วงจรกรองความถี่

รูปแบบพื้นฐานของวงจรกรองความถี่ Filter มีอยู่ด้วยกัน 4 แบบคือ

1. วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low-Pass Filter ,LPF) เป็นวงจรที่ยอมให้ความถี่ต่ำผ่านไปได้ดี และทำการลดทอนสัญญาณที่มีความถี่สูงออกไป

2. วงจรกรองความถี่สูงผ่าน (High-Pass Filter ,HPF) เป็นวงจรที่ยอมให้ความถี่สูงผ่านไปได้ดี และทำการลดทอนสัญญาณที่มีความถี่ต่ำออกไป

3. วงจรกรองแถบความถี่ผ่าน (Band-Pass Filter ,BPF) เป็นวงจรที่ยอมให้ช่วงความถี่บางช่วงผ่านไปได้ดี และทำการลดทอนสัญญาณที่มีความถี่ต่ำกว่าและสูงกว่าออกไป

4. วงจรกำจัดแถบความถี่ (Band-Reject Filter ,BRF) เป็นวงจรที่ยอมให้ความถี่ต่ำกว่าและสูงกว่าผ่านออกไปได้ดี และทำการลดทอนสัญญาณในช่วงแถบความถี่ที่กำหนดไว้

การสร้างวงจรกรองความถี่สามารถทำได้หลายวิธี ซึ่งจะแบ่งตามชนิดของวงจรกรองความถี่ ตามอุปกรณ์ที่สร้าง ได้เป็น 2 ชนิด คือ

1. วงจรกรองพาสซีฟ (Passive Filter) เป็นวงจรกรองความถี่ที่สร้างมาจากอุปกรณ์ 3 ตัว คือ ตัวต้านทาน (R) , ตัวเหนี่ยวนำ(L), และตัวเก็บประจุ (C) เนื่องจาก impedance ของ C และ L จะเปลี่ยนแปลงตามความถี่ โดยการนำไปต่อในวงจรตามตำแหน่งที่เหมาะสม (อนุกรม/ขนาน)

2. วงจรกรองแอคทีฟ (Active Filter) เป็นวงจรกรองความถี่ที่สร้างมาจากอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ เช่น ทรานซิสเตอร์, ออปแอมป์ หรือไอซีวงจรรวมต่างๆ โดยนำมาต่อร่วมกับ ตัวต้านทาน, ตัวเหนี่ยวนำ หรือตัวเก็บประจุ ข้อดีของวงจรแบบนี้ก็คือสามารถขยายสัญญาณได้ด้วย และยังสามารถทำงานในระบบอนาลอกหรือดิจิตอลก็ได้ด้วย

วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low-Pass Filter ,LPF)

วงจรแบบกรองความถี่ต่ำจะยอมให้ความถี่ผ่านได้ในช่วงตั้งแต่สัญญาณที่เป็นแรงดัน DC ไปจนถึง ความถี่คัตออฟ (cut-off frequency) แทนด้วยเครื่องหมาย fc ความถี่คัตออฟคือความถี่ ณ ขณะที่อัตราขยายของวงจรมีค่าลดลงเป็น 0.707 เท่าของอัตราขยายปกติ (-3 เดซิเบล) บางครั้งอาจเรียกความถี่นี้ได้ว่า ความถี่มุม (corner frequency) ถ้ามีความถี่ที่สูงเกิน fc ผ่านวงจรจะลดทอนขนาดความถี่นั้นจนมีค่าน้อยมาก ๆ จากในรูปเส้นทึบแสดงถึงผลในทางอุดมคติ ส่วนเส้นประแสดงถึงผลของวงจรในทางความเป็นจริง ในช่วงที่ยอมให้ความถี่ผ่านได้เราเรียกว่า ช่วงผ่าน (pass band) และช่วงที่ไม่ยอมให้ความถี่ผ่านเรียกว่า ช่วงลดทอน (stop band)

รูป a) กราฟของการกรองความถี่ต่ำ

การออกแบบวงจรกรองความถี่ต่ำผ่านแบบ passive

คำนวณได้จาก

เลือกความถี่คัตออฟที่เราต้องการ กำหนดค่า R หรือ C คำนวณหาอีกตัวหนึ่ง

การออกแบบวงจรกรองความถี่ต่ำผ่านแบบ active

คำนวณได้จาก โดยคำนวณในลักษณะเดียวกัน

http://en.wikipedia.org/wiki/Low-pass_filter


วงจรกรองความถี่สูงผ่าน (High-Pass Filter ,HPF)

วงจรกรองความถี่สูงจะทำการลดทอนสัญญาณในช่วงที่มีความถี่ต่ำและยอมให้ผ่านได้เฉพาะสัญญาณในช่วงความถี่ที่สูงกว่าความถี่คัตออฟ fc โดยในช่วงความถี่สูง ๆ นั้นจะมีอัตราขยายคงที่

รูป (a) ลักษณะของวงจรกรองความถี่สูง (b) กราฟของการกรองความถี่สูง

การออกแบบสามารถคำนวณได้จากสมการเดียวกันกับ LPF

http://en.wikipedia.org/wiki/High-pass_filter

วงจรกรองแถบความถี่ผ่าน (Band-Pass Filter ,BPF)

เป็นวงจรที่ยอมให้บางความถี่ผ่านไปได้เท่านั้น เป็นการรวมทั้งวงจรกรองความถี่ต่ำและกรองความถี่สูงเข้าไว้ด้วยกัน

รูป (a) ลักษณะของวงจรกรองความถี่เป็นช่วง (b) กราฟของการกรองความถี่เป็นช่วง

http://en.wikipedia.org/wiki/Band-pass_filter

วงจรกำจัดแถบความถี่ (Band-Reject Filter ,BRF)

ถ้า BPF หมายถึงการที่ยอมให้ความถี่ในช่วงนั้นๆผ่าน BRF ก็คือวงจรที่ไม่ยอมให้ความถี่ในช่วงนั้นๆ ผ่านไปได้ เป็นวงจรกรองความถี่ที่มีประสิทธิภาพ ได้รับความนิยมในการใช้งาน ไม่แพ้ LPF

รูป a) ลักษณะของวงจรกำจัดแถบความถี่

รูป b) กราฟของการกำจัดแถบความถี่

http://en.wikipedia.org/wiki/Band-stop_filter