تعریف فیلتر شکافی

تعریف فیلتر شکافی:
در مطالب قبلی دیدیم که یک فیلتر میان نگذر ساده را می توان با فیلترهای پایین گذر و بالا گذر مرتبه یک یا مرتبه دو همراه با یک مدار اپ امپ جمع کننده غیر معکوس کننده پیاده سازی کرد و باند وسیعی از فرکانس ها را حذف کرد.

همچنین می توان یک فیلتر میان نگذر را به صورتی طراحی و اجرا کرد که پاسخ فرکانسی بسیار نازک تری داشته باشد.

در این حالت، فرکانس های خاصی حذف می شوند و به عبارت دیگر، قدرت گزینش گری فیلتر بالاتر می رود. به این نوع از فیلترهای میان نگذر، فیلتر شکافی می گویند.

بنابراین فیلترهای شکافی یک نوع از فیلترهای میان نگذر هستند که قدرت گزینش گری بسیار بالا و نیز Q بزرگی دارند و برای حذف کردن یک فرکانس منفرد و یا یک بازه بسیار نازک از فرکانس ها، به جای یک بازه وسیع از فرکانس های مختلف، مورد استفاده قرار می گیرد.

به عنوان مثال، ممکن است لازم باشد که یک فرکانس مشخص که توسط نویز الکتریکی تولید می شود، تضعیف یا حذف شود. این فرکانس ها معمولا توسط بارهای القایی مانند موتورهای الکتریکی و روشنایی بالاست و یا حذف هارمونیک ها در مدار اصلی القا می شوند.

اما علاوه بر فیلتر کردن، یک فیلتر شکافی متغیر توسط موسیقی دانان در ادوات صوتی مانند «اکوالایزرهای گرافیکی» (Graphic Equalizers)، «ترکیب کننده ها» (Synthesizers) و «رک های استودیویی» (Electronic Crossovers) مورد استفاده قرار می گیرد.

هدف از به کارگیری یک فیلتر شکافی در این ابزارها این است که با پیک های باریک موجود در پاسخ آکوستیک موسیقی برخورد شود.

بنابراین می توان دید که یک فیلتر شکافی در گستره وسیعی از کاربردها و مانند فیلترهای بالا گذر یا فیلترهای پایین گذر مورد استفاده قرار می گیرد.

فیلترهای شکافی در پاسخ، باند توقف بسیار باریک و نیز بسیار عمیقی حول فرکانس مرکزی خود دارند. پهنای شکاف در این فیلترها توسط فاکتور گزینش گری Q و دقیقا به روشی مشابه با پیک های فرکانس رزونانس در مدارات RLC توصیف می شود.

معروف ترین طراحی فیلتر شکافی، شبکه فیلتر شکافی «T دوقلو» (Twin-T) است. پیکربندی شبکه T دوقلو که به آن T موازی نیز می گویند، در ساده ترین فرم خود از دو شاخه RC به شکل دو حرف T تشکیل شده است.

این مدار از سه خازن و سه مقاومت تشکیل شده است که مقادیر مقاومت ها و خازن ها در قسمت های مختلف آن و نحوه اتصال آن ها به یکدیگر در شکل زیر نشان داده شده است.

همان طور که در تصویر فوق نیز دیده می شود، حرف T بالایی در مدار از مقاومت های 2R و خازن 2C تشکیل شده است که متعلق به قسمت فیلتر پایین گذر هستند، در حالی که قسمت T پایینی از مقاومت R و خازن های C تشکیل شده است که به مدار فیلتر بالا گذر تعلق دارند.

فرکانسی که در آن این طراحی ساده فیلتر شکافی T دوقلو بیشینه تضعیف را ارائه می دهد، «فرکانس شکاف» (Notch Frequency) نام دارد و با نماد fN نشان داده می شود. در یک فیلتر شکافی، فرکانس شکاف با معادله زیر به دست می آید: