대역통과 필터: 설계, 구현 및 실용적 팁

대역통과 필터 만드는 방법

많은 전자 시스템에서 특정 주파수 대역만 신호 체인을 통과시켜야 합니다. 대역통과 필터는 정확히 그 대역만 통과시키고 그보다 낮거나 높은 모든 주파수를 차단합니다. 로우패스 필터와 하이패스 필터를 결합하면 이러한 요구사항을 만족하는 단일 필터를 얻을 수 있습니다.

아래는 개념을 설명하는 시스템 레벨 블록 다이어그램입니다:

대역통과 필터의 시스템 레벨 블록 다이어그램

커패시터를 이용한 대역통과 필터 설계

두 단계를 직렬로 연결하면 너무 낮지도 너무 높지도 않은 주파수만 통과하는 회로가 됩니다. 다음은 수동 소자로 구성된 일반적인 회로도와 그에 해당하는 주파수 응답입니다.

커패시터 대역통과 필터

capacitive bandpass filter
v1 1 0 ac 1 sin
r1 1 2 200
c1 2 0 2.5u
c2 2 3 1u
rload 3 0 1k
.ac lin 20 100 500
.plot ac v(3)
.end

커패시터 대역통과 필터의 응답은 좁은 주파수 범위에서 피크를 이룹니다.

인덕터를 이용한 대역통과 필터 설계

인덕터로도 대역통과 응답을 구현할 수 있지만, 커패시터가 일반적으로 반응 동작에서 더 높은 "순도"를 제공하여 설계자에게 명확한 이점을 줍니다. 대표적인 인덕터 기반 설계는 다음과 같습니다:

인덕터 대역통과 필터

하이패스와 로우패스 섹션의 순서를 바꾸어도 기본적인 필터링 동작은 변하지 않습니다. 회로는 여전히 원하는 대역 밖의 주파수를 차단합니다.

그러나 각 단계의 차단 동작에만 의존하면 실용적인 한계가 있습니다. 필터의 피크에서도 로우패스와 하이패스 섹션의 결합된 감쇠로 신호 진폭이 감소할 수 있습니다. 위 SPICE 분석에서 부하 전압은 1V 소스에도 불구하고 0.59V를 넘지 않습니다. 필터를 더 가파르거나 선택적으로 만들면 감쇠가 더 심해집니다.

더 고급 기술을 사용하면 신호 강도를 희생하지 않고 평탄한 통과대역을 얻을 수 있으며, 이에 대해서는 이 장의 뒷부분에서 다룹니다.

요약:

• 대역통과 필터는 지정된 범위 내의 주파수만 통과시키고, 그보다 낮거나 높은 주파수는 차단합니다.
• 로우패스 필터와 하이패스 필터를 캐스케이드 연결하여 구축할 수 있습니다(순서는 무관).
• "감쇠하다"는 신호 진폭을 줄이는 것을 의미하며, 스테레오의 볼륨 컨트롤을 내리는 것과 같은 원리입니다.

관련 워크시트:

• 액티브 필터 워크시트