Suodin

Yksinkertaisia suodinkytkentöjä - Passiiviset komponentit suodatuksessa

Suodatus on yksi tärkeimpiä operaatioita elektroniikassa. Lähes kaikista elektroniikkalaitteista löytyy jonkinlainen suodatin. Suodatuksella on tarkoitus mm. poistaa ei toivottuja signaaleja hyötysignaalien joukosta (vertaa kahvisuodatin - porot pois nesteen seasta).

Suodatusta käytetään yleensä sähköisen signaalin muokkaamiseen siten, että

poistetaan häiritsevä signaali hyötysignaalin joukosta
vähennetään kohinan vaikutusta hyötysignaaliin
muokataan taajuuskäyttäytymistä haluttuun suuntaan (vahvistus ja/tai vaihe)
rajoitetaan signaalin kaistanleveyttä

Nk. käyttöjännitteen suodatus on yksi hyvin tärkeä suodatuksen alue. Käyttöjännitteellä tarkoitetaan yleisesti jännitesyöttöä, josta elektroniikan komponentit saavat käyttövoimansa (esim. radion paristot). Käyttöjännitteen suodatusta käytetään yleensä tilanteessa, jossa vaihtosähköstä tehdään tasasähköä elektroniikkalaitteen käyttöön.

Taajuusvaste

Suotimen ominaisuuksia ja toimintaa voidaan tarkastella monella tapaa. Yksi käytetyimmisä tavoista on tarkastella suotimen taajuusvastetta. Jos lineaarisen järjestelmän, kuten seuraavalla sivulla olevan RC-piirin, tuloon syötetään sinimuotoinen signaali, saadaan myös lähdöstä ulos sinisignaali. Taajuus pysyy samana, mutta amplitudi ja vaihekulma voi olla muuttunut. Tämä suhde lähdön ja tulon välillä on taajuudesta riippuva. Lineaarinen suodatin voidaankin yleensä käsittää taajuusriippuvaksi vahvistimeksi/vaimentimeksi. Taajuusvaste on graafinen kuvaaja, joka esittää kytkennän vahvistuksen tai vaimennuksen (ja vaihekulman) taajuuden funktiona.

Yleensä suotimessa pyritään rajaamaan jollakin taajuuksilla oleva signaalit pois ja päästämään jonkun taajuiset signaalit suotimen läpi. Suotimen nimestä käy (yleensä) ilmi mitkä taajuudet suodin päästää läpi. Esimerkiksi ylipäästösuodin päästää lävitseen signaalit, jotka ovat tietyn, suunnittelijan asettaman, rajataajuuden yläpuolella.

Seuraavassa kuvassa on esitetty ideaalisten suotimien taajuusvasteiden itseisarvokuvaajia. Kuvaan on koottu kaikki suotimien päätyypit, eli ali-, yli-, kaistanpäästö- ja kaistanestosuotimet. Kuvaa voidaan tulkita siten, että tietyillä taajuuksilla (päästökaistalla) suotimen vahvistus on yksi, ja kaikki suotimeen syötettävä signaali pääsee näillä taajuuksilla vaimenematta läpi. Estokaistalla suotimen vahvistus on ideaalitapauksessa nolla, jolloin kaikki estokaistan taajuuksilla olevat signaalit vaimenevat kokonaan suotimen läpi kulkiessaan.

Ideaalisten suotimien taajuusvasteen itseisarvokuvaajia. a) Alipäästösuodin, b) ylipäästösuodin, c) kaistanpäästösuodin ja d) kaistanestosuodin. Suotimilla on aina jokin rajataajuus, jota korkeampi- tai matalataajuisemmat signaalit suodattuvat pois (tyypistä riippuen). Esimerkiksi ideaalisen alipäästösuotimen tapauksessa kaikki rajataajuutta matalampitaajuiset signaalit pääsevät läpi ja rajataajuutta suuremmat signaalit vaimenevat kokonaan.