أخبار

مرشحات تمرير النطاق السلبيةيمكن صنعه عن طريق توصيل مرشح تمرير منخفض بمرشح تمرير عالي

يمكن استخدام مرشح تمرير النطاق السلبي لعزل أو تصفية ترددات معينة تقع ضمن نطاق ترددي محدد. ويمكن التحكم بدقة في تردد القطع (ƒc) في مرشح RC سلبي بسيط باستخدام مقاومة واحدة موصولة على التوالي مع مكثف غير مستقطب، وبحسب طريقة توصيلهما، نحصل إما على مرشح تمرير منخفض أو مرشح تمرير عالي.

يُستخدم هذا النوع من المرشحات السلبية بشكل بسيط في تطبيقات أو دوائر مكبرات الصوت، مثل مرشحات التقاطع في مكبرات الصوت أو دوائر التحكم في نغمات المضخمات الأولية. أحيانًا يكون من الضروري تمرير نطاق ترددات محدد لا يبدأ من الصفر هرتز (التيار المستمر) ولا ينتهي عند تردد عالٍ، بل يقع ضمن نطاق ترددات معين، سواء كان ضيقًا أو واسعًا.

من خلال توصيل دائرة مرشح تمرير منخفض واحدة بدائرة مرشح تمرير عالي، يمكننا إنتاج نوع آخر من مرشحات RC السلبية التي تسمح بمرور نطاق محدد من الترددات، سواء كان ضيقًا أو واسعًا، مع تخفيف جميع الترددات خارج هذا النطاق. ينتج عن هذا النوع الجديد من المرشحات السلبية مرشح انتقائي التردد يُعرف باسم مرشح تمرير النطاق أو BPF اختصارًا.

على عكس مرشح الترددات المنخفضة الذي يمرر فقط الإشارات ذات التردد المنخفض، أو مرشح الترددات العالية الذي يمرر الإشارات ذات التردد العالي، فإن مرشح تمرير النطاق يمرر الإشارات ضمن نطاق ترددي محدد دون تشويه الإشارة المدخلة أو إضافة ضوضاء إضافية. يمكن أن يكون عرض هذا النطاق الترددي أي قيمة، ويُعرف عادةً باسم عرض نطاق المرشح.

يُعرَّف عرض النطاق الترددي عادةً بأنه نطاق التردد الموجود بين نقطتي قطع تردد محددتين (ƒc)، واللتان تقلان بمقدار 3 ديسيبل عن أعلى مركز أو ذروة رنين مع إضعاف أو تخفيف النقاط الأخرى خارج هاتين النقطتين.

بالنسبة للترددات واسعة الانتشار، يمكننا ببساطة تعريف مصطلح "عرض النطاق" (BW) بأنه الفرق بين تردد القطع الأدنى (ƒcLOWER) وتردد القطع الأعلى (ƒcHIGHER). بعبارة أخرى، BW = ƒH – ƒL. من الواضح أنه لكي يعمل مرشح تمرير النطاق بشكل صحيح، يجب أن يكون تردد القطع لمرشح التمرير المنخفض أعلى من تردد القطع لمرشح التمرير العالي.

يمكن استخدام مرشح تمرير النطاق "المثالي" لعزل أو تصفية ترددات معينة تقع ضمن نطاق ترددي محدد، على سبيل المثال، لإلغاء الضوضاء. تُعرف مرشحات تمرير النطاق عمومًا باسم مرشحات الرتبة الثانية (ثنائية القطب) لاحتوائها على عنصرين تفاعليين، وهما المكثفات، ضمن تصميمها. مكثف في دائرة تمرير الترددات المنخفضة وآخر في دائرة تمرير الترددات العالية.

يُظهر مخطط بود أو منحنى استجابة التردد أعلاه خصائص مرشح تمرير النطاق. هنا، يتم تخفيف الإشارة عند الترددات المنخفضة، بينما يزداد الخرج بمعدل +20 ديسيبل/عقد (6 ديسيبل/أوكتاف) حتى يصل التردد إلى نقطة القطع السفلية ƒL. عند هذا التردد، يكون جهد الخرج مرة أخرى 1/√2 = 70.7% من قيمة إشارة الدخل، أو -3 ديسيبل (20*log(VOUT/VIN)) من الدخل.

يستمر خرج الإشارة عند أقصى كسب حتى يصل إلى نقطة القطع العليا ƒH، حيث ينخفض الخرج بمعدل -20 ديسيبل/عقد (6 ديسيبل/أوكتاف)، مما يُضعف أي إشارات عالية التردد. تُعرف نقطة أقصى كسب للخرج عمومًا بالمتوسط الهندسي لقيمتي -3 ديسيبل بين نقطتي القطع السفلى والعليا، وتُسمى "تردد المركز" أو "قيمة ذروة الرنين" ƒr. يُحسب هذا المتوسط الهندسي كالتالي: ƒr² = ƒ(العليا) × ƒ(السفلى).

Aمرشح تمرير النطاقيُعتبر هذا المرشح من النوع الثاني (ثنائي القطب) لاحتوائه على عنصرين تفاعليين ضمن بنيته، وبالتالي تكون زاوية الطور ضعف زاوية الطور في مرشحات النوع الأول التي تم استعراضها سابقًا، أي 180 درجة. تتقدم زاوية طور إشارة الخرج على زاوية طور إشارة الدخل بمقدار 90 درجة حتى تردد الرنين، حيث تصبح صفرًا (0 درجة) أو متوافقة في الطور، ثم تتأخر عن إشارة الدخل بمقدار 90 درجة مع ازدياد تردد الخرج.

يمكن إيجاد نقاط تردد القطع العليا والسفلى لمرشح تمرير النطاق باستخدام نفس الصيغة المستخدمة لكل من مرشحات التمرير المنخفض والعالي، على سبيل المثال.