اسیلاتور چیست ؟
اسيلاتور ها براي ساختن موج حامل انرژي راديوئي وصوتي در مدارات راديوئي استفاده مي شوند.و اصولا داراي خروجي موج سينوسي هستند.گرچه شکل موجها ميتوانند مانند موج مربعي يا دندانه اره اي متفاوت باشند.شکل موج هاي سينوسي ممکن است dc يا ac باشند.
اسيلاتور هاي استفاده شده در مدارات راديو فرکانسي هميشه بخش هائي با توان کم هستند ( البته در مقايسه با ژنراتورهاي ac پر توان) با وجود اين ژنراتورهاي ولتاژ ac با الکترونيکي در اين که هر دو توليد موج سينوسي الکتريکي مي کنندبه هم شبيه هستند .تفاوت ژنراتورهاي ac با الکترونيکي در اين است که اسيلاتور الکترونيکي مي تواند خروجي اي در محدوده فرکانسي mhz10 بدهد.اسيلاتور هاي ويژه مي توانند خروجي در حدود فرکانس ميکرو توليد کنند.
خروجي فرکانس راديوئي ساخته شده توسط يک اسيلاتور در شکل اصلي آن يک موج حامل با توان کم مي باشد.در يک فرستنده يا گيرنده راديوئي تا چندين اسيلاتور ممکن است به کار برده شود. اسیلاتور ها مداراتی هستند که یک موج متناوب را تولید می کنند یا مربعی یا سینوسی و.. از جمله کار بردهای اسیلاتور متوان در مدولاتور ها نام برد ونیز در کار های دیجیتال به عنوان پالس ساعت که یک اسیلاتور موج مربعی استفاده می شود. مدار زیر یک اسیلاتور موج مربعی است که بااستفاده از یک آپ امپ ساخته شده است خروجی این مدار اگر عناصر دقیق به کار روند یک کیلو هرتز می باشد با تغییر مقاومت یک کیلو اهمی می توانید فرکانس مدار را تغییر دهید اگر مقاومت را بردارید (مدار باز) کمترین فرکانس را خواهید داشت با مقاومت های کمتر از یک کیلو اهمی فرکانس افزایش می یابد می توانید خروجی را به یک بلند گو متصل کرده به عنوان آژیر از آن استفاده کنید البته باید بدانید که گوش انسان فرکانس های بیش از بیست کیلو هرتز را نمی شنود .توجه کنید که مدار چاپی پیشنهادی است شما می توانید به شکل دیگری آن را طراحی کنید تغذیه مدار 9ولت می باشد .
انواع نوسان ساز هاي سينوسي :
1- نوسان ساز هارتلي
2- نوسان ساز آرمسترانگ
3- نوسان ساز كولپيتس
انواع نوسان سازهاي غير سينوسي :
1- مولتي ويبراتور بي ثبات يا آستابل
2- مولتي ويبراتور مونوآستابل ( 1 حالته )
3- مولتي ويبراتور باي آستابل ( دو حالته)
نوسان ساز های سینوسی:
نوسان ساز های سینوسی کاربرد گسترده ای در الکترونیک دارند.این نوسان ساز ها منبع حامل فرستنده ها را تامین می کنندوبخشی از مبدل فرکانس را در گیرنده های سوپر هیترودین تشکیل می دهند.نوسان ساز ها در پاک کردن وتولید مغناطیسی در ضبط مغناطیسی و زمانبندی پالس های ساعت در کار های دیجیتال به کار می روند. بسیاری از وسایل اندازه گیری الکترونیکی مثل ظرفیت سنج ها نوسان ساز دارند نوسان ساز های سینوسی انواع مختلفی دارند اما همه آنها از دو بخش اساسی تشکیل می شوند: بخش تعیین کننده فرکانس که ممکن است یک مدار تشدید یا یک شبکه خازن مقاومتی باشد.مدار تشدید بسته به فرکانس لازم می تواند ترکیبی از سلف و خازن فشرده طولی ازخط انتقال یا تشدید کننده حفره ای باشد.البته شبکه های خازن مقاومتی فرکانس طبیعی ندارندولی می توان از جابه جایی فاز آنها برای تعیین فرکانس نوسان استفاده کرد. دوم بخش نگهدارنده که انرژی رابه مدار تشدید تغذیه می کند تا آن را در حالت نوسان نگه دارد.بخش نگه دارنده به یک تغذیه نیاز دارد. در بسیاری از نوسان ساز ها این قسمت قطعه ای فعال مثل یک ترانزیستور است که پالسهای منظمی را به مدار تشدید تغذیه می کند. شکل دیگری از بخش نگهدارنده تشدید نوسان ساز یک منبع با مقاومت منفی یعنی قطعه یا مداری الکترونیکی است که افزایش ولتاز اعمال شده به آن سبب کاهش جریان آن می شود. قطعات نیمه رسانا یا مدار های متعددی وجود دارند که دارای چنین مشخصه ای هستند. سه دسته مشخص از نوسان ساز ها را می توان دسته بندی کرد که در ادامه این مقاله توضیح داده خواهد شد.
