뉴스 - 대역 통과 필터의 특징

수동 대역 통과 필터저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 연결하여 만들 수 있습니다.

수동 대역 통과 필터는 특정 주파수 대역 내의 특정 주파수를 분리하거나 걸러내는 데 사용할 수 있습니다. 간단한 RC 수동 필터의 차단 주파수(ƒc)는 무극성 커패시터와 직렬로 연결된 단일 저항을 사용하여 정확하게 제어할 수 있으며, 이들의 연결 방향에 따라 저역 통과 필터 또는 고역 통과 필터가 됩니다.

이러한 유형의 수동 필터는 오디오 증폭기 회로, 예를 들어 스피커 크로스오버 필터나 프리앰프 톤 컨트롤에 간단하게 사용할 수 있습니다. 때로는 0Hz(DC)에서 시작하거나 특정 고주파수에서 끝나지 않고, 좁거나 넓은 특정 주파수 대역 내의 특정 주파수만 통과시켜야 할 필요가 있습니다.

저역 통과 필터 회로와 고역 통과 필터 회로를 연결하여 직렬로 연결하면, 특정 주파수 대역(좁거나 넓은 대역 모두 가능)만 통과시키고 그 범위를 벗어난 주파수는 감쇠시키는 새로운 유형의 수동 RC 필터를 만들 수 있습니다. 이러한 새로운 형태의 수동 필터는 주파수 선택형 필터로, 일반적으로 대역 통과 필터(BPF)라고 합니다.

저주파수 대역의 신호만 통과시키는 저역 통과 필터나 고주파수 대역의 신호만 통과시키는 고역 통과 필터와는 달리, 대역 통과 필터는 입력 신호를 왜곡하거나 추가적인 잡음을 유입시키지 않고 특정 주파수 대역 내의 신호만 통과시킵니다. 이 주파수 대역의 폭은 임의적이며, 일반적으로 필터의 대역폭이라고 합니다.

대역폭은 일반적으로 최대 중심 또는 공진 피크보다 3dB 낮은 두 개의 지정된 주파수 차단점(ƒc) 사이에 존재하는 주파수 범위로 정의되며, 이 두 지점 외부의 다른 주파수는 감쇠되거나 약화됩니다.

넓은 주파수 대역에 대해 "대역폭(BW)"이라는 용어를 간단히 정의하자면, 저역 통과 필터의 차단 주파수(ƒcLOWER)와 고역 통과 필터의 차단 주파수(ƒcHIGHER)의 차이로 정의할 수 있습니다. 즉, BW = ƒH – ƒL입니다. 대역 통과 필터가 제대로 작동하려면 저역 통과 필터의 차단 주파수가 고역 통과 필터의 차단 주파수보다 높아야 합니다.

이상적인 대역 통과 필터는 특정 주파수 대역 내의 특정 주파수를 분리하거나 걸러내는 데에도 사용할 수 있으며, 예를 들어 잡음 제거에 활용됩니다. 대역 통과 필터는 회로 설계에 두 개의 리액턴스 소자(커패시터)를 포함하고 있기 때문에 일반적으로 2차(2극) 필터라고 불립니다. 하나는 저역 통과 회로에, 다른 하나는 고역 통과 회로에 사용됩니다.

위의 보드 선도 또는 주파수 응답 곡선은 대역 통과 필터의 특성을 보여줍니다. 여기서 신호는 저주파수 영역에서 감쇠되며, 출력은 주파수가 "하한 차단점" ƒL에 도달할 때까지 +20dB/Decade(6dB/Octave)의 기울기로 증가합니다. 이 주파수에서 출력 전압은 입력 신호 값의 1/√2 = 70.7% 또는 입력 대비 -3dB(20*log(VOUT/VIN))가 됩니다.

출력은 최대 이득을 유지하다가 "상위 차단점" ƒH에 도달하면 출력이 -20dB/Decade(6dB/Octave)의 비율로 감소하여 고주파 신호를 감쇠시킵니다. 최대 출력 이득 지점은 일반적으로 하위 차단점과 상위 차단점 사이의 두 -3dB 값의 기하 평균이며, 이를 "중심 주파수" 또는 "공진 피크" 값 ƒr이라고 합니다. 이 기하 평균값은 ƒr² = ƒ(상위) × ƒ(하위)로 계산됩니다.

A대역 통과 필터이 필터는 회로 구조 내에 "두 개"의 리액턴스 성분을 가지고 있기 때문에 2차(2극)형 필터로 간주됩니다. 따라서 위상각은 이전에 살펴본 1차 필터의 두 배인 180°가 됩니다. 출력 신호의 위상각은 중심 주파수 또는 공진 주파수(ƒr)까지 입력 신호보다 +90° 앞서며, ƒr 지점에서 "0°" 또는 "동위상"이 되고, 출력 주파수가 증가함에 따라 입력 신호보다 -90° 뒤쳐집니다.

대역 통과 필터의 상한 및 하한 차단 주파수는 저역 통과 필터 및 고역 통과 필터와 동일한 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다. 예를 들어,