Banddoorlaatfilters: Ontwerp, Implementatie en Praktische Tips

Hoe een Banddoorlaatfilter te Creëren

In veel elektronische systemen moet slechts een specifiek frequentiebereik door een signaalketen passeren. Een banddoorlaatfilter laat precies dat bandje door terwijl het alle lagere en hogere frequenties afwijst. Door een laagdoorlaat- en een hoogdoorlaatfase te combineren, verkrijgen we een enkel filter dat aan deze eis voldoet.

Hieronder volgt een systeemblokdiagram dat het concept illustreert:

Systeemblokdiagram van een banddoorlaatfilter.

Banddoorlaatfilter Ontwerpen met Condensators

Wanneer de twee fasen in serie worden geschakeld, laat de resulterende schakeling alleen frequenties door die noch te laag, noch te hoog zijn. Hier is een typisch schema opgebouwd met passieve componenten, en de bijbehorende frequentierespons wordt hieronder getoond.

Capacitief banddoorlaatfilter.

capacitief banddoorlaatfilter
v1 1 0 ac 1 sin
r1 1 2 200
c1 2 0 2.5u
c2 2 3 1u
rload 3 0 1k
.ac lin 20 100 500
.plot ac v(3)
.end

De respons van een capacitief banddoorlaatfilter piekt binnen een smal frequentiebereik.

Banddoorlaatfilter Ontwerpen met Spoels

Hoewel spoels ook een banddoorlaatrespons kunnen realiseren, leveren condensators doorgaans een hogere "zuiverheid" in hun reactieve gedrag, wat ontwerpers een duidelijker voordeel geeft. Een representatief spoel-gebaseerd ontwerp wordt hier getoond:

Inductief banddoorlaatfilter.

Het omruilen van de volgorde van de hoogdoorlaat- en laagdoorlaatsecties verandert niet aan de fundamentele filterwerking; de schakeling wijst frequenties buiten het gewenste band nog steeds af.

Echter, uitsluitend vertrouwen op de blokkeerwerking van elke fase introduceert praktische beperkingen. Zelfs op het filterpiek kan de gecombineerde demping van de laagdoorlaat- en hoogdoorlaatsecties de signaalamplitude reduceren. In de SPICE-analyse hierboven overschrijdt de lastspanning nooit 0,59 V, ondanks een 1 V bron. De demping verergerd als het filter steler of selectiever wordt gemaakt.

Geavanceerdere technieken kunnen een plat doorlaatband bereiken zonder inboet op signaalsterkte, en we zullen die methoden later in dit hoofdstuk verkennen.

• Een banddoorlaat filter laat alleen de frequenties binnen een gespecificeerd bereik door, blokkerend zowel lagere als hogere frequenties.
• Het kan gebouwd worden door een laagdoorlaatfilter met een hoogdoorlaatfilter in cascade te schakelen (of vice versa).
• "Dempen" betekent de signaalamplitude reduceren; het is hetzelfde principe als het verlagen van het volume van een stereo.

• Actieve Filters Werkblad