نوسان ساز های فید بک مثبت:
ابتدا بهتر است تا کمی در باره فید بک توضیح داده شود به طور کلی هر سیستم دارای ورودی و خروجی می باشد حا لا اگر بنا به هر علتی مقداری از خرو جی را با ورودی ها ترکیب کرده و وارد یک سیستم کنیم به این کار فید بک گفته می شود که کار برد های فراوانی در دنیای تکنولوژی دارد برای نمونه از فید بک برای کنترول فرایند یک سیستم استفاده می شود مثلاَ در هنگام راه رفتن شما یک سیستم(خیلی مدرن) هستید که اطلاعات را با چشم خود گرفته و به مغز می فرستید ودر آنجا پردازش شده تصمیم می گیرید که چه کار کنید اما در مورد فید بک مثبت با ید بگویم که دو نوع فید بک را می توان در نظر گرفت منفی و مثبت. در فید بک مثبت که یک مثال جالب از آن را در بالا برایتان بیان کردم هدف اغلب کنترول یک فرایند است یک مثال دیگر فرض کنید یک ظرف از مایعی که در حال جوشیدن است در تماس با یک منبع گرما مثل شعله گاز قرار دارد با گرم شدن بیش از حد مایع از ظرف بیرون می ریزد وآتش را کم می کند و دمای مایع را کاهش می دهد وبا کاهش دمای ما یع آتش دوباره احیا می شود ومایع دو باره گرم شده وسر ریز می کند و دوباره ... اما در فید بک مثبت خرو جی به ورودی اضافه می شود واز فید بک مثبت به همین دلیل برای تشدید استفاده می شود همان مثال قبل را در نظر بگیرید با یک مایع آتشزا این بار با گرم شدن مایع و سر ریز آن آتش شدشدتر می شود وهمین طور تا آخر. نکته مهم این است که در دنیای مادی همه چیز روبه میرایی و مردن میرود (ای روزگار نا مراد)وچیز هایی مثل اصطکاک همیشه(بعضی موقع های بیشتر)مزاحم هستند در باره نوسان هم میرایی باعث کاهش دامنه نوسان و از بین رفتن آن می شود بنا براین از فید بک مثبت برای جبران این میرایی استفاده می کنیم. انواع مختلفی از نوسان ساز ها که از فید بک مثبت استفاده می کنند وجود دارد.
اثر هارمونيك ها بر خازن ها
نقش خازنها به عنوان المان هاي الكتريكي و الكترونيكي كارآمد در صنايع مربوط به توليد و انتقال و توضيع امروزي غير قابل انكار است بگونه اي كه ديگر هرگز نمي توان چنين صنايعي را بدون وجود خازنهاي نيرو متصور شد.از اين رو شناخت كامل خازنها و عوامل تاثير گذار برآنها و حفظ و نگهداري و نظارت دقيق بر آنها ، براي افزايش طول عمر خازن ها و كار كرد بهينه آنها امري است الزامي و اجتناب ناپذير.
مقدمه
درسالهاي اوليه هارمونيكها در صنايع چندان رايج نبودند.به خاطر مصرف كننده هاي خطي متعادل. مانند : موتورهاي القايي سه فاز،گرم كنندها وروشن كننده هاي ملتهب شونده تا درجه سفيدي و ..... اين بارهاي خطي جريان سينوسي اي در فركانسي برابر با فركانس ولتاژ مي كشند. بنابراين با اين تجهيزات اداره كل سيستم نسبتا با سلامتي بيشتري همراه بود. ولي پيشرفت سريع در الكترونيك صنعتي در كاربري صنعتي سبب بوجود آمدن بارهاي غير خطي صنعتي شد. در ساده ترين حالت ، بارهاي غيرخطي شكل موج بار غير سينوسي از شكل موج ولتاژ سينوسي رسم مي كنند (شكل موج جريان غير سينوسي).
