Kas yra Butterworth filtras?

Dažnai naudojamas signalų apdorojimui, Butterworth filtras paprastai naudojamas komercinių įrenginių, namų ir automobilių stereofoninėse garso grandinėse. Paprastai pagamintas iš grandinės induktorių ir kondensatorių serijos, filtras nesukuria per jį praeinančių dažnių ir bangų ilgių bangavimo efekto, kaip parodyta grafinėje analizėje. Todėl sistema dar vadinama maksimaliai plokščio dydžio filtru. Jis pavadintas inžinieriaus ir matematiko Stepheno Butterwortho vardu, kuris pirmą kartą parašė apie filtrą 1930 m.

Butterworth filtrai naudojami daugelio tipų garso kolonėlėse. Paprastai jie suteikia garso kryžminimą, ty garso signalų filtravimą į skirtingus dažnius, kai groja muzika. Apdorojant garsą filtrai šiuos dažnius atskiria vienas nuo kito. Analoginių ir skaitmeninių sistemų garsumo ir iškraipymo valdymas paprastai yra nepriklausomo šių skirtingų garso dažnių apdorojimo rezultatas.

Yra įvairių Butterworth filtrų dizaino tipų, kuriuos paprastai apibrėžia konfigūracijos, vadinamos topologijomis. Šunto kondensatoriai ir serijiniai induktoriai yra išdėstyti Cauer topologijoje, o Sallen-Key topologijoje naudojami rezistoriai ir kondensatoriai, taip pat elektroniniai komponentai, vadinami operaciniais stiprintuvais ir buferiais. Įvairios grandinių konfigūracijos paprastai sukuriamos naudojant matematines formules, apimančias tokias sąvokas kaip polinomai, logaritmai ir trigonometrija.

Įvairios lygtys gali būti naudojamos norint nustatyti dažnio atsako dydį, elektrinę fazę ir laiką tarp įvesties ir išvesties. Kondensatorius ir induktorius galima fiziškai perjungti, kad būtų sukurtas aukšto dažnio Butterworth filtras. Kita grandinės konfigūracija paprastai sukuria juostos pralaidumo filtrą, taip pat galima padaryti juostos stabdymo įrenginį. Kondensatoriai ir induktoriai gali būti maišomi įvairiais būdais, norint sukurti norimą filtrą. Yra keletas kitų tipų filtrų, tokių kaip Bessel ir Chebychev, kuriems būdingas skirtingas atsako greitis ir dažnio intensyvumo praradimas arba slopinimas.

Matematiniai įgūdžiai paprastai reikalingi kuriant įvairius dizainus, tokius kaip žemo dažnio Butterworth filtras. Skaitmeninės formulės paprastai padeda nustatyti, kokios bus filtro charakteristikos, pvz., ribinis dažnis. Tačiau internete yra įrankių, kurie gali automatiškai atlikti šiuos skaičiavimus kiekvienam, pirmą kartą kuriančiam Butterworth filtrą. Žemųjų dažnių tipas gali būti sukurtas naudojant prototipines grandines elektronikos sistemoms projektuoti, o dažniausiai tokiam filtrui sukurti nereikia patirties.