పై ఫిల్టర్

అవాంఛిత పౌన.పున్యాలను తిరస్కరించడానికి ఫిల్టర్లు సాధారణంగా శక్తి మరియు ఆడియో ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో ఉపయోగించబడతాయి. అప్లికేషన్ ఆధారంగా ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్ డిజైన్లలో అనేక రకాల ఫిల్టర్లు ఉపయోగించబడుతున్నాయి, అయితే వాటి యొక్క అంతర్లీన భావన ఒకటే, అనగా అవాంఛిత సంకేతాలను తొలగించడం. ఈ ఫిల్టర్‌లన్నింటినీ రెండు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు- యాక్టివ్ ఫిల్టర్లు మరియు నిష్క్రియాత్మక ఫిల్టర్లు. క్రియాశీల వడపోత ఇతర నిష్క్రియాత్మక భాగాలతో ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ క్రియాశీల భాగాలను ఉపయోగిస్తుంది, అయితే నిష్క్రియాత్మక ఫిల్టర్లు నిష్క్రియాత్మక భాగాలను ఉపయోగించి మాత్రమే తయారు చేయబడతాయి. ఈ ఫిల్టర్‌ల గురించి మేము ఇప్పటికే వివరంగా చర్చించాము:

• యాక్టివ్ హై పాస్ ఫిల్టర్
• యాక్టివ్ తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్
• నిష్క్రియాత్మక హై పాస్ ఫిల్టర్
• నిష్క్రియాత్మక తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్
• బ్యాండ్‌పాస్ ఫిల్టర్
• హార్మోనిక్ ఫిల్టర్

ఈ ట్యుటోరియల్‌లో, పై ఫిల్టర్ అని పిలువబడే మరో కొత్త రకం ఫిల్టర్‌ను నేర్చుకుంటాము, ఇది విద్యుత్ సరఫరా సర్క్యూట్ డిజైన్లలో చాలా సాధారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ 5V 2A SMPS సర్క్యూట్ మరియు 12V 1A SMPS సర్క్యూట్ వంటి మా మునుపటి విద్యుత్ సరఫరా డిజైన్లలో పై-ఫిల్టర్‌ను ఇప్పటికే ఉపయోగించాము. కాబట్టి, ఈ ఫిల్టర్లు ఏమిటి మరియు వాటిని ఎలా రూపొందించాలో వివరంగా తెలుసుకుందాం.

పై-ఫిల్టర్

పై ఫిల్టర్ అనేది ఒక రకమైన నిష్క్రియాత్మక వడపోత, ఇది సాంప్రదాయక రెండు-మూలకాల నిష్క్రియాత్మక ఫిల్టర్లను కాకుండా ప్రధానంగా మూడు భాగాలను కలిగి ఉంటుంది. అన్ని భాగాల నిర్మాణ అమరిక గ్రీకు అక్షరం పై () ఆకారాన్ని సృష్టిస్తుంది, అందువలన పై విభాగం ఫిల్టర్ పేరు.

మెజారిటీలో, పై పాస్ ఫిల్టర్లు తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ అప్లికేషన్ కోసం ఉపయోగించబడతాయి, అయితే మరొక కాన్ఫిగరేషన్ కూడా సాధ్యమే. పై ఫిల్టర్ యొక్క ప్రధాన భాగం కెపాసిటర్ మరియు ఇండక్టర్ దీనిని LC ఫిల్టర్‌గా చేస్తుంది. తక్కువ పాస్ వడపోత అనువర్తనంలో, కెపాసిటర్ తక్కువ పాస్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో కెపాసిటర్ ఇన్‌పుట్ వైపున ఉన్నందున కెపాసిటర్ ఇన్‌పుట్ ఫిల్టర్ అని కూడా పిలుస్తారు.

తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌గా పై ఫిల్టర్

పై ఫిల్టర్ ఒక అద్భుతమైన తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్, ఇది సాంప్రదాయ ఎల్సి పై ఫిల్టర్ కంటే చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది . తక్కువ పాస్ కోసం పై ఫిల్టర్ రూపొందించబడినప్పుడు, అవుట్పుట్ స్థిరమైన-కె కారకంతో స్థిరంగా ఉంటుంది.