پديدآورنده هاي اصلي بارهاي غير خطي درايوهاي AC / DC ، نرم راه اندازها ، يكسوسازهاي 6 / 12 فاز و ... مي باشند. بارهاي غيرخطي شكل موج جريان را تخريب مي كنند. در عوض اين شكل موج جريان شكل موج ولتاژ را تخريب مي نمايد. بنابراين سامانه به سمت تخريب شكل موج در هر دوي ولتاژ و جريان مي شود.
اساس هارمونيك ها :
اصولا هارمونيك ها آلوده سازي شكل موج را در اشكال سينوسي آنها نشان مي دهند. ولي فقط در مضارب فركانس اصلي . تخريب شكل موج را مي توان در فركانس هاي مختلف (مضارب فركانس اصلي) بعنوان يك نوسان دوره اي بوسيله آناليز فوريه تجزيه و تحليل كرد. در حال حاضر هارمونيكهاي فرد و زوج و مرتبه 3 در اندازه هاي مختلف ضرايب فركانس هاي مختلف در سامانه هاي الكتريكي موجودند كه مستقيما تجهيزات سامانه الكتريكي را متاثر مي سازند. در معنايي وسيعتر هارمونيكهاي زوج و مرتبه 3 هريك تلاش مي كنند كه ديگري را خنثي نمايند. ولي در مدت زماني كه بار نا متعادل است اين هارمونيك هاي زوج و مرتبه 3 منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژي شديد مي شوند. با تمام احوال هارمونيك هاي فرد اول مانند هارمونيك پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و .... عملكرد اين تجهيزات الكتريكي را تحت تاثير قرار مي دهند. براي فهم بهتر تاثير هارمونيك ها ، شكل زير تاثير تخريب هارمونيك پنجم بر شكل موج سينوسي را نشان مي دهد :
هارمونيك هاي ولتاژ و جريان تاثيرات متفاوتي بر تجهيزات الكتريكي دارند. ولي عموما بيشتر تجهيزات الكتريكي به هارمونيكهاي ولتاژ بسيار حساس اند. تجهيزات اصلي نيرو مانند موتورها، خازن ها و غيره بوسيله هارمونيكهاي ولتاژ متاثر مي شوند. به طور عمده هارمونيكهاي جريان موجب تداخل مغناطيسي (Magnetic Interfrence) و همچنين موجب افزايش اتلاف در شبكه هاي توزيع مي شوند. هارمونيكهاي جريان وابسته به بار اند ، در حالي كه سطح هارمونيكهاي ولتاژ به پايداري سامانه تغذيه و هارمونيكهاي بار (هارمونيكهاي جريان) بستگي دارد. عموما هارمونيك هاي ولتاژ از هارمونيك هاي جريان كمتر خواهند بود.
تشديد:
اساسا تشديد سلفي – خازني در همه انواع بارها مشاهده مي شود. ولي اگر هارمونيك ها در شبكه توضيع شايع نباشند تاثير تشديد فرونشانده مي شود.
در هر تركيب سلفي – خازني چه در حالت سري و چه در حالت موازي ، در فركانسي خاص تشديد رخ مي دهد كه اين فركانس خاص فركانس تشديد ناميده مي شود. فركانس تشديد فركانسي است كه در آن رآكتنس خازني (Xc) و رآكتنس القايي (XL) برابر هستند.
براي تركيبي مثالي براي بار صنعتي كه شامل اندوكتانس بار و يا رآكتنس ترانسفورماتور كه بعنوان XL عمل مي كند و رآكتنس خازن تصحيح ضريب توان كه بصورت Xc خودنمايي مي كند فركانس تشديدي برابر با LC خواهيم داشت . رآكتنس خازني متناسب با فركانس كاهش مي يابد (توجه : Xc با فركانس نسبت عكس دارد). در حاي كه رآكتنس القايي متناسب با آن افزايش مي يابد (توجه
: XL با فركانس نسبت مستقيم دارد).اين فركانس تشديد به سبب متغير بودن الگوي بار متغير خواهد بود. اين مساله براي ظرفيت خازني ثابت كل براي اصلاح ضريب توان پيچيده تر است. براي درك صحيح اين پديده لازم است دو نوع وضعيت تشديد شامل حالت تشديد سري و حالت تشديد موازي مورد توجه قرار گيرند. اين دو امكان در زير توضيح داده مي شوند.
