Chương 23: Các mạch lọcMạch lọc là một mạng bốn cực, dùng để tách từ một tín hiệu phức tạp những thành phần có tần số nằm trong một dải nhất định và loại đi những thành phần ngoài dải t
Trang 1Chương 23: Các mạch lọc
Mạch lọc là một mạng bốn cực, dùng để tách từ một tín hiệu phức tạp những thành phần có tần số nằm trong một dải nhất định và loại đi những thành phần ngoài dải tần số đó Dải tần số mà mạch lọc cho tín hiệu đi qua được gọi là dải thông của nó
Mạch lọc được ứng dụng hết sức rộng rãi trong mọi dải tần
số Chúng thường
được dùng để tách tín hiệu hữu ích khỏi tạp nhiễu
Phụ thuộc vào vị trí của dải thông trong cả dải tần số người
ta thường dùng các mạch lọc sau:
Trang 2- Mạch lọc tần thấp có dải thông từ 0 đến một tần số ω 2 nào đấy (h.2.116a)
- Mạch lọc tần cao có dải thông từ giá trịω1 đến vô hạn (h.2.116b)
- Mạch lọc thông dải có dải thông nằm trong khoảng tần số từ ω1 đến ω2 (h.2.116c)
- Mạch lọc chắn dải có dải thông chia làm
hai vùng: 0 ÷ω1 và từ(trongω2 ÷∞,
đóω2 > ω1 ) còn ở vùng tần số từ ω1 ÷ ω2 tín hiệu bị triệt tiêu
(h.2.116d)
Hình 2.116: Đặc tuyến các dạng bộ lọc
Gọi KL là hệ số truyền đạt của mạch lọc tức là KL = Ur/Uv trong
đó Ur là tín hiệu ở đầu ra, Uv là tín hiệu ở đầu vào mạch lọc, đặc tuyến biên độ tần số KL (ω ) của bốn loại trên ở dạng lý tưởng cho trên hình 2.116a, b, c, d
Mạch lọc có thể xây dựng từ các linh kiện thụ động RLC Tuy nhiên loại này thường có độ suy giảm lớn, và việc sử dụng cuộn cảm L làm cho mạch lọc trở nên cồng kềnh khó chế tạo dưới dạng vi mạch, đặc biệt là ở dải tần thấp Vì vậy trong dải tần
số dưới vài trăm KHz người ta thường sử dụng mạch lọc được xây dựng dựa trên các linh kiện thụ động RC kết hợp với các phần tử tích cực (thông thường là các vi mạch thuật toán) và loại này được gọi là mạch lọc tích cực
Trong thực tế người ta thường sử dụng các mạch lọc có hàm truyền đạt bậc hai vì chúng có nhiều ưu điểm như tương đối đơn giản, hệ số phẩm chất có thể đạt được tới vài trăm, dễ điều chỉnh, làm việc ổn định Hàm truyền đạt bậc hai được viết dưới dạng sau:
Trang 32 1 0
(P)
Hình 2.117: Các dạng mạch lọc
K(P) =b αp2 + b
p+ b a p2 + a p + a
(2-251)
2 1 0
Ở đây p =
j ωRC là biến phức đã chuẩn hoá.
Đối với bốn loại mạch lọc trên, nếu sử dụng loại mạch lọc bậc hai thì hàm truyền đạt của chúng có dạng cụ thể như sau :
• mạch lọc tần thấp bậc hai (b1 = b2 = 0)
b0 K(P)=
a p2 + a
p+ a
(2-252)
2 1 0
• mạch lọc tần cao bậc hai (b1 = b0 = 0)
b p2 K(P) = 2a p22 + a+ a p1 0 (2-253)
• mạch lọc thông dải bậc hai
(b2 = b0 = 0)
K = b1p
a p2+ a+ a p
(2-254)
2 1 0
• mạch lọc chắn dải bậc hai (b1 = 0)
Trang 4b p2 + b
K(P) =0 2
a p2+ a+ a p (2-255)
Trang 52 1 0 Trên hình 2.117 đưa ra ví dụ về dạng mạch lọc tích
cực cụ thể tương ứng với các dạng mạch lọc tần thấp, tần
cao và thông dải
