Como projetar um filtro de banda-stop para reduzir o ruído de linha

Você pode precisar de saber como construir filtros band-stop para rejeitar ruído na linha. Em seu estéreo ou sistema de entretenimento, você tem sons únicos provenientes de suas músicas ou filmes favoritos. Os efeitos especiais de áudio, diferentes vozes e instrumentos diversos são sintetizadas para formar uma ampla gama de freqüências. Você seleciona, rejeitar ou aumentar os graves, agudos e frequências médias usando um equalizador consistindo de muitos filtros diferentes.

No entanto, às vezes, um equalizador pode não ser capaz de se livrar de ruídos indesejados.

Suponha que o cinema local acabou de instalar um novo sistema de áudio. Infelizmente, um irritante hum 60-hertz está chegando ao sistema de alto-falante. Sem degradar a qualidade de voz, você pode implementar um filtro rejeita-faixa (ou banda-rejeitar filtro) para livrar-se do sinal de 60 hertz.

A seguinte função de transferência, que refere-se os sinais de saída e de entrada, dá-lhe o filtro de banda-stop:

Video: Reduzir o ruído como um profissional

T(s) Está centrada a 60 hertz, com uma frequência de corte inferior de 40 hertz e uma frequência de corte superior de 80 hertz, rejeitar frequências entre 40 e 80 hertz antes de irem para o sistema de altifalantes.

Realizar T(s), Criar um filtro usando resistores, capacitores, e um amplificador operacional para se livrar do sinal de 60 hertz. Siga esses passos:

1. demolir T(s) Para, funções de transferência reconhecíveis simples.

   A função de transferência dada já está escrito como a soma de duas funções de transferência mais simples, para que você possa identificar o filtro passa-baixa T_LPF(s) E o filtro passa-alto T_HPF(s) do seguinte modo:

   

   T_LPF(s) Passa os sinais abaixo de 40 hertz e rejeita frequências acima de 40 hertz, e T_HPF(s) Passa os sinais acima de 80 hertz e rejeita frequências abaixo de 80 hertz. As potências de filtro são somados, rejeitar frequências entre 40 hertz e 80 hertz enquanto passa os sinais fora desta gama de frequências.

2. Projetar o filtro passa-baixa T_LPF(s).

   Comece por reescrever T_LPF(s) Utilizando impedâncias de resistências e condensadores descritos no domínio de Laplace:

   

   
   
   
   

   A impedância de um capacitor é Z₂(s) = 1 / (sC₁) = 1 /s com C₁ = 1 M, e a impedância de um resistor é Z₁(s) = R₁ = 1 / (2p ∙ 40) W (nota que uma resistência não é dependente de frequência - os associados resistor com um valor constante).

   A equação tem a forma de uma equação divisor, que descreve a relação entre a variável de saída desejada e o sinal de entrada como uma razão entre a impedância de saída para a impedância total do circuito.

   Estes valores de capacitância e resistência são impraticáveis ​​na vida real, então você precisa para escalar esses valores para que eles estejam mais realista. Vá em frente e escalá-los, multiplicando o numerador eo denominador de T_LPF(s) Por uma série k = 10⁶:

   

   Video: Filtro de Linha para rede elétrica

   Estes novos valores de capacitância e resistência são mais realistas. A figura mostra os valores finais do desenho passa-baixo, onde agora C₁ = C_1New e R₁ = R_1New. Em geral, você tem os novos valores em escala dada como C_1New = C_velho/k e R_Novo = kR_velho.

3. Projetar o filtro passa-alta T_HPF(s).

   reescrevendo T_HPF(s) Para mostrar as impedâncias de resistores e capacitores produz as seguintes equações, onde C₂ = 1 F (antes da escala) e R₂ = 1 / (2p ∙ 80) Ω (antes da escala):

   

   Multiplicar T_HPF(s) Como se segue para escalar os valores de resistência e capacitância:

   

   A figura mostra os valores finais do desenho passa-alto, onde agora C₂ = C_2New e R₂ = R_2New.

4. Finalizar o projeto do filtro band-stop.

   Você somar as saídas de filtro para obter o filtro rejeita-faixa usando um inversor soma amplificador operacional (op amp). Com resistores de alto valor de 100 kW, você evitar efeitos de carregamento dos filtros passa-alta e passa-baixa. Você pode ver o que o circuito final se parece com a figura a seguir.

   Note que os altos valores de resistores em um circuito de op-amp reduzir a precisão de um modelo op-amp ideal. No entanto, valores de resistência inferiores podem envolver efeitos de carga indesejados. Você pode precisar adicionar seguidores de tensão op-amp para reduzir estes efeitos de carregamento. Os seguidores de tensão adicional aumentar a complexidade e o custo do circuito.