ఒక తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ రూపకల్పన Pi ఆకృతీకరణ ఉపయోగించి అందంగా సూటిగా ఉంటుంది. Pi ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ క్రింది చిత్రంలో చూపిన విధంగా ఒక Pi ఆకారం ఏర్పాటు సిరీస్లో ఒక ఇండక్టర్ తరువాత సమాంతరంగా కనెక్ట్ రెండు కెపాసిటర్లు కలిగి

పై చిత్రంలో చూసినట్లుగా, ఇది రెండు కెపాసిటర్లను కలిగి ఉంటుంది, ఇవి సిరీస్ ఇండక్టర్ మధ్య భూమికి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. ఇది తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ కాబట్టి, ఇది అధిక పౌన frequency పున్యంలో అధిక ఇంపెడెన్స్ మరియు తక్కువ పౌన.పున్యంలో తక్కువ ఇంపెడెన్స్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అందువల్ల, అవాంఛిత అధిక పౌన.పున్యాలను నిరోధించడానికి ఇది సాధారణంగా ప్రసార మార్గంలో ఉపయోగించబడుతుంది.

నిర్మాణం మరియు అంతర్భాగాన్ని విలువలు Pi వడపోత లెక్కింపు సమీకరణం క్రింద నుండి ఉత్పన్నమవుతాయి ఒక Pi వడపోత రూపకల్పన మీ అప్లికేషన్ కోసం.

కట్ ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ (fc) = 1 / ᴫ (LC) ^1/2 కెపాసిటెన్స్ యొక్క విలువ (C) = 1 / Z _0ᴫfc ఇండక్టెన్స్ యొక్క విలువ (L1) = Z ₀ / ᴫfc ఇక్కడ, Z ₀ అనేది ఇంపెడెన్స్ లక్షణం ఓమ్స్ మరియు ఎఫ్సిలలో కట్ ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ.

హై పాస్ ఫిల్టర్‌గా పై ఫిల్టర్

తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ మాదిరిగానే, పై ఫిల్టర్లను కూడా అధిక పాస్ ఫిల్టర్‌గా కాన్ఫిగర్ చేయవచ్చు. అటువంటి సందర్భంలో, వడపోత తక్కువ పౌన frequency పున్యాన్ని అడ్డుకుంటుంది మరియు అధిక పౌన frequency పున్యాన్ని దాటడానికి అనుమతిస్తుంది. ఇది రెండు రకాల నిష్క్రియాత్మక భాగాలు, రెండు ప్రేరకాలు మరియు ఒక కెపాసిటర్ ఉపయోగించి కూడా తయారు చేయబడుతుంది.

తక్కువ పాస్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో ఫిల్టర్ రెండు కెపాసిటర్లు మధ్యలో ఒక ఇండక్టర్‌తో సమాంతరంగా ఉన్నందున రూపొందించబడింది, అయితే అధిక పాస్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో, నిష్క్రియాత్మక భాగాల స్థానం మరియు పరిమాణం సరిగ్గా వ్యతిరేకం. ఒకే ప్రేరకానికి బదులుగా, ఇక్కడ ఒకే కెపాసిటర్‌తో రెండు వేర్వేరు ప్రేరకాలు ఉపయోగించబడతాయి.

పై పై ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ ఇమేజ్ ఫిల్టర్‌ను అధిక పాస్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో చూపిస్తోంది మరియు నిర్మాణం కూడా పై చిహ్నంగా కనిపిస్తుందని ప్రత్యేకంగా చెప్పనక్కర్లేదు. పై ఫిల్టర్ యొక్క నిర్మాణం మరియు భాగం విలువలు క్రింది సమీకరణం నుండి పొందవచ్చు -

కట్ ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ (fc) = 1 / 4ᴫ (LC) ^1/2 కెపాసిటెన్స్ యొక్క విలువ (C) = 1 / 4Z _0ᴫfc ఇంపెడెన్స్ యొక్క విలువ (L1) = Z ₀ / 4ᴫfc ఇక్కడ, Z ₀ అనేది ఇంపెడెన్స్ లక్షణం ఓమ్స్ మరియు ఎఫ్సిలలో కట్ ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ.

పై ఫిల్టర్ యొక్క ప్రయోజనాలు

అధిక అవుట్పుట్ వోల్టేజ్

పై ఫిల్టర్ అంతటా అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది అధిక వోల్టేజ్ డిసి ఫిల్టర్లు అవసరమయ్యే అధిక శక్తి సంబంధిత అనువర్తనానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది.

