Contents
1. RL 수동 저역 통과 필터
RL 수동 저역 통과 필터는 저주파 신호를 우선적으로 허용하고, 고주파 신호를 차단하여 입력 신호를 필터링하는 회로입니다.
이 필터는 주로 저역 통과 특성을 제공하기 위해 저항 (R)과 인덕터 (L)를 사용하여 구성됩니다.
저주파 신호는 저항을 통과하여 출력으로 전달되지만, 고주파 신호는 인덕터를 통과하면서 차단됩니다.
이러한 특성으로 인해 필터는 주파수가 낮은 신호를 통과시키고, 높은 주파수의 잡음이나 외부 신호를 제거하여 회로에서 원하는 신호만을 추출하는 데 사용됩니다.
저역 통과 필터는 초기에는 통신 시스템에서 사용되었으며, 주로 노이즈 및 외부 간섭을 제거하고 원하는 신호를 정확하게 전달하기 위해 설계되었습니다.
이러한 필터는 저역 통과 특성을 제공하여 저주파 신호를 우선적으로 허용하고 고주파 신호를 차단하여 효과적으로 신호를 정제하는 데 사용됩니다.
- 연관 참조 : 용량성 리액턴스, 원리, 예제 3개, 그래프
- 연관 참조 : RC 수동 저역 통과 필터,출력 전압 계산,예제2,주파수 응답,2차 LPF 주파수 응답
- 연관 참조 : 수동 RC 고역 통과 필터,Ideal,Real,주파수 응답,출력 전압 및 게인,예제1, 2차필터
- 연관 참조 : 수동 대역 통과 필터란?, RLC을 사용한 BPF회로,주파수 응답, 예제1,요약
- 연관 참조 : 능동 저역 통과 필터,1차 LPF, 전압 이득, 예제1
2. 저역 통과 필터의 종류
캐패시터와 인덕터는 전기 회로에서 중요한 역할을 합니다.
캐패시터는 전기 에너지를 저장하는데 사용되며, 인덕터는 전류의 변화를 막고 에너지를 저장합니다.
저역 통과 필터는 이러한 구성 요소들을 이용하여 특정 주파수 이하의 신호를 통과시키고, 그 이상의 주파수는 차단합니다.
캐패시터는 고주파 신호를 우회하고 저주파 신호를 통과시키는데 사용됩니다.
이는 캐패시터가 주파수가 낮을수록 저항이 높아져 고주파를 차단하기 때문입니다.
인덕터는 저주파 신호를 통과시키고 고주파 신호를 차단합니다.
이는 인덕터가 주파수가 높을수록 저항이 높아져 저주파를 통과시키기 때문입니다.
저역 통과 필터는 이 두 구성 요소를 조합하여 원하는 주파수의 신호만을 통과시킵니다.
이를 통해 노이즈나 원치 않는 신호를 차단하고, 원하는 신호만을 전달할 수 있습니다.
이러한 필터는 전자 회로에서 노이즈 제거나 신호 정제에 널리 사용됩니다.
2-1) L-type Filter
L형 필터, 또는 L 구간 필터 또는 파이 필터로도 알려진 L형 필터는 인덕터(L)와 캐패시터(C)를 사용하여 신호를 걸러내는 유형의 수동 전자 필터입니다.
L형 필터는 저주파 신호를 통과시키면서 고주파 신호를 약화시키는 저역 통과 필터로 주로 사용됩니다.
이 필터는 고주파 신호에 대해 높은 임피던스를 제시하여 신호를 차단하고, 저주파 신호는 낮은 임피던스를 만나기 때문에 필터를 통과하여 신호를 약간의 감쇠와 함께 전달합니다.
이 유형의 필터는 노이즈 제거, 신호 조건화 및 주파수 응답 형성을 위해 다양한 전자 응용 분야에서 널리 사용됩니다.
특히 전원 공급 회로에서는 DC 전원원에서 불필요한 노이즈와 리플을 제거하여 깨끗하고 안정적인 출력 전압을 보장하기 위해 사용됩니다.
또한 L형 필터는 신호 품질과 신뢰성이 중요한 오디오 시스템, 통신 회로 및 계측 장비에서도 사용됩니다.
2-2) π-type Filter
π형 필터는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 조합하여 신호를 처리하는 수동 전자 필터입니다.
이 필터는 입력 신호와 직렬로 연결된 캐패시터 두 개와 두 개의 인덕터가 병렬로 연결되어 있습니다.
이 회로 구성은 π(파이) 모양과 유사하여 π형 필터라고도 불립니다.
π형 필터는 주로 고주파 신호를 통과시키고 저주파 신호를 차단하는 고역 통과 필터로 사용됩니다.
이 필터는 고주파 신호에 대한 낮은 임피던스를 제공하여 신호를 통과시키고, 저주파 신호에 대한 높은 임피던스를 제공하여 신호를 차단합니다.
이 유형의 필터는 노이즈 제거, 주파수 선택적인 효과, 신호 정형화 등 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
특히 통신 시스템, 오디오 장비, 전력 변환기 및 계측 장비와 같은 분야에서 주파수 특성을 제어하고 신호를 필터링하는 데 널리 사용됩니다.
2-3) T-type Filter
T형 필터는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 사용하여 신호를 처리하는 수동 전자 필터입니다.
