Transcript اینجا
به نام خدا فصل چهارم فیلترها مقدمه مدارهای هماهنگ و فیلترها از قسمت های مهم سیستم های مخابراتی هستند که در گیرنده ها و فرستنده ها کاربرد فراوان دارند. قابلیت انتخاب ایستگاه توانایی یک گیرنده رادیویی جهت انتخاب فرکانس سیگنال مورد نظر از میان سایر فرکانس های ناخواسته سلکتیویته گویندSelectivity . در گیرنده های رادیویی از ترکیب RLCبه عنوان فیلتر برای دریافت ایستگاه استفاده می شود. نکته :به این مدار هماهنگ یا رزونانس یا تشدید می گویند. حساسیت گیرنده های رادیویی sensitivity توانایی یک گیرنده رادیویی در ارتباط با دریافت حداقل سیگنال ورودی را حساسیت گیرنده رادیویی گویند .برای اندازه گیری حساسیت از حداقل سیگنال دریافتی برای خروجی قابل استفاده ،استفاده می کنند. یکی از عیوب گیرنده های AMحساسیت کم آنهاست لذا در گیرنده های مخابراتی برای افزایش حساسیت تعداد طبقات تقویت کننده های RFرا زیاد می کنند .هر تقویت کننده رادیویی در ورودی و خروجی مدار هماهنگ دارد. تقویت کننده های زنجیره ای cascade تقویت کننده های پشت سر هم را تقویت کننده های زنجیره ای می نامند .در این تقویت کننده ها خروجی یک طبقه برای طبقه بعد ورودی می باشد .به این تقویت کننده ها تقویت کننده های چند طبقه نیز گفته می شود. نکته :یکی از پارامترهایی که حساسیت تقویت کننده RFرا کم می کند ،نویز است. نویز و منابع نویز Noise همانطوریکه که قبال“ گفته شد ،نویز باعث اختالل در سیستم های مخابراتی می شود .منابع نویز طبیعی یا مصنوعی باشند .نویز رعد و برق طبیعی و نویز حاصل از سیستم جرقه زنی در سیستم اتومبیل مضنوعی است. نسبت سیگنال به نویز S نسبت توان سیگنال به توان نویز را سیگنال به نویز گویند .سیگنال به نویز را با Nنشان می دهند .با فزایش تعداد طبقات RFمی توان سیگنال به نویز را زیاد کرد. ضریب تقویت کننده یا گین Gain نسبت ولتاژ ،جریان ،توان خروجی تقویت کننده به ولتاژ ،جریان و توان ورودی تقویت کننده را گین ولتاژ ،جریان و توان می نامند. ضریب بهره یا گین تقویت کننده های چند طبقه .گین تقویت کننده های چند طبقه از حاصل ضرب گین طبقات در یکدیگر بدست می آید GVT GV 1 GV 2 ......GVN GVT=Gain voltage total GIT GI 1 GI 2 ......GIN GIT=Gain intensity total GPT GP1 GP2 ......GPN GPT=Gain Power total افت توان Power Loss در خطوط انتقال فشار قوی با توجه به زیاد بودن توان ،افت توان با استفاده از ولت متر و آمپر متر محاسبه می شود .در خطوط تلفن با توجه به کم بودن توان به وسیله دستگاه های اندازه گیری نمی توان افت توان را اندازه گرفت لذا ضریب تضعیف تعریف می کنند. ضریب تضعیف Attenuation اگر توان خروجی از توان ورودی کمتر باشد نسبت توان خروجی به توان ورودی را ضریب تضعیف گویند. اثر تغییرات فرکانس بر روی راکتانس سلفی و خازنی inductive reactance capacitive reactance راکتانس سلف با تغییر فرکانس به صورت زیر تغییر می کند. در مدار زیر با تغییر فرکانس جریان و ولتاژ مقاومت و سلف به صورت زیر تغییر می کند. سلف در فرکانس خیلی پایین به صورت مقاومت کم و در فرکانس خیلی زیاد به صورت مدار باز عمل می کند. اثر تغییر فرکانس در راکتانس خازنی راکتانس خازنی به صورت زیر می باشد .به عبارت دیگر با فرکانس نسبت عکس دارد. خازن در فرکانس های کم دارای مقاومت زیاد و در فرکانس های زیاد دارای مقاومت کم می باشد. فیلترها Filters فیلترها مدارهایی هستند که فرکانس یا باند معینی از فرکانس ها را انتخاب می کند. فیلترهای مکانیکی برای صاف کردن هوا یا مایعات استفاده می شود .این فیلترها از یک کاغذ یا پارچه یا پالستیک درست می شود. فیلترهای الکترونیک از المان های C ،L ، Rو ...درست می شود. محدوده فرکانسی فیلتر Filter Band width محدوده فرکانسی فیلتر عبارت است مجموعه فرکانس هایی است که فیلتر از خود عبور می دهد. این محدوده فرکانسی را پهنای باند فیلتر گویند. فیلتر ایده آل فیلتر ایده آل فیلتری است که در خروجی آن دقیقا“ فرکانس های مورد نظر ظاهر می شود. فیلتر واقعی Real filter به علت استفاده از المان های C ،L ، Rدر فیلترها نمی توان پاسخ فرکانسی فیلتر ایده آل داشته باشیم. فرکانس قطع Cut off frequenc فرکانس قطع فیلتر فرکانسی است که در آن فرکانس تطابق توان صورت می گیرد و نیمی از توان ورودی در خروجی منتقل می شود .در فرکانس قطع معموال“ 70.7درصد دامنه ورودی در خروجی ظاهر می شود .