تشديد سري:
يك تركيب سري رآكتنس سلفي – خازني ، مدار تشديد سري شكل مي دهد كه در شكل زير نشان داده شده است.
به خاطر تركيب سري سلف و خازن ، در فركانس تشديد امپدانس كل به پايين ترين سطح كاهش مي يابد و اين امپدانس در فركانس تشديد طبيعتي مقاومتي دارد. بنا براين در فركانس تشديد رآكتنس خازني و رآكتنس سلفي (القايي) برابر هستند.اين امپدانس پايين براي توان ورودي در فركانس تشديد ، افزايش تواني جريان را نتيجه مي دهد.شكل داده شده زير رفتار امپدانس خالص در وضعيت تشديد سري را نشان مي دهد.
در كاربري صنعتي رآكتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهاي اصلاح ضريب توان در سمت ولتاژ پايين به عنوان يك مدار تشديد موازي براي سمت ولتاژ بالاي ترانسفورماتور عمل مي كند. اگر اين فركانس تشديد تركيب سلف و خازن بر فركانس هارمونيك شايع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستري با امپدانس پايين ارائه شده توسط خازن ها براي هارمونيك ها ، منجر به افزايش تواني جريان خازن ها خواهد شد. از اين رو خازن هاي ولتاژ پايين در سطحي بسيار بالا اضافه بار پيدا خواهند كرد كه همچنين اين عمل موجب
تحميل بار اضافي بر ترانسفورماتور مي شود. اين پديده منجر به تخريب ولتاژ در شبكه ولتاژ پايين مي شود.
تشديد موازي:
يك تشديد موازي تركيبي از رآكتنس خازني و القايي است كه در شكل زير نمايش داده شده است.
در اينجا رفتار امپدانس برعكس حالت تشديد موازي خواهد بود كه در شكل داده شده در زير ، نشان داده شده است.در فركانس تشديد امپدانس منتجه مدار به مقداري بالا افزايش مي يابد. اين ، منجر به بوجود آمدن مدار تشديد موازي ميان خازن هاي اصلاح ضريب توان و اندوكتانس بار مي شود كه نتيجه آن عبور ولتاژ بسيار بالا هم اندازه امپدانس ها و جريان هاي گردابي بسيار بالا درون حلقه خواهد بود.
در كاربري صنعتي خازن اصلاح ضريب توان مدار تشديد موازي با اندوكتانس بار تشكيل مي دهد.هارمونيك هاي توليد شده از سمت بار رآكتنس شبكه را افزايش مي دهند. كه موجب بلوكه شدن هارمونيك هاي سمت تغذيه مي شود.اين منجر به تشديد موازي اندوكتانس بار و اندوكتانس خازني مي شود. مدار LC (سلفي – خازني) مواز ي ، شروع به تشديد ميان آنها مي كند كه منجر به ولتاژ بسيار بالا و جريان گردابي بسيار بالا در درون حلقه مدار سلف – خازن (LC) مي شود. نتيجه اين امر آسيب به تمام سمت ولتاژ پايين سامانه الكتريكي است.
ايزوله كردن تشديد موازي از ايزولاسيون تشديد سري نسبتا پيچيده تر است.اساسا اين امر بخاطر تنوع بار صنعتي از زماني به زمان ديگر است كه موجب تغيير فركانس تشديد مي شود. شكل زير تاثير ظرفيت خازني ثابت و اندوكتانس متغير را نشان مي دهد.
اين تغيير مداوم فركانس تشديد ممكن است موجب تطبيق فركانس تشديد بر فركانس هارمونيك شود كه ممكن است منتج به ولتاژ بالا و جريان بالا كه سبب نقص و خرابي تجهيزات الكتريكي مي شوند ، گردد.بنا بر اين در هر دو تشديد موازي و سري خازنهاي قدرت متاثر هستند كه بكار گيري دستگاه هاي حفاظتي و ايمني را براي خازنها ايجاب مي نمايد. اين امر درك صحيح بر خازنهاي قدرت را قبل از از اعمال تصحيح بخاطر تاثير هارمونيك ها و تشديد ايجاب مي نمايد.
