低通滤波器RC项目

描述

低通滤波器RC项目

低通滤波器是出色的电子电路，可从您的项目中滤除寄生信号。Arduino 项目和传感器靠近电源电路工作的系统中的一个常见问题是“寄生”信号的存在。

它们可能是由与传感器位于同一区域的振动或磁场引起的。

这些信号大多是高频信号，在读取时会引起干扰，因此在自动化系统中会出现错误的读数。一个常见的例子是启动需要高初始电流的机器。

这将导致在连接到电网的几个元件（包括传感器）中产生高频噪声。

为了防止这些噪声影响系统，在传感器元件和读取它的系统之间使用了滤波器。

什么是无源滤波器和有源滤波器？

什么是无源滤波器和有源滤波器？

滤波器是可以“清理”信号、分离不需要的信号以避免读取与现实不符的值的电路。

滤波器可以有两种类型：无源和有源。

无源滤波器

滤波器可以是无源的，这是最简单的，因为它们仅由电阻器和电容器组成。

有源滤波器

除电阻器和电容器外，有源滤波器还使用放大器运算来改进滤波，以及用于处理器和微控制器的数字滤波器。

因此，在本文中，您将学习：

了解低通滤波器的工作原理；

• 了解低通滤波器的工作原理；

使用运算放大器LM358配置截止频率为100Hz的低通滤波器硬件；

• 使用运算放大器LM358配置截止频率为100Hz的低通滤波器硬件；

计算电路无源元件的值；

• 计算电路无源元件的值；

组装一个低通滤波器NextPCB。

• 组装一个低通滤波器NextPCB。

下面，我们将介绍使用 Arduino 为我们的电路开发有源低通滤波器的过程。

有源低通滤波器RC电路的研制

有源低通滤波器RC电路的研制

在这个项目中，将使用NEXTPCB - 印刷电路板开发一个有源低通滤波器，也就是说，它允许我们通过低频。要选择的频率范围取决于电路的操作。

在本文中，我们将使用有源低通滤波器，因为它们用于低于 1MHz 的频率，此外，还可以进行信号放大，因为该电路中将使用运算放大器。

因此，基于该项目，重点将放在有源低通滤波器电路及其对称电源电路的开发上。图 1 说明了该电路的硬件。

 

在 TinkerCAD 中构建的低通滤波器 RC 电路可通过以下链接访问：https ://www.tinkercad.com/things/0H8Wq5NJLm0-filtro-ativo

如前所述，我们在这个项目中使用 Arduino 来获取来自传感器的信号。因此，上图中的低通滤波器RC电路我们有3个重要部分：

信号发生器，

• 信号发生器，

有源滤波器和；

• 有源滤波器和；

用于收集传感器数据的 Arduino。

• 用于收集传感器数据的 Arduino。

信号发生器负责模拟传感器的功能并将信号传输到 Arduino。然后通过低通滤波器 RC 对该信号进行滤波，随后由 Arduino 读取和处理滤波后的信号。

因此，要执行低通滤波器 RC 的组装，我们将需要以下电子元件：

2个电阻器；

• 2个电阻器；

2个陶瓷电容；

• 2个陶瓷电容；

2 电解电容；

• 2 电解电容；

运算放大器LM358；

• 运算放大器LM358；

电源端子或9V电池；

• 电源端子或9V电池；

接下来，我们介绍电路的电阻器和电容器的值的计算。这些分量的计算基于有源滤波器的低通滤波器截止频率。

电阻器和电容器计算

电阻器和电容器计算

对于建议的电路，我们将使用 100Hz 的低通滤波器截止频率。这样，电路将允许频率通过低于 100Hz 和高于 100Hz，信号将呈指数下降。

因此，对于电容器的计算，我们有： 最初，定义一个 C1 的值就足够了，在这种情况下，可以定义 1 到 100nF 的商业值。

接下来，我们根据下面的公式计算电容器 C2。

 

然后使用下面的公式计算 R1 和 R2 的值。该公式可用于预测两个电阻器的值。接下来，查看执行的计算。

 

其中 f*C 是低通滤波器的截止频率，即高于该频率，该信号的增益会降低。该系统的 f*C 值为 100 Hz。

因此，我们有以下 R1 和 R2 的电阻值。

 

根据项目电阻和电容的值，我们必须开发有源滤波器的电源电路。对于这种类型的滤波器，我们需要使用对称电源，接下来，我们将介绍电源电路。

电源

电源

该电路所需的电源是对称电源。如果您没有对称电源，请使用由简单电源供电的电容器组装电路。

但是，电源的电压值必须大于 10V，因为对称源的值将除以 2。

图 2 显示了电源电路。

 

该电路已经在图 1 的电子图中，因为使用了一个常见的非对称源。在设计了有源滤波器电路及其供电电路后，我们开发了一个电子滤波器模块，可用于您的 Arduino 项目或其他需要为此目的使用滤波器的项目。

接下来，我们将介绍电子方案的结构和开发的电子板的设计。

有源低通滤波器 RC 的印刷电路板

有源低通滤波器 RC 的印刷电路板

为了制作电子印刷电路板——NEXTPCB，开发了电路的电子原理图。有源低通滤波器 RC 的电子原理图如图 3 所示。

 

然后将该方案导出到 Altium 软件的PCB Design中，设计出如下板子，如图 4 所示。

三个引脚用于提供电路和输入信号，两个引脚用于输出。这两个引脚用于滤波信号的输出和电路的GND。

 

在设计了PCB 的布局之后，生成了印刷电路板的 3D 设计并呈现在图 5 中。

 

在PCB 项目中，您可以使用此模块并将其与 Arduino 一起应用到您的项目中。这样，某些寄生信号将被取消，您的项目将在没有信号读取错误风险的情况下工作。

结论

结论

这种有源低通滤波器 RC 电路可广泛用于 Arduino 的电源滤波，对串行通信的信号进行滤波，如在射频中，通常有很多信号，通常会对串行通信造成干扰，前提是截止频率改变。

组装此电路后的一个提示是使连接更靠近 Arduino，因为干扰的很大一部分是在传感器和微控制器之间的距离，并且在大多数情况下，微控制器不能非常靠近，因为位置传感器可能对 Arduino 有害。

此外，要获得更连续的信号，只需将低通滤波器的截止频率更改为较低的频率，这将改变电阻和电容的值。如果信号很低，它还具有在信号中产生增益的优点。

重要信息

重要信息

所有文件都可以在以下链接中访问：印刷电路板文件

您可以获得自己的 10 个 PCB，并且只需支付首次购买 NextPCB 的运费。享受这个项目并将其与您的 Arduino 项目和传感器一起使用。