فرکانس قطع را فرکانس نصف قدرت گویند. در فرکانس قطع مقدار توان به اندازه 3dBکم می شود. انواع فیلترها از نطر کاربرد فیلترها از لحاظ کاربرد به چهار دسته طبقه بندی می شوند. فیلتر پایین گذر (Low Pass Filter) LPF فیلتر پایین گذر فیلتری است که اجازه می دهد فرکانس های از صفر تا حد معینی از خود عبور دهد(.فرکانس قطع) در شکل زیر دو نوع فیلتر پایین گذر RLو RCرسم شده است. . را فرکانس قطع گویندXL=R فرکانسی که در آن فرکانس X 2FL R R L 2 FL R F F 3dB 2L 2 L R . را فرکانس قطع گویندXc=R فرکانسی که در آن فرکانس 1 X 1 C 2FC 1 R F 1 F 3dB 2RC 2FC 2RC R فیلتر باال گذر (HIGH Pass Filter) HPF این فیلترها از فرکانسی معینی به بعد مولفه های فرکانسی را از خود عبور می دهند. X 2FL R R L F 2FL R F 3dB 2L 2 L R 1 X 1 C 2FC 1 R F 1 F 3dB 2RC 2FC 2RC R فیلترهای میان گذر (Band Pass Filters) BPF این فیلترها باند فرکانس های معینی را از خود عبور می دهند .این فیلترها را فیلترهای عبوری نیز گفته می شود .در این فیلترها از مدارهای رزونانس سری و موازی استفاده می شوند. در فرکانس رزونانس مدار دارای خاصیت اهمی است .همچنین در فرکانس رزونانس مدار موازی دارای بیشترین امپدانس است .در فرکانس رزونانس XL=XCمی باشد. طرز تعیین فرکانس قطع یا 3dB ابتدا پاسخ فرکانسی فیلتر را رسم کرده و فرکانس رزونانس را معین می کنیم .سپس -3dBرا که همان 70.7ولتاژ ورودی یا 50درصد توان ورودی است را معین می کنیم و خطی موازی محور فرکانس رسم می کنیم .این خط پاسخ فرکانسی را در دو نقطه قطع می کند که فرکانس های قطع می باشند. فیلترهای حذف باند (Band Reject Filters) BRF فیلترهای حذف باند فیلترهایی هستند که باند معینی را حذف می کنند .این فیلترها از نظر کاری مانند فیلترهای میان گذر می باشند و فقط از نظر دریافت خروجی متفاوت می باشند. نکته در فرکانس رزونانس مدار LCموازی به صورت یک امپدانس بزرگ رفتار می کند. انواع فیلترهای میان گذر و حذف باند فیلترهای میان گذر و حذف باند از نظر نحوه بستن مدار به دو نوع تقسیم بندی می شوند. الف -سری :در این نوع فیلتر مدار هماهنگ به صورت سری با خروجی قرار می گیرد. ب -موازی :در این نوع فیلتر مدار هماهنگ به صورت موازی با خروجی قرار می گیرد. انواع فیلتر سری فیلتر سری خود به دو دسته تقسیم می شود. الف -فیلتر سری با مدار رزونانس موازی ب -فیلتر سری با مدار رزونانس سری انواع فیلترهای موازی فیلتر موازی خود به دو دسته تقسیم می شود. الف -فیلتر موازی با مدار رزونانس موازی ب -فیلتر موازی با مدار رزونانس سری نکته در مدارهای گیرنده رادیویی اغلب از فیلترهای میان گذر با مدار هماهنگ موازی استفاده می شود .این فیلتر به منظور انتخاب باند فرکانسی معین به کار می رود. خازن و سیم پیچ ثابت می باشند و با تغییر هسته می توان فرکانس رزونانس فیلتر را تغییر داد. مشخصه های فیلتر های میان گذر به طور کلی فیلترها میان گذر دارای سه مشخصه مهم می باشند. الف -فرکانس رزونانس ب -پهنای باند ج -ضریب کیفیت فرکانس رزونانس Resonance frequency در فیلترهای میان گذر فرکانس رزونانس از رابطه زیر بدست می آید. پهنای باند فیلتر Band width پهنای باند فیلتر میان گذر فاصله بین فرکانس قطع باال و پایین می باشند. ضریب کیفیت )quality Factor (Q این ضریب میزان تیزی منحنی مشخصه و پهنای باند را تعیین می کند.رابطه بین پهنای باند و ضریب کیفیت به صورت زیر است. هر قدر Qزیاد شود منحنی تیز تر و پهنای باند کم تر می شود. مقدار Qدر مدار رزونانس سری ضریب کیفیت از رابطه زیر بدست می آید. مقدار Qدر مدار رزونانس موازی ضریب کیفیت در مدار موازی از رابطه زیر بدست می آید. فیلترهای کریستالی ()Crystal filter روش دیگر برای کنترل فرکانس در مدارهای رزونانس استفاده کریستال کوارتز می باشد. ( )quartz crystalکوارتز یک ماده پیزو الکتریک است که هرگاه انرژی الکتریکی دریافت کند آن را به انرژی مکانیکی و بر عکس اگر انرژی مکانیکی دریافت کند آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند .کریستال کوارتز تمایل دارد که در فرکانس تشدید خود نوسان کند.مقدار فرکانس رزونانس کریستال از مشخصات فیزیکی آن می باشد.به همین منظور ضخامت کریستال تعیین کننده فرکانس رزونانس است. اگر یک ولتاژ متناوب به الکترودهای کریستال وصل شود ،کریستال به ارتغاش در می آید این ارتعاش در فرکانس رزونانس کریستال انجام می شود. کریستال می تواند در فرکانس های باال به جای مدارهای LCسری و موازی استفاده شود. نکته: حسن کریستال در ضریب کیفت باال و پایداری فرکانس آن است.