描述

低通濾波器RC項(xiàng)目

低通濾波器是出色的電子電路，可從您的項(xiàng)目中濾除寄生信號(hào)。Arduino 項(xiàng)目和傳感器靠近電源電路工作的系統(tǒng)中的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是“寄生”信號(hào)的存在。

它們可能是由與傳感器位于同一區(qū)域的振動(dòng)或磁場(chǎng)引起的。

這些信號(hào)大多是高頻信號(hào)，在讀取時(shí)會(huì)引起干擾，因此在自動(dòng)化系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的讀數(shù)。一個(gè)常見(jiàn)的例子是啟動(dòng)需要高初始電流的機(jī)器。

這將導(dǎo)致在連接到電網(wǎng)的幾個(gè)元件（包括傳感器）中產(chǎn)生高頻噪聲。

為了防止這些噪聲影響系統(tǒng)，在傳感器元件和讀取它的系統(tǒng)之間使用了濾波器。

什么是無(wú)源濾波器和有源濾波器？

什么是無(wú)源濾波器和有源濾波器？

濾波器是可以“清理”信號(hào)、分離不需要的信號(hào)以避免讀取與現(xiàn)實(shí)不符的值的電路。

濾波器可以有兩種類(lèi)型：無(wú)源和有源。

無(wú)源濾波器

濾波器可以是無(wú)源的，這是最簡(jiǎn)單的，因?yàn)樗鼈儍H由電阻器和電容器組成。

有源濾波器

除電阻器和電容器外，有源濾波器還使用放大器運(yùn)算來(lái)改進(jìn)濾波，以及用于處理器和微控制器的數(shù)字濾波器。

因此，在本文中，您將學(xué)習(xí)：

了解低通濾波器的工作原理；

• 了解低通濾波器的工作原理；

使用運(yùn)算放大器LM358配置截止頻率為100Hz的低通濾波器硬件；

• 使用運(yùn)算放大器LM358配置截止頻率為100Hz的低通濾波器硬件；

計(jì)算電路無(wú)源元件的值；

• 計(jì)算電路無(wú)源元件的值；

組裝一個(gè)低通濾波器NextPCB。

• 組裝一個(gè)低通濾波器NextPCB。

下面，我們將介紹使用 Arduino 為我們的電路開(kāi)發(fā)有源低通濾波器的過(guò)程。

有源低通濾波器RC電路的研制

有源低通濾波器RC電路的研制

在這個(gè)項(xiàng)目中，將使用NEXTPCB - 印刷電路板開(kāi)發(fā)一個(gè)有源低通濾波器，也就是說(shuō)，它允許我們通過(guò)低頻。要選擇的頻率范圍取決于電路的操作。

在本文中，我們將使用有源低通濾波器，因?yàn)樗鼈冇糜诘陀?1MHz 的頻率，此外，還可以進(jìn)行信號(hào)放大，因?yàn)樵撾娐分袑⑹褂眠\(yùn)算放大器。

因此，基于該項(xiàng)目，重點(diǎn)將放在有源低通濾波器電路及其對(duì)稱(chēng)電源電路的開(kāi)發(fā)上。圖 1 說(shuō)明了該電路的硬件。

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在 TinkerCAD 中構(gòu)建的低通濾波器 RC 電路可通過(guò)以下鏈接訪問(wèn)：https ://www.tinkercad.com/things/0H8Wq5NJLm0-filtro-ativo

如前所述，我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中使用 Arduino 來(lái)獲取來(lái)自傳感器的信號(hào)。因此，上圖中的低通濾波器RC電路我們有3個(gè)重要部分：

信號(hào)發(fā)生器，

• 信號(hào)發(fā)生器，

有源濾波器和；

• 有源濾波器和；

用于收集傳感器數(shù)據(jù)的 Arduino。

• 用于收集傳感器數(shù)據(jù)的 Arduino。

信號(hào)發(fā)生器負(fù)責(zé)模擬傳感器的功能并將信號(hào)傳輸?shù)?Arduino。然后通過(guò)低通濾波器 RC 對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波，隨后由 Arduino 讀取和處理濾波后的信號(hào)。