이 필터는 직렬로 연결된 캐패시터 두 개와 두 개의 인덕터가 병렬로 연결된 회로로 구성됩니다.
이 회로 구성은 T(티) 모양과 유사하여 T형 필터라고도 불립니다.
T형 필터는 저주파 신호를 통과시키고 고주파 신호를 차단하는 저역 통과 필터로 주로 사용됩니다.
이 필터는 저주파 신호에 대한 낮은 임피던스를 제공하여 신호를 통과시키고, 고주파 신호에 대한 높은 임피던스를 제공하여 신호를 차단합니다.
이 유형의 필터는 주로 저역 통과 필터링 및 노이즈 제거에 사용됩니다.
특히 통신 시스템, 오디오 장비, 전력 변환기 및 계측 장비와 같은 분야에서 주파수 특성을 제어하고 신호를 필터링하는 데 널리 사용됩니다.
3. RL 수동 저역 통과 필터 동작 원리
RL 회로는 저역 통과 필터로 사용됩니다.
이 회로는 주로 직렬로 연결된 인덕터(L)와 병렬로 연결된 저항(R)로 구성됩니다.
인덕터는 주로 고주파 잡음을 차단하는 역할을 하고, 저항은 회로에 안정성을 제공합니다.
RL 수동 저역 통과 필터는 주로 입력되는 전압 또는 전류의 주파수 특성을 변화시키는데 사용됩니다.
이 필터는 주로 인덕터(L)와 저항(R)으로 구성되며, 저주파 신호를 통과시키고 고주파 신호를 차단하여 원하는 주파수 범위의 신호를 전달하는 역할을 합니다.
RL 수동 저역 통과 필터의 동작 원리를 이해하기 위해서는 인덕터의 특성인 인덕턴스와 주파수에 대한 변화를 고려해야 합니다.
인덕터는 흐르는 전류에 대한 저항이 없는데, 이는 저주파수에서는 전류가 자유롭게 흐를 수 있음을 의미합니다.
따라서 저주파 신호는 인덕터를 거의 우회하여 출력으로 전달됩니다.
그러나 고주파에서는 인덕터의 특성이 바뀌게 됩니다.
고주파에서는 인덕터의 인덕턴스가 증가하여 전류의 흐름을 방해하게 됩니다.
이는 고주파 신호가 인덕터를 통과하지 못하고 차단되게 됨을 의미합니다.
예를 들어, 저역 통과 필터를 사용하여 스피커에서 발생하는 저역의 주파수를 통과시킬 수 있습니다.
이를 통해 고역 주파수의 잡음이 차단되고, 깨끗한 소리가 스피커로 전달됩니다.
이러한 RL 수동 저역 통과 필터를 설계할 때는 인덕터와 저항의 값, 그리고 외부 부하의 임피던스를 고려해야 합니다.
또한, 필터의 주파수 특성을 고려하여 적절한 구성 요소를 선택해야 합니다.
4. RL 수동 저역 통과 필터 상한 차단 주파수
RL 수동 저역 통과 필터의 상한 컷오프 주파수(fC)는 필터가 더 높은 주파수를 차단하기 시작하는 주파수를 가리킵니다.
다시 말해, 이 주파수는 필터의 출력 진폭이 최대값에 대한 특정 수준(일반적으로 최대값의 -3 데시벨)으로 떨어지기 시작하는 주파수입니다.
이 컷오프 주파수는 신호가 최소한의 손실로 통과하는 패스 밴드와 신호가 크게 감쇄되거나 차단되는 스톱 밴드 사이의 경계를 나타냅니다.
RL 수동 저역 통과 필터의 경우, 상한 컷오프 주파수 fC는 다음과 같은 공식을 사용하여 계산됩니다.
fC=R/2πL
- 여기서
- fC는 상한 컷오프 주파수(Hz)를 나타냅니다.
- R은 저항(옴, Ω)을 나타냅니다.
- L은 인덕턴스(헨리, H)를 나타냅니다.
이 공식을 사용하여 RL 수동 저역 통과 필터의 상한 컷오프 주파수를 계산할 수 있습니다.
상한 컷오프 주파수를 이해하는 것은 저역 통과 필터를 설계하고 분석하는 데 매우 중요합니다.
이 주파수는 필터가 더 높은 주파수를 효과적으로 감쇄하는 주파수 범위를 결정하기 때문입니다.
5. RL 수동 저역 통과 필터 예제
아래 그림과 같이 RL 수동 저역 통과 필터에서 L=10mH이고R=51Ω이고, 로드 저항 RL=750Ω이라고 할때, 상한 컷오프 주파수를 구해보겠습니다.
먼저 합성 저항 값을 구하면
REQ=R||RL=(51×750)/(51+750) = 47.81Ω
상한 컷오프 주파수를 구하면
fc= REQ / 2πL
= 47.81 / 2π×0.01
≈ 761.16Hz
따라서, RL 저역 통과 필터의 상한 컷오프 주파수는 약 761.16Hz 입니다.
이 결과는 동작 주파수가 761 Hz에 도달하면 회로의 전력 이득이 최대값의 50%로 감소함을 나타냅니다.
회로에 대한 주파수 응답 곡선은 아래 그림과 같습니다.