خازنهاي قدرت:
خازنهاي اصلاح ضريب توان نسبت به هارمونيك ها حساس اند و بيشتر عيوب خازنهاي قدرت ، عيوبي با طبيعت زير را نشان مي دهند :
هارمونيك ها – هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و ...
تشديد
اضافه ولتاژ
امواج كليد زني
جريان هجومي
ولتاژ آني بازگيري جرقه
تخليه / بازبست ولتاژ
بسته به طراحي ساختاري اساسي ، حدود پايداري در مقابل اضافه ولتاژ ، اضافه جريان و هارمونيكها براي دور كردن خازن از خرابي بسيار مهم است.
اساسا خازن ها امواج كليد زني توليد مي كنند كه عموما به عنوان جريان هجومي و اضافه ولتاژ آني دسته بندي مي شوند.
جريان هجومي پديده اي است كه هنگام به مدار وصل كردن خازن ها رخ مي دهد. امپدانس ارائه شده توسط خازن طبيعتا بسيار كم و مقاومتي است. اين امر منجر به جريان هجومي به بزرگي 50 تا 100 برابر جريان اسمي مي شود كه از خازن عبور مي كند ، اما چرا از خازن؟ زيرا امپدانس ترانسفورماتور در زمان روشن كردن خازن ها فقط در مقابل شار جريان مقاومت مي كند.
اين امر هنگامي پيچيده تر مي گردد كه در تركيب موازي بانك خازني ممكن است جريان هجومي كليد زني به سطحي بالاتر از 200 تا 300 برابر جريان اسمي برسد. اين جريان هجومي نتيجه تخليه خازن هاي از پيش شارژ شده موازي با آن مي باشد. در زير اين مطلب نشان داده شده است.نوعا جريان هجومي علاوه بر تخريب در شكل موج جريان سبب تخريب در شكل موج ولتاژ مي شود.
در هنگام خاموش كردن (از مدار خارج كردن) خازن ها ، بسته به شارژ ذخيره شده در آن ، اضافه ولتاژ ناگهاني بالاتري در زمان خاموش كردن خازن ها بوجود خواهد آمد كه ممكن است موجب پديد آمدن جرقه در پايه ها شود.
هنگامي كه خازن خاموش مي شود شار الكتريكي در خود نگه مي دارد و بوسيله مقاومتهاي تخليه ، تخليه (Discharge) مي شود. مدت زمان تخليه عموما بين 30 تا 60 ثانيه مي باشد. تا زماني كه تخليه بشكل موثري صورت نگرفته نمي توان خازنها را به مدار باز گرداند. هرگونه بازبست خازن قبل از تخليه كامل دوباره موجب افزايش جريان هجومي مي شود.
علاوه بر دستگاه هاي مسدود كننده هارمونيك ها كه با صحت خازن ها نسبت مستقيم دارند ، و در سر خط بعدي تشريح مي شوند ، دستگاه هاي تحليل برنده امواج كليد زني مثل جريان هجومي ، اضافه ولتاژ آني و غيره نياز دارند كه بطور دقيق تعريف و بررسي شوند.
دستگاه هاي مسدود كننده هارمونيك ها:
براي كاربري سالم خازن ها لازم است كه فركانس تشديد مدار LC (سلف – خازن) كه شامل ادوكتانس بار و خازنهاي اصلاح ضريب توان مي شود ، به فركانسي دور از كمترين فركانس هارمونيك تغيير داده شود. براي مثال هارمونيك هايي كه در سامانه توليد مي شوند و خازن هاي قدرت را متاثر مي سازند ، هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و غيره هستند. پايين ترين هارمونيكي كه بر خازن ها تاثير مي گذارد هارمونيك پنجم است كه در فركانس 250 هرتز ديده مي شود. اساسا اگر خازن ها با سلف ها موازي شده باشند ، انتخاب مقدار اندوكتانس به شكل زير است :
تركيب سري LC (سلف – خازن) در فركانسي زير 250هرتز تشديد مي كند . بنابراين در همه فركانس هاي هارمونيك ها تركيب سري سلف و خازن مانند يك تركيب سلفي عمل خواهد كرد و امكان تشديد براي هارمونيك پنجم يا هر هارمونيك بالاتري از بين مي رود. شكل زير ناميزان سازي (De – Tuning) خازن ها را نشان مي دهد.
