مرشح إلكتروني

تعتمد التطبيقات السلبية للمرشحات الخطية على مجموعات من المقاومات (R) والمحاثات (L) والمكثفات (C). تُعرف هذه الأنواع مجتمعةً باسم المرشحات السلبية ، لأنها لا تعتمد على مصدر طاقة خارجي ولا تحتوي على مكونات فعالة مثل الترانزستورات .

تحجب المحاثات الإشارات عالية التردد وتوصل الإشارات منخفضة التردد، بينما تقوم المكثفات بالعكس. المرشح الذي تمر فيه الإشارة عبر محاثة ، أو الذي يوفر فيه مكثف مسارًا إلى الأرض، يُظهر توهينًا أقل للإشارات منخفضة التردد مقارنةً بالإشارات عالية التردد، ولذلك يُسمى مرشح تمرير منخفض . أما إذا مرت الإشارة عبر مكثفة، أو كان لها مسار إلى الأرض عبر محاثة، فإن المرشح يُظهر توهينًا أقل للإشارات عالية التردد مقارنةً بالإشارات منخفضة التردد، ولذلك يُسمى مرشح تمرير عالي . لا تمتلك المقاومات وحدها خصائص انتقائية للتردد، ولكنها تُضاف إلى المحاثات والمكثفات لتحديد الثوابت الزمنية للدائرة، وبالتالي الترددات التي تستجيب لها.

تُعدّ المحاثات والمكثفات العناصر التفاعلية في المرشح. ويُحدد عدد هذه العناصر رتبة المرشح. في هذا السياق، تُعتبر دائرة الرنين LC المستخدمة في مرشح تمرير النطاق أو مرشح إيقاف النطاق عنصرًا واحدًا على الرغم من أنها تتكون من عنصرين.

عند الترددات العالية (أعلى من حوالي 100 ميجاهرتز )، تتكون المحاثات أحيانًا من حلقات أو شرائح معدنية مفردة، بينما تتكون المكثفات من شرائح معدنية متجاورة. تُسمى هذه القطع المعدنية الحثية أو السعوية بالوصلات القصيرة .

أنواع العناصر المفردة

تتضمن أبسط المرشحات السلبية، مرشحات RC و RL ، عنصرًا تفاعليًا واحدًا فقط، باستثناء مرشح LC الهجين ، الذي يتميز بدمج الحث والسعة في عنصر واحد. ^{[ 1 ]}

مرشحات T و π

يمكن أن تتخذ المرشحات ثلاثية العناصر شكل حرف "T" أو "π"، وفي كلا الشكلين، يمكن الحصول على خصائص تمرير منخفض ، أو تمرير عالي ، أو تمرير نطاقي ، أو حجب نطاقي . يمكن اختيار المكونات متناظرة أو غير متناظرة، حسب خصائص التردد المطلوبة. يتميز مرشح التمرير العالي من نوع "T" الموضح في الرسم التوضيحي بمقاومة منخفضة جدًا عند الترددات العالية، ومقاومة عالية جدًا عند الترددات المنخفضة. هذا يعني أنه يمكن إدخاله في خط نقل، مما يؤدي إلى تمرير الترددات العالية وانعكاس الترددات المنخفضة. وبالمثل، بالنسبة لمرشح التمرير المنخفض من نوع "π" الموضح، يمكن توصيل الدائرة بخط نقل، حيث يمرر الترددات المنخفضة ويعكس الترددات العالية. باستخدام أقسام مرشح مشتقة من m ذات مقاومة إنهاء صحيحة، يمكن أن تكون مقاومة الإدخال ثابتة نسبيًا في نطاق التمرير. ^{[ 2 ]}

تُصمَّم المرشحات النشطة باستخدام مزيج من المكونات السلبية والنشطة (المُضخِّمة)، وتتطلب مصدر طاقة خارجي. تُستخدم مُضخِّمات العمليات بكثرة في تصميمات المرشحات النشطة، إذ تتميز بمعامل جودة عالٍ ، وقدرتها على تحقيق الرنين دون الحاجة إلى مُحاثات. مع ذلك، فإن حدّها الترددي الأعلى محدود بعرض نطاق المُضخِّمات.

توجد العديد من تقنيات الترشيح الأخرى غير الإلكترونيات المكونة من مكونات مجمعة. وتشمل هذه المرشحات الرقمية ، ومرشحات الكريستال ، والمرشحات الميكانيكية ، ومرشحات الموجات الصوتية السطحية (SAW)، والمرشحات القائمة على رنانات الصوت الحجمية ذات الأغشية الرقيقة (TFBAR، FBAR)، ومرشحات العقيق ، والمرشحات الذرية (المستخدمة في الساعات الذرية ).

يمكن تصميم المرشحات منخفضة الرتبة بتطبيق قوانين الدوائر الأساسية مباشرةً، مثل قوانين كيرشوف، للحصول على دالة التحويل. وعادةً ما يُجرى هذا النوع من التحليل على المرشحات البسيطة من الرتبة الأولى أو الثانية فقط.

يحلل هذا النهج أقسام المرشح من منظور كونه جزءًا من سلسلة لا نهائية من الأقسام المتطابقة. يتميز هذا النهج ببساطة تطبيقه وسهولة توسيعه ليشمل رتبًا أعلى. أما عيبه، فيتمثل في أن دقة الاستجابات المتوقعة تعتمد على نهايات المرشح في مقاومة الصورة، وهو أمر غير شائع. ^{[ 5 ]}

تبدأ طريقة توليف الشبكة بدالة نقل مطلوبة، ثم تُعبّر عنها كمعادلة متعددة الحدود لممانعة دخل المرشح. تُستخلص قيم عناصر المرشح الفعلية من خلال توسيع هذه المعادلة باستخدام الكسور المستمرة أو الكسور الجزئية. على عكس طريقة الصورة، لا حاجة لشبكات مطابقة الممانعة عند النهايات، إذ تُؤخذ تأثيرات المقاومات الطرفية في الحسبان منذ البداية. ^{[ 5 ]}

هذه صورة توضح مقارنة بين مرشحات باترورث، وشيبشيف، والمرشحات الإهليلجية. جميع المرشحات في هذا الرسم التوضيحي هي مرشحات تمرير منخفض من الرتبة الخامسة. لا فرق في طريقة التنفيذ  - تناظرية أو رقمية، سلبية أو فعالة  - إذ سيكون الناتج متطابقًا.

كما هو واضح من الصورة، فإن المرشحات الإهليلجية أكثر حدة من جميع المرشحات الأخرى، لكنها تظهر تموجات على كامل عرض النطاق الترددي.