Passive Band Pass Filter
Ένα φίλτρο διέλευσης ζώνης διαχωρίζει ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων από άλλες εντός μιας συγκεκριμένης ομάδας συχνοτήτων. Μερικά εξελιγμένα ηλεκτρικά κυκλώματα μπορεί να μην είναι κατάλληλο να επιτρέπουν τη διέλευση πολύ χαμηλών συχνοτήτων στα 0Hz ή πολύ υψηλών συχνοτήτων, το φίλτρο παθητικής ζώνης διέλευσης εκτελεί τις λειτουργίες επιλεκτικότητας συχνότητας ανάλογα με τους συνδυασμούς σειρών αντιστάσεων και πυκνωτών στο κύκλωμά τους. Μπλοκάρουν τόσο τις χαμηλότερες όσο και τις ανώτερες συχνότητες εκτός του επιλεκτικού εύρους διέλευσης ζώνης. Αυτά τα φίλτρα αποτελούνται από φίλτρα χαμηλής διέλευσης και υψηλής διέλευσης.
Κατασκευή
Ένα τυπικό ζωνοπερατό φίλτρο θα παρουσιάζει δύο δίκτυα RC όπως φαίνεται παρακάτω:
Ένα δίκτυο RC χρησιμοποιείται σε σειρά, ενώ το άλλο δίκτυο RC χρησιμοποιείται παράλληλα. Οι τιμές της συχνότητας αποκοπής μπορούν να ελεγχθούν μέσω των τιμών αντίστασης και πυκνωτή που χρησιμοποιούνται στο κύκλωμα φίλτρου διέλευσης ζώνης. Μπορεί να επιτρέψει ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων ή ένα στενό εύρος συχνοτήτων, ανάλογα με τις τιμές συχνότητας αποκοπής. Επομένως, ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων διέλευσης ζώνης ονομάζεται εύρος ζώνης.
Καμπύλη απόκρισης συχνότητας
Η καμπύλη απόκρισης συχνότητας φαίνεται παρακάτω. Η καμπύλη απόκρισης συχνότητας δείχνει δύο όρια συχνότητας αποκοπής: κατώτερο όριο συχνότητας αποκοπής fL και όριο υψηλής συχνότητας αποκοπής fH. Όλες οι συχνότητες κάτω από τη χαμηλότερη συχνότητα αποκοπής fL μπλοκάρονται έως ότου η έξοδος του φίλτρου διέλευσης ζώνης ανέβει στην κλίση των 20 db/δεκαετία. Η έξοδος φτάνει στη μέγιστη τιμή 70,7% και παραμένει σταθερή για ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων έως ότου επιτευχθεί το υψηλότερο όριο συχνότητας της fH. Η έξοδος αρχίζει να πέφτει ξανά με κλίση -20db/δεκαετία.
Το μέγιστο κέρδος των -3db έχει δηλωθεί τόσο σε ανοδική τάση όσο και σε πτωτική τάση στο παρακάτω σχήμα. Επομένως, ο γεωμετρικός μέσος όρος αυτών των δύο σημείων συχνότητας παρέχει το σημείο συντονισμού ή το σημείο κεντρικής συχνότητας.
Συχνότητα συντονισμού
Ο γεωμετρικός μέσος όρος της ανώτερης συχνότητας αποκοπής και της χαμηλότερης συχνότητας αποκοπής εκφράζεται ως:
Το fr παρουσιάζει την κεντρική συχνότητα, ενώ το fh την ανώτερη τιμή αποκοπής συχνότητας και το fl σημαίνει χαμηλότερη τιμή αποκοπής συχνότητας.
Αλλαγή φάσης
Τα φίλτρα διέλευσης ζώνης είναι φίλτρα δεύτερης τάξης. Σημαίνει παρουσία δύο συνδυασμών παθητικών στοιχείων στο κύκλωμά του. Η γωνία φάσης για τα φίλτρα δεύτερης τάξης θα είναι διπλάσια από τη γωνία φάσης των φίλτρων πρώτης τάξης. Σημαίνει ότι η γωνία φάσης πρέπει να είναι 180 μοίρες στο ζωνοπερατό φίλτρο. Η μετατόπιση φάσης έδειξε +90 μοίρες μέχρι την κεντρική συχνότητα και -90 μοίρες μετά το σημείο κεντρικής συχνότητας.
Ανώτερες & Κάτω Συχνότητες Αποκοπής
Οι τιμές ανώτερης και κατώτερης συχνότητας μπορούν να υπολογιστούν ακριβώς όπως οι υπολογισμοί συχνότητας σε φίλτρα χαμηλής και υψηλής ζώνης διέλευσης. Η γενική έκφραση δίνεται από:
Παράδειγμα:
Πρόκειται να σχεδιαστεί ένα φίλτρο διέλευσης ζώνης που θα επιτρέπει συχνότητες μεταξύ 5kHz και 40kHz. Υποθέτοντας ότι οι αντιστάσεις είναι 20 kΩ, υπολογίστε τις τιμές του πυκνωτή και σχεδιάστε το τελικό φίλτρο διέλευσης ζώνης.
Χρησιμοποιώντας τη γενική έκφραση της ανώτερης και κατώτερης συχνότητας αποκοπής:
Η τιμή του πυκνωτή υψηλής διέλευσης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το χαμηλότερο όριο συχνότητας:
Η τιμή του πυκνωτή χαμηλής διέλευσης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το υψηλότερο όριο συχνότητας:
συμπέρασμα
Τα φίλτρα διέλευσης ζώνης λειτουργούν με βάση την αρχή της διέλευσης ενός επιλεκτικού εύρους συχνοτήτων, ενώ μπλοκάρουν όλα τα χαμηλότερα ή υψηλότερα. Αποτελούνται τόσο από τα δίκτυα φίλτρων χαμηλής διέλευσης όσο και από δίκτυα φίλτρων υψηλής διέλευσης στην κατασκευή τους.