معرفی و ساخت فیلتر های اکتیو به همراه سورس

فیلترهای پایین گذر، بالا گذر، میان نگذر:

در این نوشته قصد داریم به‌ دور از مباحث پیچیده‌ی ریاضی و به زبان ساده، یک پروژه فیلتـر، شامل فیلترهای پایین گذر، بالا گذر و میان نگذر را به‌صورت کامل توضیح دهیم تا همه‌ی افرادی که به این فیلترها نیاز دارند، بتوانند بدون دغدغه از آن‌ها استفاده کنند. اجازه دهید در ابتدا موارد استفاده از فیلتـر را با چند سؤال کمی شرح دهیم:

فیلتر چیست و چه کاربردی دارد؟

فیلتر در عمل به معنی جداسازی موارد خوب از بد، به تشخیص طراح سیستم است که نمونه‌ی قابل‌لمس آن را می‌توان آزمون ورودی دانشگاه‌ها مثال زد. در این آزمون سعی می‌شود خوب از بد سوا شده و شایسته‌ترین‌ها به دانشگاه راه پیدا کنند. همین مسئله در مورد سیگنال‌ها هم صادق است.

بدون مدارات فیلتـر چه اتفاقی می‌افتاد؟

فرض کنید می‌خواستید یک رادیو بسازید و به برنامه موردعلاقه خود گوش کنید. درصورتی‌که مدارات فیلتـر وجود نداشتند، هنگامی‌که رادیو را روشن می‌کردید، انبوهی از صداهای نازیبا و حتی دل‌خراش و زننده پخش می‌شد. به لطف مدارات فیلتـری می‌توان از بین انبوه سیگنال‌های مزاحم، فقط سیگنال موردنظر را دریافت و گوش کرد.

فیلتـرها شامل خانواده‌ها و مرتبه‌های متفاوتی هستند.

خانواده‌ها، ساختار یک فیلتـر را مشخص می‌کنند؛ مانند: فیلتـرهای اکتیو و فیلتـرهای دیجیتال.

مرتبه به زبان ساده میزان سخت‌گیری فیلتر در مقابل عبور سیگنال است که هر چه این مرتبه بالاتر باشد میزان سخت‌گیری بیشتر خواهد بود. البته در همه جا وقتی قرار باشد کاری با دقت بیشتری انجام شود، هزینه بیشتری نیز باید پرداخت شود؛ این هزینه‌ها در فیلتر شامل استفاده از مدارات پیچیده‌تر، قطعات بیشتر، حتی تاخیر زیادتر و… هستند.

در هر پروژه بسته به نیاز، از یکی از خانواده‌های مدارات فیلتری با مرتبه‌ی مناسب استفاده می‌شود. در این پروژه سعی شده از مدارات فیلتری اکتیو با مرتبه دوم استفاده شود تا بتوان با کمترین قطعات به خروجی مطلوبی دست یافت. در ادامه به ترتیب به مدارات اشاره‌کرده و در مورد هر یک توضیح خواهیم داد:

این بخش از مدار، شامل فیلتر پایین گذر ” LOW PASS FILTER ” است. در این پروژه دو عدد مدار فیلتر تعریف شده است. فرکانس قطع یکی 5 هرتز و دیگری 50 هرتز تعریف‌شده که به خوبی در مقابل سیگنال‌های بیشتر از آن مقاومت می‌کنند و به آنها اجازه عبور نمی‌دهد.

این بخش از مدار شامل فیلتر میان نگذر ” BAND STOP FILTER ” است. در این پروژه دو عدد مدار فیلتر تعریف شده است. فرکانس پاسخ هر دوی مدارها در محدوده‌ی 50 هرتز تعریف‌شده که با کمی تغییر ضریب، بهره‌ی متفاوتی را ارائه می‌کنند.

در آخرین بخش، مدار شامل فیلتر بالا گذر ” HIGH PASS FILTER ” است. در این پروژه دو عدد مدار فیلتر تعریف شده است. فرکانس قطع یکی 100 میلی هرتز و دیگری 1 کیلوهرتز تعریف‌شده که به خوبی در مقابل سیگنال‌های کمتر از آن مقاومت کرده و به آن‌ها اجازه عبور نمی‌دهد.

در آخر هم مدار تغذیه‌ی برد قرار دارد که می‌توانید به‌راحتی آن را مونتاژ و استفاده کنید. دقت کنید که در مدار تغذیه می‌توانید به‌وسیله‌ی جامپر J1، تغذیه آی‌سی‌های آپ‌امپ را یا به زمین مدار یا به ولتاژ منفی 5 ولت متصل کنید.

بسیار مهم است که از قطعات با تلرانس کم استفاده شود تا انحراف به حداقل برسد. در این پروژه سعی شد از مباحث ریاضی دوری کرده و به‌صورت ساده‌شده و قابل‌درک مدار را توضیح دهیم. در پایان توسط لینک زیر می‌توانید پروژه شماتیک و پی‌سی‌بی را دانلود کنید.

SISOOG_FILTER.zip