ما هو مرشح النطاق الترددي Band Stop Filter

تُعتبر المرشحات بانّها عبارة عن دوائر إلكترونية تزيل أي مكونات أو ميزات غير مرغوب فيها من الإشارة، كما يمكن فهمها؛ لأنّ الدائرة ترفض نطاقاً معيناً من الترددات وتسمح للآخرين بالمرور، كما تستخدم على نطاق واسع في الأجهزة والإلكترونيات وأنظمة الاتصالات خاصة في أنظمة معالجة الإشارات والصور.

ما هو مرشح Band Stop Filter؟

مرشح إيقاف النطاق “BSF”: هو نوع آخر من الدوائر الانتقائية للتردد التي تعمل تماماً بالطريقة المعاكسة لمرشح تمرير النطاق العادي، كما يقوم مرشح توقف النطاق المعروف أيضاً باسم مرشح رفض النطاق بتمرير جميع الترددات باستثناء تلك الموجودة داخل نطاق توقف محدد والتي تكون ضعيفة بشكل كبير.

• “BSF” هي اختصار لـ “Band Stop Filter”.

أساسيات مرشح Band Stop Filter:

من خلال الجمع بين مرشح التمرير المنخفض “RC” الأساسي مع مرشح “RC” عالي التمرير، يمكن تشكيل مرشح تمرير نطاق بسيط سيمرر نطاقاً من الترددات على جانبي نقطتي تردد مقطوعين، ولكن يمكن أيضاً الجمع بين أقسام مرشح التمرير المنخفض والعالي لتكوين نوع آخر من شبكة مرشح “RC” تسمى مرشح إيقاف النطاق، والذي يمكنه حظر أو على الأقل تخفيف حدة نطاق من الترددات داخل نقطتي تردد القطع هاتين.

إذا كان نطاق التوقف هذا ضيقاً جداً ومخففاً للغاية على مدى بضع هرتز، فإنّ مرشح توقف النطاق يُشار إليه بشكل أكثر شيوعاً باسم مرشح القطع، حيث تُظهر استجابة التردد الخاصة به درجة عميقة مع انتقائية عالية منحنى جانب شديد الانحدار بدلاً من نطاق أوسع بالارض.

وأيضاً تماماً مثل مرشح تمرير النطاق، فإنّ مرشح إيقاف النطاق أي رفض النطاق أو الشق هو مرشح من الدرجة الثانية أي ثنائي القطب له ترددان مقطوعان، ويُعرفان عموماً باسم “-3 ديسيبل” أو نقاط نصف الطاقة التي تنتج عرض النطاق الترددي الواسع بين هاتين النقطتين “-3 ديسيبل”.

ثم تقوم وظيفة مرشح توقف النطاق بتمرير كل تلك الترددات من الصفر “DC” إلى نقطة التردد الأولى السفلية “ƒL”، وتمرير كل تلك الترددات فوق تردد القطع الثاني العلوي “ƒH”، لكن يمنع أو يرفض كل تلك الترددات الموجودة في المنتصف، ثم يتم تعريف عرض نطاق المرشحات “BW” على النحو التالي “ƒH – ƒL”.

لذلك بالنسبة لمرشح توقف النطاق العريض يقع نطاق التوقف الفعلي للمرشحات بين نقطتيه السفلية والعليا “3dB-“؛ لأنّه يخفف أو يرفض أي تردد بين هذين الترددين المقطوعين، ومن ثم يُعطى منحنى استجابة التردد لمرشح توقف النطاق المثالي على النحو التالي:

1- استجابة مرشح توقف النطاق:

يمكن الملاحظة من منحنيات السعة والطور لدائرة تمرير النطاق أنّ الكميات” ƒL” وƒH” و”ƒC” هي نفسها المستخدمة لوصف سلوك مرشح تمرير النطاق، وهذا لأنّ مرشح إيقاف النطاق هو ببساطة شكل مقلوب أو مكمل لمرشح تمرير النطاق القياسي، وفي الواقع فإنّ التعريفات المستخدمة لعرض النطاق الترددي ونطاق التمرير ونطاق الإيقاف والتردد المركزي هي نفسها كما كانت من قبل، ويمكن استخدام نفس الصيغ لحساب عرض النطاق الترددي “BW” والتردد المركزي “C” وعامل الجودة “Q”.

سيكون لمرشح توقف النطاق المثالي توهيناً لانهائياً في نطاق التوقف الخاص به وتوهيناً صفرياً في أي من نطاقي التمرير، كما سيكون الانتقال بين نطاقي التمرير ونطاق التوقف عمودياً، وهناك عدة طرق يمكن من خلالها تصميم “مرشح إيقاف النطاق” وكلها تحقق نفس الغرض.