తక్కువ అలల కారకం

తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌గా కాన్ఫిగర్ చేయబడింది DC వడపోత ప్రయోజనాలలో, వడపోత రెక్టిఫైయర్ నుండి వచ్చే అవాంఛిత AC అలలని ఫిల్టర్ చేయడానికి పై ఫిల్టర్ సమర్థవంతమైన ఫిల్టర్. కెపాసిటర్ AC లో తక్కువ ఇంపెడెన్స్ను అందిస్తుంది, కాని కెపాసిటెన్స్ మరియు రియాక్టన్స్ ప్రభావం కారణంగా DC లో అధిక నిరోధకత. AC అంతటా ఈ తక్కువ ఇంపెడెన్స్ కారణంగా, పై ఫిల్టర్ యొక్క మొదటి కెపాసిటర్ వంతెన రెక్టిఫైయర్ నుండి వచ్చే AC అలలని దాటవేస్తుంది. బైపాస్డ్ ఎసి అలలు ఇండక్టర్‌లోకి వెళుతుంది. ఇండక్టర్ ప్రస్తుత ప్రవాహం యొక్క మార్పులను ప్రతిఘటిస్తుంది మరియు ఎసి అలలని అడ్డుకుంటుంది, ఇది రెండవ కెపాసిటర్ చేత ఫిల్టర్ చేయబడుతుంది. ఫిల్టరింగ్ యొక్క ఈ బహుళ దశలు పై ఫిల్టర్ అంతటా చాలా తక్కువ అలల మృదువైన DC అవుట్పుట్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి సహాయపడతాయి.

RF అనువర్తనాల్లో రూపకల్పన చేయడం సులభం

నియంత్రిత RF వాతావరణంలో, అధిక పౌన frequency పున్య ప్రసారం అవసరమయ్యే చోట, ఉదాహరణకు GHz బ్యాండ్‌లో, హై-ఫ్రీక్వెన్సీ పై ఫిల్టర్లు కేవలం PCB జాడలను ఉపయోగించి PCB లో తయారు చేయడం సులభం మరియు సరళమైనవి. హై-ఫ్రీక్వెన్సీ పై ఫిల్టర్లు సిలికాన్ ఆధారిత ఫిల్టర్‌ల కంటే ఉప్పెన రోగనిరోధక శక్తిని కూడా అందిస్తాయి. ఉదాహరణకు, ఒక సిలికాన్ చిప్ వోల్టేజ్ తట్టుకునే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, అయితే నిష్క్రియాత్మక భాగాలను ఉపయోగించి తయారు చేసిన పై ఫిల్టర్లు సర్జెస్ మరియు కఠినమైన పారిశ్రామిక వాతావరణాల పరంగా ఎక్కువ రోగనిరోధక శక్తిని కలిగి ఉంటాయి.

పై ఫిల్టర్ యొక్క ప్రతికూలతలు

అధిక వాటేజ్ ఇండక్టర్ విలువలు

RF డిజైన్ కాకుండా, పై ఫిల్టర్ ద్వారా హై కరెంట్ డ్రా చేయడం మంచిది కాదు ఎందుకంటే ప్రస్తుతము ఇండక్టర్ ద్వారా ప్రవహించవలసి ఉంటుంది. ఈ లోడ్ కరెంట్ సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉంటే, ఇండక్టర్ యొక్క వాటేజ్ కూడా భారీగా మరియు ఖరీదైనదిగా మారుతుంది. అలాగే, ఇండక్టర్ ద్వారా అధిక కరెంట్ ఇండక్టర్ అంతటా శక్తి వెదజల్లడాన్ని పెంచుతుంది, దీని ఫలితంగా పేలవమైన సామర్థ్యం ఉంటుంది.

అధిక-విలువ ఇన్పుట్ కెపాసిటర్

పై ఫిల్టర్ యొక్క మరొక ప్రధాన సమస్య పెద్ద ఇన్పుట్ కెపాసిటెన్స్ విలువ. పై ఫిల్టర్లకు ఇన్పుట్ అంతటా అధిక కెపాసిటెన్స్ అవసరం, ఇది స్థల-నిర్బంధ అనువర్తనాలలో సవాలుగా మారింది. అలాగే, అధిక-విలువ కెపాసిటర్లు డిజైన్ ఖర్చును పెంచుతాయి.