因此，要執(zhí)行低通濾波器 RC 的組裝，我們將需要以下電子元件：

2個(gè)電阻器；

• 2個(gè)電阻器；

2個(gè)陶瓷電容；

• 2個(gè)陶瓷電容；

2 電解電容；

• 2 電解電容；

運(yùn)算放大器LM358；

• 運(yùn)算放大器LM358；

電源端子或9V電池；

• 電源端子或9V電池；

接下來(lái)，我們介紹電路的電阻器和電容器的值的計(jì)算。這些分量的計(jì)算基于有源濾波器的低通濾波器截止頻率。

電阻器和電容器計(jì)算

電阻器和電容器計(jì)算

對(duì)于建議的電路，我們將使用 100Hz 的低通濾波器截止頻率。這樣，電路將允許頻率通過(guò)低于 100Hz 和高于 100Hz，信號(hào)將呈指數(shù)下降。

因此，對(duì)于電容器的計(jì)算，我們有： 最初，定義一個(gè) C1 的值就足夠了，在這種情況下，可以定義 1 到 100nF 的商業(yè)值。

接下來(lái)，我們根據(jù)下面的公式計(jì)算電容器 C2。

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然后使用下面的公式計(jì)算 R1 和 R2 的值。該公式可用于預(yù)測(cè)兩個(gè)電阻器的值。接下來(lái)，查看執(zhí)行的計(jì)算。

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其中 f*C 是低通濾波器的截止頻率，即高于該頻率，該信號(hào)的增益會(huì)降低。該系統(tǒng)的 f*C 值為 100 Hz。

因此，我們有以下 R1 和 R2 的電阻值。

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根據(jù)項(xiàng)目電阻和電容的值，我們必須開(kāi)發(fā)有源濾波器的電源電路。對(duì)于這種類(lèi)型的濾波器，我們需要使用對(duì)稱(chēng)電源，接下來(lái)，我們將介紹電源電路。

電源

電源

該電路所需的電源是對(duì)稱(chēng)電源。如果您沒(méi)有對(duì)稱(chēng)電源，請(qǐng)使用由簡(jiǎn)單電源供電的電容器組裝電路。

但是，電源的電壓值必須大于 10V，因?yàn)閷?duì)稱(chēng)源的值將除以 2。

圖 2 顯示了電源電路。

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該電路已經(jīng)在圖 1 的電子圖中，因?yàn)槭褂昧艘粋€(gè)常見(jiàn)的非對(duì)稱(chēng)源。在設(shè)計(jì)了有源濾波器電路及其供電電路后，我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)電子濾波器模塊，可用于您的 Arduino 項(xiàng)目或其他需要為此目的使用濾波器的項(xiàng)目。

接下來(lái)，我們將介紹電子方案的結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)的電子板的設(shè)計(jì)。

有源低通濾波器 RC 的印刷電路板

有源低通濾波器 RC 的印刷電路板

為了制作電子印刷電路板——NEXTPCB，開(kāi)發(fā)了電路的電子原理圖。有源低通濾波器 RC 的電子原理圖如圖 3 所示。

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然后將該方案導(dǎo)出到 Altium 軟件的PCB Design中，設(shè)計(jì)出如下板子，如圖 4 所示。

三個(gè)引腳用于提供電路和輸入信號(hào)，兩個(gè)引腳用于輸出。這兩個(gè)引腳用于濾波信號(hào)的輸出和電路的GND。

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在設(shè)計(jì)了PCB 的布局之后，生成了印刷電路板的 3D 設(shè)計(jì)并呈現(xiàn)在圖 5 中。

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在PCB 項(xiàng)目中，您可以使用此模塊并將其與 Arduino 一起應(yīng)用到您的項(xiàng)目中。這樣，某些寄生信號(hào)將被取消，您的項(xiàng)目將在沒(méi)有信號(hào)讀取錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)的情況下工作。

結(jié)論

結(jié)論

這種有源低通濾波器 RC 電路可廣泛用于 Arduino 的電源濾波，對(duì)串行通信的信號(hào)進(jìn)行濾波，如在射頻中，通常有很多信號(hào)，通常會(huì)對(duì)串行通信造成干擾，前提是截止頻率改變。

組裝此電路后的一個(gè)提示是使連接更靠近 Arduino，因?yàn)楦蓴_的很大一部分是在傳感器和微控制器之間的距離，并且在大多數(shù)情況下，微控制器不能非?？拷?，因?yàn)槲恢脗鞲衅骺赡軐?duì) Arduino 有害。

此外，要獲得更連續(xù)的信號(hào)，只需將低通濾波器的截止頻率更改為較低的頻率，這將改變電阻和電容的值。如果信號(hào)很低，它還具有在信號(hào)中產(chǎn)生增益的優(yōu)點(diǎn)。

重要信息

重要信息

所有文件都可以在以下鏈接中訪問(wèn)：印刷電路板文件

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