描述

低通濾波器RC項目

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

它們可能是由與傳感器位于同一區(qū)域的振動或磁場引起的。

這些信號大多是高頻信號，在讀取時會引起干擾，因此在自動化系統(tǒng)中會出現(xiàn)錯誤的讀數(shù)。一個常見的例子是啟動需要高初始電流的機器。

這將導致在連接到電網(wǎng)的幾個元件（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。

什么是無源濾波器和有源濾波器？

什么是無源濾波器和有源濾波器？

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

濾波器可以有兩種類型：無源和有源。

無源濾波器

濾波器可以是無源的，這是最簡單的，因為它們僅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算來改進濾波，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，您將學習：

了解低通濾波器的工作原理；

• 了解低通濾波器的工作原理；

使用運算放大器LM358配置截止頻率為100Hz的低通濾波器硬件；

• 使用運算放大器LM358配置截止頻率為100Hz的低通濾波器硬件；

計算電路無源元件的值；

• 計算電路無源元件的值；

組裝一個低通濾波器NextPCB。

• 組裝一個低通濾波器NextPCB。

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

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

在這個項目中，將使用NEXTPCB - 印刷電路板開發(fā)一個有源低通濾波器，也就是說，它允許我們通過低頻。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，因為它們用于低于 1MHz 的頻率，此外，還可以進行信號放大，因為該電路中將使用運算放大器。

因此，基于該項目，重點將放在有源低通濾波器電路及其對稱電源電路的開發(fā)上。圖 1 說明了該電路的硬件。

?

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

如前所述，我們在這個項目中使用 Arduino 來獲取來自傳感器的信號。因此，上圖中的低通濾波器RC電路我們有3個重要部分：

信號發(fā)生器，

• 信號發(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。

信號發(fā)生器負責模擬傳感器的功能并將信號傳輸?shù)?Arduino。然后通過低通濾波器 RC 對該信號進行濾波，隨后由 Arduino 讀取和處理濾波后的信號。

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個電阻器；

• 2個電阻器；

2個陶瓷電容；

• 2個陶瓷電容；

2 電解電容；

• 2 電解電容；

運算放大器LM358；

• 運算放大器LM358；

電源端子或9V電池；

• 電源端子或9V電池；

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

電阻器和電容器計算

電阻器和電容器計算

對于建議的電路，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低于 100Hz 和高于 100Hz，信號將呈指數(shù)下降。

因此，對于電容器的計算，我們有： 最初，定義一個 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，我們根據(jù)下面的公式計算電容器 C2。

?

然后使用下面的公式計算 R1 和 R2 的值。該公式可用于預測兩個電阻器的值。接下來，查看執(zhí)行的計算。

?

其中 f*C 是低通濾波器的截止頻率，即高于該頻率，該信號的增益會降低。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。

?

根據(jù)項目電阻和電容的值，我們必須開發(fā)有源濾波器的電源電路。對于這種類型的濾波器，我們需要使用對稱電源，接下來，我們將介紹電源電路。

電源

電源

該電路所需的電源是對稱電源。如果您沒有對稱電源，請使用由簡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，因為對稱源的值將除以 2。

圖 2 顯示了電源電路。

?

該電路已經(jīng)在圖 1 的電子圖中，因為使用了一個常見的非對稱源。在設(shè)計了有源濾波器電路及其供電電路后，我們開發(fā)了一個電子濾波器模塊，可用于您的 Arduino 項目或其他需要為此目的使用濾波器的項目。

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

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。

?

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

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

?

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

?

在PCB 項目中，您可以使用此模塊并將其與 Arduino 一起應(yīng)用到您的項目中。這樣，某些寄生信號將被取消，您的項目將在沒有信號讀取錯誤風險的情況下工作。

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，對串行通信的信號進行濾波，如在射頻中，通常有很多信號，通常會對串行通信造成干擾，前提是截止頻率改變。

組裝此電路后的一個提示是使連接更靠近 Arduino，因為干擾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?，因為位置傳感器可能對 Arduino 有害。

此外，要獲得更連續(xù)的信號，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。如果信號很低，它還具有在信號中產(chǎn)生增益的優(yōu)點。

重要信息

重要信息

所有文件都可以在以下鏈接中訪問：印刷電路板文件

您可以獲得自己的 10 個 PCB，并且只需支付首次購買 NextPCB 的運費。享受這個項目并將其與您的 Arduino 項目和傳感器一起使用。