లోడ్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేషన్ పై ఫిల్టర్లు సరిపడవు, ఇక్కడ లోడ్ ప్రవాహాలు స్థిరంగా ఉండవు మరియు నిరంతరం మారుతూ ఉంటాయి. లోడ్ కరెంట్ చాలా డ్రిఫ్ట్ అయినప్పుడు పై ఫిల్టర్లు చెడు వోల్టేజ్ నియంత్రణను అందిస్తాయి. అటువంటి అనువర్తనంలో L విభాగంతో ఫిల్టర్లు సిఫార్సు చేయబడతాయి.

పై ఫిల్టర్ల అప్లికేషన్

పవర్ కన్వర్టర్లు

ఇప్పటికే చర్చించినట్లుగా, ఎసి అలలను అణిచివేసేందుకు పై ఫిల్టర్లు అద్భుతమైన డిసి ఫిల్టర్. ఈ ప్రవర్తన కారణంగా, పై-ఫిల్టర్లు ఎసి-డిసి కన్వర్టర్, ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్ వంటి పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ డిజైన్లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. అయితే, పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ పై ఫిల్టర్లను తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌గా ఉపయోగిస్తారు మరియు మేము ఇప్పటికే పై ఫిల్టర్ విద్యుత్ సరఫరా సర్క్యూట్‌ను రూపొందించాము, క్రింద చూపిన విధంగా మా 12V 1A SMPS డిజైన్.

సాధారణంగా, పై ఫిల్టర్లు నేరుగా వంతెన రెక్టిఫైయర్‌తో అనుసంధానించబడి ఉంటాయి మరియు పై ఫిల్టర్ల ఉత్పత్తిని హై వోల్టేజ్ డిసిగా సూచిస్తారు. అవుట్పుట్ DC హై వోల్టేజ్ మరింత ఆపరేషన్ కోసం విద్యుత్ సరఫరా డ్రైవర్ సర్క్యూట్ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది.

ఈ నిర్మాణం, బ్రిడ్జ్ రెక్టిఫైయర్ డయోడ్ నుండి డ్రైవర్ వరకు పై-ఫిల్టర్ పనితో వేరే ఆపరేషన్ కలిగి ఉంది. మొదట, ఈ పై ఫిల్టర్ మొత్తం డ్రైవర్ సర్క్యూట్ యొక్క అలల రహిత ఆపరేషన్ కోసం మృదువైన DC ని అందిస్తుంది, దీని ఫలితంగా విద్యుత్ సరఫరా యొక్క తుది అవుట్పుట్ నుండి తక్కువ అవుట్పుట్ అలలు ఏర్పడతాయి మరియు మరొకటి అధిక స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ నుండి ప్రధాన పంక్తులను వేరుచేయడం కోసం డ్రైవర్ సర్క్యూట్.

సరిగ్గా నిర్మించిన లైన్ ఫిల్టర్ కామన్-మోడ్ వడపోత (స్వతంత్ర సింగిల్ కండక్టర్ లాగా శబ్దం సిగ్నల్‌ను తిరస్కరించే వడపోత) మరియు అవకలన మోడ్ వడపోత (రెండు స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ శబ్దాన్ని వేరుచేస్తుంది, ముఖ్యంగా అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ శబ్దాన్ని మెయిన్స్ లైన్‌లో చేర్చవచ్చు) విద్యుత్ సరఫరాలో పై ఫిల్టర్ ఒక ముఖ్యమైన భాగం. పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ అప్లికేషన్‌లో ఉపయోగించినట్లయితే పై ఫిల్టర్‌ను పవర్ లైన్ ఫిల్టర్‌గా కూడా సూచిస్తారు.

RF అప్లికేషన్

RF అనువర్తనంలో, పై ఫిల్టర్లు వేర్వేరు ఆపరేషన్లలో మరియు విభిన్న కాన్ఫిగరేషన్లలో ఉపయోగించబడతాయి. ఉదాహరణకు, RF అనువర్తనాలలో, మ్యాచింగ్ ఇంపెడెన్స్ ఒక భారీ కారకం మరియు RF ఫిల్టర్లను RF యాంటెన్నాల్లో మరియు RF యాంప్లిఫైయర్లకు ముందు ఇంపెడెన్స్‌తో సరిపోల్చడానికి ఉపయోగిస్తారు. అయినప్పటికీ, GHz బ్యాండ్ వంటి చాలా ఎక్కువ పౌన frequency పున్యం ఉపయోగించిన గరిష్ట సందర్భాల్లో, పై ఫిల్టర్లు సిగ్నల్ ట్రాన్స్మిషన్ లైన్లో ఉపయోగించబడతాయి మరియు పిసిబి జాడలను మాత్రమే ఉపయోగించి రూపొందించబడ్డాయి.

