مدار فیلتر پایین گذر RC (انگلیسی : RC Low-Pass Filter)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
مدار فیلتر پایین گذر RC (انگلیسی : RC Low-Pass Filter) :
مدار فیلتر پایین گذر RC (RC Low-Pass Filter) ساده ترین و پرکاربردترین نوع فیلتر الکترونیکی است. این فیلتر از یک مقاومت (R) که به صورت سری با سیگنال قرار دارد و یک خازن (C) که به صورت موازی با بار (یا بین خروجی و زمین) قرار می گیرد، تشکیل شده است. با وجود سادگی، نقش بسیار مهمی در الکترونیک دارد.
اصل عملکرد: در فرکانس های پایین، راکتانس خازن (
\[ X_C = \frac{1}{2\pi f C} \]) بسیار زیاد است، بنابراین خازن مانند یک مدار باز عمل کرده و سیگنال ورودی با افت کمی از مقاومت عبور کرده و در خروجی (روی خازن) ظاهر می شود. در فرکانس های بالا، راکتانس خازن کم می شود و خازن مانند یک اتصال کوتاه عمل کرده و سیگنال را به زمین منحرف می کند. در نتیجه، سیگنال خروجی برای فرکانس های بالا بسیار کوچک است.
فرکانس قطع (Cutoff Frequency): فرکانس قطع (
\[ f_c \]) که به عنوان مرز بین باند عبور و باند توقف تعریف می شود، جایی است که دامنه خروجی به
\[ 1/\sqrt{2} \](حدود ۰.۷۰۷) دامنه ورودی می رسد. این معادل کاهش ۳ دسی بل در مقیاس لگاریتمی است. رابطه آن به صورت زیر است:
\[ f_c = \frac{1}{2\pi RC} \]با تغییر مقادیر R و C می توان فرکانس قطع را تنظیم کرد. ثابت زمانی مدار
\[ \tau = RC \]نیز با این فرکانس رابطه دارد:
\[ \tau = \frac{1}{2\pi f_c} \].
شیب پاسخ (Roll-off): فیلتر پایین گذر RC یک فیلتر مرتبه اول است، بنابراین شیب پاسخ آن در بالای فرکانس قطع، ۲۰ دسی بل بر دهه (یا ۶ دسی بل بر اکتاو) است. یعنی با افزایش فرکانس به اندازه ۱۰ برابر، دامنه خروجی ۲۰ دسی بل (۱۰ برابر) کاهش می یابد.
کاربردها:
⭐ صاف سازی (Smoothing) در منابع تغذیه: بعد از یکسوساز، یک خازن بزرگ موازی با بار (که خود یک فیلتر RC با بار به عنوان R است) ریپل ولتاژ را کاهش می دهد.
⭐ حذف نویز فرکانس بالا: در خطوط سیگنال و تغذیه برای حذف نویزهای ناخواسته.
⭐ فیلتر ضد آلیاسینگ (Anti-aliasing): قبل از مبدل های ADC برای محدود کردن پهنای باند سیگنال و جلوگیری از هم پوشانی طیفی.
⭐ یکپارچه ساز (Integrator) تقریبی: در فرکانس های بالا، این فیلتر تقریبا به عنوان یک انتگرال گیر عمل می کند.
⭐ متقاطع (Crossover) در بلندگوها: برای هدایت فرکانس های پایین به ووفر (اما معمولا از فیلترهای مرتبه بالاتر استفاده می شود).
محدودیت: این فیلتر غیرفعال است، یعنی بهره آن کمتر از ۱ است و سیگنال را تضعیف می کند. همچنین امپدانس خروجی آن با فرکانس تغییر می کند و اگر بار امپدانس کمی داشته باشد، می تواند بر پاسخ فیلتر تأثیر بگذارد.
