Konfigurieren der Frequenzbandbreite und des Eingangssignals für die Bandpassfilterschaltung

Im Allgemeinen würden Sie eine Spannungsquelle setzen$V_{in}$über Ihre Eingänge und analysieren Sie das Netzwerk, bis Sie zu einem komplexen Begriff für die Ausgangsspannung kommen$C_2$abhängig von der (Kreis-)Frequenz der Eingangsspannung$\omega$.

Dann werfen Sie Ihr Zielfilterverhalten ein und finden optimale Lösungen für die Komponentenwerte. Letztlich ist es ein Optimierungsproblem.

In Ihrem speziellen Fall würde ich jedoch zuerst entweder auf die erste oder die zweite Stufe reduzieren und das Frequenzverhalten davon ableiten. Oder finden Sie es in allgemeiner RLC-Literatur und Online-Rechnern . Normalerweise möchten Sie nicht, dass das R zwischen L und C liegt, da dies den Qualitätsfaktor Ihres Filters verringert (Ihre Anti-Oszillations-Idee gilt immer noch, nur nicht so).

Sie werden feststellen, dass Ihnen ein einstufiger RLC-Filter nicht sehr viele Freiheitsgrade bietet: Grundsätzlich können Sie die Mittenfrequenz und eine Durchlassbreite wählen, aber in groben Zahlen ausgedrückt wird die Übertragungsfunktion immer nur mit 20 "abnehmen". dB/Dekade, also mit zwei Stufen wären Sie sehr glücklich, 40 dB Dämpfung bei der zehnfachen oberen Eckfrequenz zu erhalten . In der Praxis sieht es meistens noch schlimmer aus.

Für eine ernsthafte Filterung würden Sie sich für LC-Leiterfilter entscheiden (die für Audiofrequenzen unhandlich werden können) oder für aktive Filter (fragen Sie das Filterdesigner-Tool der Website analog.com ;) ). Oder digitalisieren Sie einfach das Audio und führen Sie die Signalverarbeitung in Software durch – Audio-Samplingraten sind wirklich keine Herausforderung für moderne Computerhardware, und wenn Latenz Sie nicht stört, jede paar Euro teure USB-Soundkarte mit einem digital implementierten Filter übertrifft das Frequenzverhalten eines analogen Filters, das nicht ohne viel Versuch, Irrtum, Verbesserung und kostspielige Überarbeitung entwickelt wurde.

Wie stelle und konfiguriere ich die Frequenzbandbreite, die der Filter an ein Gerät ausgeben soll?

Sie haben 2 kaskadierte passive Filterstufen und wenn Sie sie nicht sorgfältig entwerfen, erhalten Sie eine Interaktion zwischen den Stufen und möglicherweise ein enttäuschendes Ergebnis. Verwenden Sie für die Hochpassstufe ein Tool wie das folgende, um mit Werten zu experimentieren: -

R = 40 Ohm, L = 10 mH und C = 1 uF ergibt eine Grenzfrequenz von etwa 500 Hz: -

Interaktiver HPF-Filter .

Wie Sie sehen können, gibt es einen ziemlich flachen Frequenzgang über 500 Hz (der -3-dB-Punkt) und sehr wenig Spitzen (etwa 0,18 dB), und ich sehe aus Ihren Kommentaren, dass Sie verstehen, einen angemessenen Widerstandswert einzuhalten, um übermäßige zu verhindern Klingeln. Auch die Sprungantwort in der unteren Hälfte des obigen Bildes ist nicht übertrieben.

Ich habe bei dem obigen Hochpassfilter besonders "schwere" Komponenten gewählt, weil ich möchte, dass der folgende Tiefpassfilter den HPF nicht signifikant belasten kann. Aber beachten Sie dies; Bei Resonanz hat die obige Schaltung eine Eingangsimpedanz von rein 40 Ohm, und für viele, viele Designs ist dies zu niedrig. Für so etwas wie ein Crossover-Netzwerk für einen Lautsprecher ist es natürlich in Ordnung.

Der Tiefpassfilter (auf 10 kHz ausgerichtet) ist unten dargestellt und seine Werte sind so gewählt, dass der Front-End-HPF nur leicht belastet wird: -

R = 400 Ohm, L = 5 mH und C = 50 nF, um eine Grenzfrequenz von etwa 10 kHz zu erhalten: -

Interaktiver LPF-Filter .

Bei Resonanz beträgt die Eingangsimpedanz etwa das Zehnfache der des Hochpassfilters, sodass die Belastungseffekte nicht extrem sind. Spielen Sie mit den Werten herum, um Ihren erforderlichen Bandbreitenanforderungen zu entsprechen, aber seien Sie sich bewusst, dass Sie zusätzliche Wechselwirkungen erhalten, wenn Sie Ihre beiden Grenzfrequenzen ähnlicher machen, die am besten mit einem Schaltungssimulator wie Micro-Cap oder LTSpice gelöst werden.