పై చిత్రం పిసిబి ట్రేస్-బేస్డ్ ఫిల్టర్‌లను చూపిస్తుంది, ఇక్కడ ట్రేస్ చాలా అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాల్లో ఇండక్టెన్స్ మరియు కెపాసిటెన్స్‌ను సృష్టిస్తుంది. ట్రాన్స్మిషన్ లైన్ కాకుండా, పై ఫిల్టర్లను RF కమ్యూనికేషన్ పరికరాల్లో కూడా ఉపయోగిస్తారు, ఇక్కడ మాడ్యులేషన్ మరియు డీమోడ్యులేషన్ జరుగుతుంది. రిసీవర్ వైపు స్వీకరించిన తర్వాత సిగ్నల్‌ను డీమోడ్యులేట్ చేయడానికి లక్ష్యంగా ఉన్న ఫ్రీక్వెన్సీ కోసం పై ఫిల్టర్లు రూపొందించబడ్డాయి. లక్ష్యంగా ఉన్న అధిక పౌన frequency పున్యాన్ని విస్తరణ లేదా ప్రసార దశల్లోకి దాటవేయడానికి హై పాస్ పై ఫిల్టర్లు కూడా ఉపయోగించబడతాయి.

పై-ఫిల్టర్ డిజైన్ చిట్కాలు

సరైన పై ఫిల్టర్‌ను రూపొందించడానికి ఇబ్బంది లేని ఆపరేషన్ కోసం సరైన పిసిబి డిజైన్ వ్యూహాలను భర్తీ చేయడం అవసరం, ఈ చిట్కాలు క్రింద ఇవ్వబడ్డాయి.

పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్లో

• పై ఫిల్టర్ లేఅవుట్లో మందపాటి జాడలు అవసరం.
• విద్యుత్ సరఫరా యూనిట్ నుండి పై ఫిల్టర్‌ను వేరుచేయడం చాలా అవసరం.
• ఇన్పుట్ కెపాసిటర్, ఇండక్టర్ మరియు అవుట్పుట్ కెపాసిటర్ మధ్య దూరం మూసివేయడం అవసరం.
• అవుట్పుట్ కెపాసిటర్ యొక్క గ్రౌండ్ ప్లేన్ సరైన గ్రౌండ్ ప్లేన్ ద్వారా డ్రైవర్ సర్క్యూట్కు నేరుగా కనెక్ట్ కావడానికి అవసరం.
• రూపకల్పనలో హై వోల్టేజ్ DC అంతటా కనెక్ట్ చేయాల్సిన ధ్వనించే పంక్తులు (డ్రైవర్ కోసం హై వోల్టేజ్ సెన్స్ లైన్ వంటివి) కలిగి ఉంటే, పై ఫిల్టర్ల తుది అవుట్పుట్ కెపాసిటర్ ముందు ట్రేస్‌ని కనెక్ట్ చేయడం అవసరం. ఇది డ్రైవర్ సర్క్యూట్ అంతటా శబ్దం రోగనిరోధక శక్తిని మరియు అవాంఛిత శబ్దం ఇంజెక్షన్‌ను మెరుగుపరుస్తుంది.

RF సర్క్యూట్లో

• భాగం ఎంపిక RF అనువర్తనానికి ప్రధాన ప్రమాణం. భాగాల సహనం ప్రధాన పాత్ర పోషిస్తుంది.
• పిసిబి ట్రేస్‌లో చిన్న పెరుగుదల సర్క్యూట్లో ఇండక్టెన్స్‌ను ప్రేరేపిస్తుంది. పిసిబి ట్రేస్ ఇండక్టెన్స్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకొని ఇండక్టర్ ఎంపిక కోసం సరైన జాగ్రత్తలు తీసుకోవాలి. విచ్చలవిడి ప్రేరణను తగ్గించడానికి సరైన వ్యూహాలను ఉపయోగించి డిజైన్ చేయాలి.
• తగ్గించడానికి విచ్చలవిడి కెపాసిటెన్స్ అవసరం.
• క్లోజ్డ్ ప్లేస్‌మెంట్ అవసరం.
• ఏకాక్షక కేబుల్ RF అనువర్తనంలోని ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్కు అనుకూలంగా ఉంటుంది.