Tần số cắt là gì ? Công thức tính tần số cắt

Nếu bạn không biết tần số cắt là gì hoặc cách tính toán nó, đừng lo lắng! Đọc bài viết này để hiểu định nghĩa và công thức của tần số cắt. Bạn cũng sẽ tìm thấy một ví dụ về cách xác định tần số cắt của mạch lọc RC thông thấp. Hãy cùng tham khảo ngay bên dưới nhé

Tần số cắt là gì ? Định nghĩa tần số cắt

Tần số cắt hoặc tần số góc của mạch điện tử là tần số mà tín hiệu đầu ra của hệ thống bắt đầu giảm . Chính xác hơn, ở tần số cắt, tỷ số (Output power)/(Input power) suy giảm theo hệ số 1/2hoặc độ lợi điện áp (Output voltage)/(Input voltage)giảm đi theo hệ số 1/√2.

Để hiểu điều này, chúng ta hãy xem xét hình 1 cho thấy độ lợi của một mạch trên một dải tần số rộng. Chúng ta có thể biểu thị mức tăng của mạch bằng decibel như sau:

Gain (dB) = 20 log10 (Output voltage / Input voltage).

Ban đầu, khi Output voltage = Input voltage:

(Output voltage) / (Input voltage) = 1 / √2

Gain (dB) = 20 log10(0.707) = -3 dB

Như bạn thấy, ở tần số cắt, độ lợi của mạch là -3 dB. Do đó, tần số cắt đôi khi còn được gọi là -3 dBtần số .

Tần số ngắt là đặc điểm quan trọng của bất kỳ mạch lọc nào . Trước khi đi sâu hơn, trước tiên chúng ta hãy thử hiểu mạch lọc là gì.

Mạch lọc là gì ?

Bộ lọc là các mạch điện tử cho phép các tần số nhất định đi qua chúng và chặn các tần số khác . Hai mạch lọc được sử dụng phổ biến nhất là:

• Bộ lọc thông thấp
• Bộ lọc thông cao.

Như tên gọi của chính nó, một bộ lọc thông thấp cho phép các tín hiệu tần số thấp (từ 0 Hztần số cắt) đi qua và làm suy giảm tín hiệu tần số cao . Bộ lọc thông cao cho phép tín hiệu tần số cao (trên tần số cắt) và chặn tín hiệu tần số thấp .

Điều đáng chú ý là tín hiệu đầu ra không bị chặn hoàn toàn ở tần số cắt, nhưng ngày càng suy giảm khi chúng ta di chuyển đến các vùng tần số cao hơn (xem hình 1).

Trong các phần sau, chúng ta sẽ đề cập đến công thức tần số góc của hai loại mạch lọc này.

Công thức tính tần số cắt của mạch lọc RC

Một mạch lọc RC gồm một điện trở ( R) và một tụ điện ( C). Hình 2 cho thấy sơ đồ mạch của một bộ lọc RC thông thấp đơn giản. Chúng ta biết rằng Dung kháng (tức là điện trở của tụ điện đối với dòng điện chạy qua nó) tỷ lệ nghịch với tần số . Do đó, nó sẽ cung cấp trở kháng rất cao ở tần số thấp, và chúng ta có thể coi mạch tụ điện là hở. Điều này có nghĩa là bằng ở tần số thấp. Ở tần số cao hơn, điện trở điện dung rất thấp và điều này dẫn đến điện áp đầu ra thấp hơn so với điện áp đầu vào.VoutVin

Công thức tính tần số cắt cho mạch lọc RC là:

Công thức tần số góc cho mạch lọc thông cao và mạch lọc thông thấp là giống nhau.

Làm thế nào để tính toán tần số cắt?

Ta hãy tính tần số cắt của mạch lọc RC thông thấp gồm một 10 k Ωđiện trở mắc nối tiếp với một 25 nFtụ điện.

• Chúng ta có thể biểu thị các giá trị điện trở và tụ điện như sau:R = 10 * 103 Ω và .C = 25 * 10-9 F
• Ta có thể viết phương trình tần số cắt cho mạch lọc RC như sau:fc = 1 / (2 * π * R * C ).
• Thay các giá trị đã cho của điện trở và tụ điện vào phương trình trên, ta được:fc = 1 / (2 * π * 10 * 103 Ω * 25 * 10-9 F)fc = 636.6 Hz.

Ý nghĩa của tần số cắt

Tần số cắt của bộ lọc là tần số đặc trưng cho ranh giới giữa Dải thông và dải dừng. Dải thông bao gồm dải tần số mà bộ lọc cho phép đi qua (suy hao tối thiểu) và dải tần bao gồm dải tần số mà bộ lọc loại bỏ (suy hao cao). Tần số cắt đôi khi được coi là điểm trong đáp ứng của bộ lọc, ví dụ, tại đó dải chuyển tiếp và Dải thông gặp nhau, được xác định là điểm tại đó mức đầu ra từ bộ lọc giảm / tăng lên 50% (tức là, ± 3 dB, vì mức giảm / tăng 3 dB tương ứng với một nửa công suất) của mức trong dải, giả sử mức đầu vào không đổi. Nó cũng đôi khi được gọi là nửa công suất hoặc tần số ± 3 dB.

Dải dừng của bộ lọc về cơ bản là dải tần số bị bộ lọc loại bỏ. Nó được coi là bắt đầu tại điểm mà bộ lọc đạt đến mức độ từ chối cần thiết. Vì vậy, các bộ lọc RF có thể có một hoặc hai tần số cắt tùy thuộc vào loại loại bỏ tần số của chúng.

Câu hỏi thường gặp

Tần số cắt trong bộ lọc thông thấp là gì? Tần số cắt của loa là gì ?

Tần số cắt của bộ lọc là tần số tại đó cường độ của tín hiệu điện áp đầu ra giảm 70% . Một bộ lọc thông thấp cho phép các tần số giữa 0 Hzvà tần số cắt đi qua và làm suy giảm các tần số cao hơn.

Tại sao tần số cắt lại được thực hiện ở -3dB?

Decibel là một thang đo logarit được biểu thị bằng 20 log(Output power/Input power). Độ lợi-3 dB tương ứng với (Output power/Input power)tỷ lệ 0.5, tức là, công suất đầu ra của mạch giảm đi một nửa . Điều này phục vụ như một tham chiếu tiêu chuẩn để xác định ranh giới trong đáp ứng tần số của một hệ thống.

Làm cách nào để xác định tần số cắt của bộ lọc thông thấp?

Để xác định tần số cắt của bộ lọc RC thông thấp, hãy làm theo các hướng dẫn sau:

1. Nhân giá trị của điện trở ( R), điện dung ( C) và 2π.
2. Chia giá trị thu được ở bước trước cho 1.
3. Chúc mừng! Bạn đã tính toán tần số cắt của bộ lọc RC thông thấp.

Làm thế nào để tìm tần số cắt của bộ lọc RL thông cao?

Để tìm tần số cắt cho bộ lọc RL thông cao, hãy tiến hành như sau:

1. Nhân giá trị điện cảm ( L) với 2π.
2. Chia điện trở ( R) cho giá trị từ bước 1 .
3. Bạn đã xác định tần số cắt của bộ lọc RL thông cao.