بشكل عام يتم إنشاء مرشحات تمرير النطاق من خلال الجمع بين مرشح تمرير منخفض “LPF” في سلسلة مع مرشح تمرير عالي “HPF”، كما يتم إنشاء مرشحات إيقاف النطاق من خلال الجمع بين أقسام مرشح النطاق المنخفض والنطاق العالي معاً في تكوين نوع “متوازي” كما هو موضح.

• “RC” هي اختصار لـ “Resistor capacitor”.

• “DC” هي اختصار لـ “Direct current”.

• “BW” هي اختصار لـ “Band Width”.

• “LPF” هي اختصار لـ “Low Pass Filter”.

• “HPF” هي اختصار لـ “High Pass Filter”.

2- التكوين النموذجي لمرشح إيقاف النطاق:

يعني جمع مرشحات النطاق العالي والمنخفض أنّ استجابات التردد الخاصة بهم لا تتداخل على عكس مرشح النطاق، حيث يرجع هذا إلى حقيقة أنّ ترددات البداية والنهاية تكون عند نقاط تردد مختلفة فعلى سبيل المثال افترض أن هناك مرشح تمرير منخفض من الدرجة الأولى بتردد قطع “ƒL” من “200 هرتز” متصل بالتوازي مع مرشح تمرير عالي من الدرجة الأولى بتردد قطع “ƒH” من “800 هرتز”.

ونظراً لأنّ المرشاحين متصلان بشكل فعال بالتوازي يتم تطبيق إشارة الدخل على كلا المرشحين في وقت واحد كما هو موضح أعلاه، سيتم تمرير جميع ترددات الإدخال التي تقل عن “200 هرتز” دون توهين إلى النوانج بواسطة مرشح الترددات المنخفضة، وبالمثل سيتم تمرير جميع ترددات الإدخال التي تزيد عن “800 هرتز” دون توهين إلى النواتج بواسطة مرشح التمرير العالي.

ومع ذلك تكون ترددات إشارة الإدخال بين نقطتي قطع التردد هاتين من “200 هرتز” و”800 هرتز”، أي من “L” إلى “H” سيتم رفضها بواسطة أي مرشح يشكل شقاً في استجابة ناتج المرشحات.

بمعنى آخر لن تتأثر إشارة بتردد “200 هرتز” أو أقل و”800 هرتز” وما فوق، ولكن سيتم رفض تردد إشارة يبلغ “500 هرتز” على سبيل المثال؛ لأنّه مرتفع جداً بحيث لا يمكن تمريره بواسطة مرشح التمرير المنخفض والمرشح المنخفض جداً، بحيث لا يمكن تجاوز مرشح الترددات العالية، كما يمكن إظهار تأثير خاصية التردد هذه لاحقاً.

خصائص مرشح Band Stop Filter:

يمكن تنفيذ تحويل خاصية المرشح هذه بسهولة باستخدام دارات ترشيح تمرير منخفضة وعالية التمرير معزولة عن بعضها البعض بواسطة متابع جهد غير مقلوب، حيث يكون “Av = 1″، كما يتم بعد ذلك تلخيص الناتج من دائرتي الترشيح هاتين باستخدام مضخم تشغيلي ثالث متصل كجهد إضافي “adder” كما هو موضح.

• يقوم مرشح النطاق الترددي على حجب الترددات التي تكون في نطاق معين، ممّا يوفر مروراً سهلاً فقط للترددات خارج هذا النطاق.

• يمكن عمل مرشحات توقف النطاق من خلال جعل مرشح تمرير منخفض بالتوازي مع مرشح تمرير عالي.

• يُعد كل من قسمي مرشح التمرير المنخفض والمرور العالي من التكوين هما على شكل حرف “T”، ممّا يعطي الاسم “Twin-T” لفئة توقف النطاق.

• يسمى تردد الحد الأقصى من التوهين بتردد الشق.

دائرة مرشح إيقاف النطاق:

يسمح استخدام مضخمات التشغيل داخل تصميم مرشح إيقاف النطاق أيضاً بإدخال كسب الجهد في دائرة المرشح الأساسية، كما يمكن بسهولة تحويل متابعي الجهد غير المقلوبين إلى مضخم أساسي غير مقلوب مع كسب “Av = 1 + Rƒ / Rin” عن طريق إضافة مقاومات الإدخال والتغذية المرتدة.

أيضاً إذا كان هناك حاجه إلى مرشح إيقاف النطاق للحصول على نقاط قطع تبلغ “3 ديسيبل”، على سبيل المثال “1 كيلو هرتز” و”10 كيلو هرتز” وكسب نطاق توقف يبلغ “-10 ديسيبل” بينهما، فيمكن بسهولة تصميم مرشح تمرير منخفض ومرشح تمرير عالي باستخدام هذه المتطلبات وكذلك ببساطة يجب العمل علي تجميعها معاً لتشكيل تصميم مرشح تمرير النطاق العريض الخاص.