovamente a diminuire con una pendenza di -20 dB/decade.
Il guadagno massimo di -3 dB è stato indicato sia in trend ascendente che in trend discendente nella figura seguente. Pertanto, la media geometrica di questi due punti di frequenza fornisce il punto di risonanza o punto di frequenza centrale.
Frequenza di risonanza
La media geometrica della frequenza di taglio superiore e della frequenza di taglio inferiore è espressa come:
fr rappresenta la frequenza centrale, mentre fh presenta il valore della frequenza di taglio superiore e fl sta per il valore della frequenza di taglio inferiore.
Sfasamento
I filtri passa banda sono filtri del secondo ordine. Significa presenza di due combinazioni di elementi passivi nel suo circuito. L'angolo di fase per i filtri del secondo ordine sarà il doppio dell'angolo di fase dei filtri del primo ordine. Ciò significa che l'angolo di fase sarà di 180 gradi nel filtro passa banda. Lo spostamento di fase indicava +90 gradi fino alla frequenza centrale e -90 gradi dopo il punto della frequenza centrale.
Frequenze di taglio superiori e inferiori
I valori della frequenza superiore e inferiore possono essere calcolati proprio come i calcoli della frequenza nei filtri passa banda basso e alto. L’espressione generale è data da:
Esempio:
È necessario progettare un filtro passa banda che consenta frequenze comprese tra 5kHz e 40kHz. Supponendo che i resistori siano 20kΩ, calcola i valori dei condensatori e disegna il filtro passa banda finale.
Utilizzando l'espressione generale della frequenza di taglio superiore e inferiore:
Il valore del condensatore passa alto può essere calcolato utilizzando il limite di frequenza inferiore:
Il valore del condensatore passa basso può essere calcolato utilizzando il limite di frequenza più elevato:
Conclusione
I filtri passa banda funzionano secondo il principio di far passare una gamma selettiva di frequenze bloccando tutte quelle inferiori o superiori. Sono composti sia da reti di filtri passa-basso che da reti di filtri passa-alto nella loro costruzione.