‍

ตัวกรอง RC และ LC ในอุปกรณ์วงจรอนาล็อกถูกใช้ในกรองสัญญาณที่ต้องการและสัญญาณที่ไม่ต้องการ (Noise) จากสัญญาณจริง (Actual Signal) ในการที่จะกรองสัญญาณนั้นมีค่าพารามิเตอร์ที่ต้องคำนึงถึง ไม่ว่าจะเป็นความถี่ที่ต้องใช้ ชนิดตัวกรองแบบใดที่ต้องการ การแมทชิ่งอิมพีแดนซ์ (Matching Impedance) ค่าความคลาดเคลื่อนของตัวต้านทาน อินดักเตอร์ คาปาซิเตอร์ ที่จะใช้ และสุดท้ายคือการคำนวนต่างๆ ที่ทำให้สามารถเลือกใช้ตัวอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ Passive ได้อย่างเหมาะสม ดังนั้นในการออกแบบตัวกรอง RC และ LC Passive นั้นจึงมีขั้นตอนและรายละเอียดที่จำเป็นในการพิจาณาอย่างถี่ถ้วนเพื่อให้สามารถใช้งานในแบบอนาล็อกได้

ประเภทของตัวกรอง (Types of Filter) 

รูปแสดงลักษณะตัวกรองแบบต่างๆ

1. Low-Pass RC Filter หรือ  Integrator ตัวกรองที่ใช้ในการกรองความถี่สูงจากสัญญาณ การใช้งานคือการคัด Noise ออกจากสัญญาณ RF (Radio Frequency) และการลดค่า ripple ของแรงดันไฟฟ้าในการส่วนของ Power Suppliers โดยทั่วไป ตัวกรอง วงจร RC Low Pass Filter เราสามารถคำนวนหาค่า Performance ต่างๆได้ ด้วยการใช้ Fourier and การคำนวนหาค่าความต้านทานเชิงซ้อน รวมถึงการคำนวนหาแรงดันไฟฟ้าที่คร่อมอยู่กับตัวอิมพีแดนซ์อย่าง คาปาซิเตอร์ ด้วย Voltage Divider นอกจากนี้ยังสามารถหาค่า Gain จากการเทียบแรงดันเอาท์พุตกับอินพุตได้อีกด้วย
2. High-Pass RC Filter หรือ Differentiator ตัวกรองที่ใช้ในการกรองความถี่ต่ำจากสัญญาณ การใช้งานคือการคัดเอา แรงดันไฟฟ้าแบบ DC และความถี่ที่ต่ำอย่าง 60 Hz ออกจากสัญญาณ โดยทั่วไปตัวกรองวงจร High-Pass RC Filter เราสามารถคำนวนหาค่า Performance ต่างๆได้ การคำนวนหาค่าความต้านทานเชิงซ้อน และการคำนวนหาแรงดันไฟฟ้าที่คร่อมอยู่กับตัวอิมพีแดนซ์อย่าง รีซิสเตอร์ ด้วย Voltage Divider โดยคาปาซิเตอร์มีหน้าที่ในการกรองและบล็อคแรงดันไฟฟ้าแบบ DC และความถี่ต่ำออก รวมทั้งการหาค่า Gain
3. Bandpass Filter เป็นตัวกรองสัญญาณที่มีความถี่ที่กำหนดเท่านั้นให้สามารถผ่านไปได้ และสัญญาณอื่นที่ไม่ต้องการจะจะถูกกรองออกไป ดังนั้นความถี่ที่ใช้จะเป็นความถี่ที่อยู่ระหว่างความถี่ต่ำที่กำหนดกับความถี่สูงที่กำหนด โดยที่ตัวอินดักเตอร์และตัวคาปาซิเตอร์ต่อกันแบบอนุกรม ค่าแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตคร่อมตัวต้านทาน 
4. Bandstop Filter หรือ Notch Filter เป็นตัวกรองอนาล็อกที่กรองเอาความถี่ที่ต้องการออกไป แล้วเลือกอาความถี่ที่เหลือมาใช้ กำหนด โดยที่ตัวอินดักเตอร์และตัวคาปาซิเตอร์ต่อกันแบบขนาน ค่าแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตคร่อมตัวต้านทาน 

คุณลักษณะของ RC และ LC Passive Filter  

- ตัวกรองแบบ Passive จะใช้พารามิเตอร์จากตัวต้านทาน ตัวคาปาซิเตอร์ และตัวอินดักเตอร์

- ตัวกรองไม่สามารถทำหน้าที่ในการขยายสัญญาณที่กรองได้

- พลังงานในการใช้งานน้อย

- ค่า Input impedance ขึ้นอยู่กับค่าพารามิเตอร์จากตัวต้านทาน ตัวคาปาซิเตอร์ และตัวอินดักเตอร์

อย่างไรก็ตาม การออกแบบวงจรตัวกรอง RC และ LC Passive สามารถออกแบบได้เพิ่มมากขึ้นตามจำนวนวงจร หรือจำนวนออร์เดอร์ มาต่อกัน ยกตัวอย่าง เช่น การออกแบบวงจรตัวกรอง RC ที่สมบูรณ์แล้ว 1 วงจร (First Order) แต่ยังไม่สามารถกรองสัญญาณได้เต็มที่และยังมีคุณภาพที่ไม่เพียงพอเมื่อเปรียบเทียบกับสัญญาที่ได้รับหลังจากการกรอง จึงจำเป็นต้องมีการกรองเพิ่มขึ้นอีก 1 ชั้น ( Second Order) จนในที่สุดได้รับสัญญาณที่เพียงพอต่อความต้องการของระบบ เป็นต้น การต่อวงจร (Filter) ไม่ได้มีข้อกำหนดของจำนวนออร์เดอร์ที่จะต้องใช้ แต่อาจจะมีข้อเสียเมื่อมีการกรองหลายชั้น (N-Order) ทำให้สัญญาณสุดท้ายที่ได้รับหลังจากการกรองนั้น มีค่าลดน้อยลง

สิ่งที่ต้องคำนึงถึงนอกจากวงจรตัวกรองต่างๆ คือการใช้ Transmission Line เพื่อการแมตชิ่งอิมพีแดนซ์  เพราะเนื่องจาก ค่า Input impedance ขึ้นอยู่กับค่าพารามิเตอร์จากตัวต้านทาน ตัวคาปาซิเตอร์ และตัวอินดักเตอร์ และในการที่ส่งต่อผ่านแรงดันไฟฟ้าและพลังงานอื่นต่อนั้น ต้องสามารถทำให้การถ่ายเทนั้นเป็นไปได้อย่างสะดวก เกิดการสูญเสียและสะท้อนกลับของสัญญาณให้น้อยที่สุด 

ประเภทของ สายส่ง (Transmission Line)

1. Wire สายไฟอย่างง่ายที่สุดที่ใช้ในการต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จากแผงบอร์ดและสาย power
2. Twisted Pairs สายคู่บิดเกลียวนั้นให้การป้องกันที่ดีจากสนามไฟฟ้าข้างนอกและNoise สามารถส่งผ่านด้วยความถี่สูงได้ โดยทั่วไป การส่งสัญญาณอนาล็อกจะอยู่ที่ 250 kHz มีค่า Characteristic Impedance อยู่ที่ 100 โอห์ม

Coaxial Cables เป็นสายส่งที่เหมาะสมที่สุด ทั้งการส่งสัญญาณ พลังงาน และสนามแม่เหล็ก ส่วนใหญ่จะใช้กับความี่ที่สูงถึง 1 GHz โดยมีค่า Characteristic Impedance อยู่ที่ 50 โอห์ม

‍