اين تركيب سلف و خازن كه در آن فركانس تشديد در فركانسي دور از فركانس هارمونيك تنظيم شده است ، مدار LC (سلف – خازن) ناميزان شده
(De-Tuned) نام دارد. ضريب نا ميزان سازي نسبت رآكتنس به طرفيت خازني است. در مدار خازني ناميزان شده ، اساسا سلف مانند دستگاه مسدود كننده هارمونيك ها عمل مي كند. براي خازن ها ضريب مناسب ناميزان سازي حدود % 7 است كه فركانس تشديد را در 189 هرتز تنظيم مي كند.
اما ، ناميزان سازي % 5.67 همچنين در جايي استفاده مي شود كه فركانس تشديدي معادل 210 هرتز دارد . هر دو درجه ناميزان سازي ، مسدود كردن (بلوكه كردن) هارمونيك ها از خازن ها را تضمين مي كنند. شكل زير درجه ناميزان سازي را نمايش مي دهد.
نتيجه گيري
علم به شرايط و خصوصيات خازن ها و عوامل موثر بر آنها از جمله هارمونيك ها نه تنها موجب افزايش امنيت و سلامتي و طول عمر آنها خواهد شد بلكه سبب كاهش هزينه هاي پيش بيني شده و نشده در بكار گيري انرژي الكتريكي مي شود.
فیلتر
بارها نام فیلتر را شنیده اید.فیلترهوای موتور،فیلتر بنزین و...
همانگونه که از این نام و کاربرد های آن برمی آید برای تصفیه یک عنصر از عناصری است که از دید ما نامطلوب است و به آن نیازی نداریم و مزاحم و دست و پا گیرند و اگر شرشان کم نشود از سر ما ،نمی توان نتیجه مناسب و زیاد خوبی را گرفت . در الکترونیک از مدارهایی استفاده می کنند تا فرکانس های اضافی که از دید طراح مزاحم به حساب می آیند حذف و یا حد اقل کم رنگ تر شوند و توان فرکانس مطلوب بیشتر از توان فرکانس نامطلوب شود. برای ساخت فیلترها از اساس کار خازن و سلف در جریان AC و این قانون که هنگامی که ما دو مقاومت داشته باشیم جریان از مقاوتی عبور می کند که کوچک تر است .
فیلتر(صافی)
ما اگر بخواهیم کار فیلتر را به چیزی تشبیه کنیم می توانیم به کار غربال تشبیه کنیم.همانگونه که ما با غربال ناخالصی های عدس را می گیریم،با فیلتر هم فرکانس هایی را که نیاز نداریم از بین راه شرشان را از سر خود کم می کنیم و تنها به فرکانس یا فرکانس هایی که نیاز داریم اجازه عبور و رفتن به خروجی را می دهیم.
پس فیلتر فرکانسی مانند غربال برای ما فرکانس های نامطلوب را حذف می کند.امّا ما مانند غربال که انواع گوناگون دارد و هر یک برای غربال یک نوع محصول کشاورزی مفید است، فیلترهای گوناگونی داریم،البته همه آنها در چند دسته خلاصه می شوند.
چند فرمول که برای بحث لازم می شود
انواع فیلتر:
فیلتر بالا گذر
این فیلتر از عبور فرکانس های کمتر از فرکانسی معینی جلوگیری می کند.به این فرکانس معین فرکانس قطع گویند.این کار را با تضعیف فرکانس های پایین تر از فرکانس قطع انجام می دهد.
البته می دانید که برای این کار باید قطعه ای پیدا کنیم که بتواند در مقابل فرکانس های مختلف از خود مقاومت های مختلفی نشان دهد.اگر به خازن و سلف نگاه کنیم ،می بینیم که این کار را به راحتی برای ما انجام می دهند. هرچه فرکانس بالا تر رود و اگر راکتانس سلف تغییر نکند ،راکتانس سلف هم بالا می رود و سلف مانند یک مقاومت متغیر که با بالاتر رفتن فرکانس اهمش تغییر و به بالا می رود است .ولی خازن برعکس سلف است،اگر ظرفیت ثابت باشد و تغییر نکند و فرکانس بالا رود ، راکتانس خازن هم به سوی پایین میل می کند .بر طبق این دو نکته است که با کمک سلف و خازن فیلتر ها را می سازند .
