Uutiset

Passiiviset kaistanpäästösuodattimet

Passiiviset kaistanpäästösuodattimetvoidaan tehdä kytkemällä yhteen alipäästösuodatin ja ylipäästösuodatin

Passiivista kaistanpäästösuodatinta voidaan käyttää tiettyjen taajuuksien eristämiseen tai suodattamiseen tietyllä kaistalla tai taajuusalueella. Yksinkertaisen RC-passiivisuotimen rajataajuutta eli ƒc-pistettä voidaan säätää tarkasti käyttämällä vain yhtä vastusta sarjaan kytkettynä polarisoimattoman kondensaattorin kanssa, ja riippuen siitä, miten päin ne on kytketty, olemme nähneet, että saadaan joko alipäästö- tai ylipäästösuodatin.

Yksi yksinkertainen käyttökohde näille passiivisille suodattimille on äänivahvistinsovelluksissa tai piireissä, kuten kaiuttimien jakosuotimissa tai esivahvistimien sävynsäätimissä. Joskus on tarpeen päästää läpi vain tietty taajuusalue, joka ei ala 0 Hz:stä (DC) tai pääty johonkin ylempään korkeaan taajuuteen, vaan on tietyn taajuusalueen tai -kaistan sisällä, joko kapeana tai leveänä.

Yhdistämällä tai "kaskadoimalla" yhden alipäästösuodatinpiirin ylipäästösuodatinpiiriin voimme tuottaa toisen tyyppisen passiivisen RC-suodattimen, joka päästää läpi valitun taajuusalueen tai "kaistan", joka voi olla joko kapea tai leveä, samalla vaimentaen kaikkia tämän alueen ulkopuolella olevia taajuusalueita. Tämä uudentyyppinen passiivinen suodatinjärjestely tuottaa taajuusselektiivisen suodattimen, joka tunnetaan yleisesti kaistanpäästösuodattimena tai lyhyesti BPF:nä.

Toisin kuin alipäästösuodatin, joka päästää läpi vain matalan taajuusalueen signaalit, tai ylipäästösuodatin, joka päästää läpi korkeamman taajuusalueen signaalit, kaistanpäästösuodatin päästää läpi signaalit tietyllä taajuusalueella vääristämättä tulosignaalia tai aiheuttamatta ylimääräistä kohinaa. Tämä taajuuskaista voi olla minkä tahansa levyinen ja sitä kutsutaan yleisesti suodattimen kaistanleveydeksi.

Kaistanleveys määritellään yleisesti taajuusalueeksi, joka sijaitsee kahden määritellyn taajuuskatkopisteen (ƒc) välillä. Nämä pisteet ovat 3 dB maksimikeskiarvon tai resonanssihuipun alapuolella, mutta vaimentavat tai heikentävät näiden kahden pisteen ulkopuolella olevia taajuuskatkopisteitä.

Laajalti levinneille taajuuksille voimme yksinkertaisesti määritellä termin "kaistanleveys" eli BW alemman katkaisutaajuuden (ƒcLOWER) ja ylemmän katkaisutaajuuden (ƒcHIGHER) erotuksena. Toisin sanoen, BW = ƒH – ƒL. Jotta kaistanpäästösuodatin toimisi oikein, alipäästösuodattimen katkaisutaajuuden on oltava korkeampi kuin ylipäästösuodattimen katkaisutaajuus.

”Ihanteellista” kaistanpäästösuodatinta voidaan käyttää myös tiettyjen taajuuksien eristämiseen tai suodattamiseen tietyllä taajuuskaistalla, esimerkiksi kohinanvaimennuksessa. Kaistanpäästösuodattimia kutsutaan yleisesti toisen asteen suodattimiksi (kaksinapaisiksi), koska niissä on ”kaksi” reaktiivista komponenttia, kondensaattoreita, piirisuunnittelussaan. Yksi kondensaattori on alipäästöpiirissä ja toinen kondensaattori ylipäästöpiirissä.

Yllä oleva Bode-diagrammi eli taajuusvastekäyrä näyttää kaistanpäästösuodattimen ominaisuudet. Tässä signaalia vaimennetaan matalilla taajuuksilla, ja lähtöjännite kasvaa +20 dB/dekadi (6 dB/oktaavi) kaltevuudella, kunnes taajuus saavuttaa "alemman katkaisupisteen" ƒL. Tällä taajuudella lähtöjännite on jälleen 1/√2 = 70,7 % tulosignaalin arvosta tai -3 dB (20*log(VOUT/VIN)) tulosignaalista.

Lähtöteho jatkuu suurimmalla vahvistuksella, kunnes se saavuttaa "ylemmälle katkaisupisteelle" ƒH, jossa lähtöteho laskee nopeudella -20 dB/kymmendivisioona (6 dB/oktaavi) vaimentaen kaikkia korkeataajuisia signaaleja. Suurimman lähtötehovahvistuksen piste on yleensä kahden alemman ja ylemmän katkaisupisteen välisen -3 dB:n arvon geometrinen keskiarvo, ja sitä kutsutaan "keskitaajuuden" tai "resonanssihuipun" arvoksi ƒr. Tämä geometrinen keskiarvo lasketaan kaavalla ƒr² = ƒ(YLEMMÄN) x ƒ(ALEMMAN).

Akaistanpäästösuodatinpidetään toisen kertaluvun (kaksinapaisena) tyyppisenä suodattimena, koska sen piirirakenteessa on "kaksi" reaktiivista komponenttia, vaihekulma on kaksinkertainen aiemmin nähtyihin ensimmäisen kertaluvun suodattimiin verrattuna, eli 180o. Lähtösignaalin vaihekulma EDELLÄÄ tulosignaalin vaihekulmaa +90o keski- tai resonanssitaajuuteen asti, pisteeseen, jossa se saavuttaa "nolla" asteen (0o) eli "vaiheen" ja muuttuu sitten tulosignaalin vaihekulmaa jäljessä -90o lähtötaajuuden kasvaessa.

Kaistanpäästösuodattimen ylempi ja alempi rajataajuuspiste voidaan löytää käyttämällä samaa kaavaa kuin sekä alipäästö- että ylipäästösuodattimille, esimerkiksi.