برای اینکه به دلیل ارزانی و کم حجمی و راحتی بیشتر از خازن استفاده می کنند ؛ ما هم مبنای توضیحات را بر خازن می گذاریم و شروع به توضیح می کنیم.پس نکته بالا را در مورد خازن فر اموش نکنید.
منظور از فرکانس معین فرکانس قطع ما است که توسط مقدار مقاومت و ظرفیت خازن در فیلتر های خازنی معین می شود. اگر به این عکس نگاه کنید می بینید که یک خازن بین منبع و خروجی قرار گرفته.
این خازن در مقابل فرکانس های پایین تر از یک فرکانس معین از خود مقاومت بالایی را نشان می دهد و هر چه این فرکانس کمتر شود از خود مقاومت بیشتری نشان می دهد و در مقابل فرکانس های پایین تر از آن فرکانس معین مقاومت کمتری از خود نشان می دهد.این اساس کار خازن در فیلتر است.اما مقاومتی که دو سر منبع را به هم وصل کرده باعث می شود هنگامی که راکتانس خازن از مقدار این مقاومت بیشتر شد جریان به منبع وصل شود ( برطبق این قانون که اگر ما دو مقاومت داشته باشیم که هر دو به یک خط جریان متصل باشند ، جریان میل می کند به سوی مقاومت کوچک تر).با وصل شدن جریان به منبع جریان از خازن نمی گذرد و مانند این است که خازن و مقاومت ما مانند یک کلید باز در مقابل ولتاژ منبع هستند به خروجی (البته جریان را هم به منبع باز می گردانند.البته جریان کمی از خازن می گذرد ولی ما به دلیل کم بودن این جریان و دادن یک توضیح آسان از توضیح آن می گذریم).واگر فرکانس ما بالا رود و راکتانس خازن پایین بیاید و راکتانسش کمتر از مقدار مقاومت مذکور شود ، این بار خازن مانند یک مقاومت کوچک عمل می کند و مقاومت مذکور مانند یک مقاومت بزرگ و جریان از خازن می گذرد و به خروجی می رسد. پس با یک فیلتر بالا گذر می شود به فرکانس های بالاتر از فرکانس معیینی با تضعیف کم اجازه عبور داد .
فیلتر پایین گذر
باید در مورد فیلتر پایین گذر گفت که برعکس فیلتر بالا گذر عمل می کند.این فیلتر فرکانس های پایین تر از فرکانس معین را با تضعیف خیلی کمی از خود عبور می دهد و برای فرکانس های بالاتر از آن مانند یک مقاومت بزرگ عمل می کند.به عکس زیر نگاه کنید.
اگر نگاه کنید میبینید که در این مدار یک خازن دو سر منبع را به هم وصل می کند.پس اگر فرکانس ما از فرکانس معین بالاتر رود ،راکتانس خازن کم می شود و اگر فرکانس بالا رود راکتانس خازن هم بیشتر می شود . در این مدار بین منبع و خروجی یک مقاومت قرار دارد( اگر به بالا گذر و پایین گذر نگاه کنید میبینید که جای خازن و مقاومت در هر دو بر خلاف هم است).اگر راکتانس خازن بیشتر از مقدار مقاومت شود ، عبور جریان از مقاومت میسرتر است تا خازن و اگر راکتانس خازن کمتر از مقدار مقاومت شود ، عبور جریان از خازن میسر تر است .در صورتی که از خازن جریان برود به منبع برمی گردد و در صورتی که از مقاومت برود به خروجی می رود .
پس اگر فرکانس منبع از فرکانس معین بالاتر رود ،به دلیل اینکه راکتانس خازن کمتر می شود در مقابل مقدار مقاومت موجود در مدار، جریان از خازن به منبع باز گردانده می شود و به خروجی نمی رود .واگر فرکانس ما از فرکانس معین پایین تر باشد ،جریان از مقاومت عبور می کند و به خروجی می رود،چرا که خازن در مقابل آن مانند یک مقاومت بزرگ است نسبت به مقاومت موجود در مدار.این بود اساس کار این فیلتر.
فیلتر میان گذر
اگر به تعریف فیلتر بالاگذر و پایین گذر نگاه کنید می بینید که همانگونه که از اسم این نوع فیلتر بر می آید ،این فیلتر تنها به فرکانسی خاص اجازه عبور می دهد و به فرکانس های بالاتر از آن و پایین تر از آن اجازه عبور نمی دهد.نخست فرکانس میانی را که مطلوب ما است انتخاب کرده و بعد با به کار بردن یک فیلتر پایین گذر و یک فیلتر بالاگذر فرکانس های بالا و پایین آن را حذف می کنیم.
اگر ما توسط یک فیلتر بالاگذر که فرکانس قطع آن 25khz است فرکانس های پایین تر از فرکانس قطع را حذف(یا به عبارت دقیق تر ضعیف)کنیم و بعد فرکانس خروجی را به یک فیلتر پایین گذر دهیم که فرکانس قطع آن 26khz و توسط آن فرکانس های بالاتر از 26khz را حذف کنیم ،انچه که می ماند فرکانس های بین 25khz و 26khz است. می بینید که به چه آسانی این کار انجام می شود.
فیلتر میان نگذر
اگر نگاهی به گزینه های قبلی بیندازید خواهید دید که کار این فیلتر چگونه است.
اگر متوجه شده باشید کار این فیلتر این است که بتواند یک محدوده فرکانسی را عبور ندهد ولی پایین و بالای این محدوده را عبور دهد.به فرض اینکه محدوده فرکانسی که می خواهیم حذف کنیم بین 25kh تا 26kh باشد ، ما نخست باید با یک فیلتر بالاگذر فرکانس های بالاتر از 26kh را که از منبع می آید عبور دهیم و بعد با یک فیلتر پایین گذر که آن هم مستقیماً به منبع فرکانس وصل می شود،فرکانس های پایین تر از 25kh را عبور دهیم.همانگونه که می بینید ما با این کار توانسته ایم با عبور دادن فرکانس های بالاتر و پایین تر از این محدوده فرکانسی از عبور آن جلوگیری کنیم.این کار مانند زمانی است شما می خواهید از یک استخر آب بردارید و بخشی از آب گل آلود است و شما با برداشتن آب از آنجایی که تمیز است،آب گل آلود را برنمی دارید.بعد از این کار با وصل کردن خروجی هر دو فیلتر ما یک خروجی داریم که محدوده فرکانسی میانی از آن حذف شده.
کاربردهای فیلترها
باید گفت که کاربردهای فیلترها گوناگون است و به یکی دو تا ختم نمی شود.یک فیلتر کارش تصفیه فرکانس مطلوب از فرکانس نامطلوب است.فرکانس مطلوب هم یعنی فرکانس دلخواه.
مانند: از فیلتر در تلوزیون ،رادیو،ماهواره،سنسورها،کامپیوترشما و ... استفاده می شود.برای دریافت یک فرکانس توسط یک تلوزیون شما نخست به یک آنتن نیاز دارید.اما این آنتن همراه فرکانس دلخواه شما فرکانس های دیگر را همدریافت می کند همزمان.پس شما باید نخست فرکانس مطلوب را از فرکانس های دیگر جدا کرده و تقویت کنید و تا تلوزیون شما یک شبکه را نمایش دهد. برای دریافت فرکانس فرستنده ماهواره مورد نظر خود در میان انواع فرکانس ها که توسط فرستنده های مختلف صادر می شود(راستی به یاد داشته باشید که بعضی از فرکانس ها ساخته طبیعت است)باید از فیلتر استفاده کرد.یک تلفن همراه هم از فیلتر برای این کار بهره می برد و فرکانس مطلوب را از میان انبوهی از فرکانس تفکیک می کند. در یک دستگاه تفکیت صدا هم از فیلتر استفا ه می شود(اکوالیزر یا اکولایزر).در این دستگاه برای اینکه یک فرکانس صوتی را تغیر فرکانس دهد و یا طول موجش را افزایش دهد ،نخست از فیلتر برای تفکیک آن از سایر فرکانس ها استفاده می کند. البته همانگونه که مشهود است بیشترین استفاده فیلتر امروزه در مخابرات است.
