1.5 회로이론 응용 - 필터(Filter)

1.5 회로이론 응용 - 필터(Filter)

 

※ 주의 : 임베디드시스템을 배우는 데 필요한, 회로 이론 기초 지식이라 내용이 부실할 수도 있습니다.

 

'1.4 회로이론 저항, 인덕터, 커패시터' 파트에서 배운 R,L,C 는 거의 필터를 만들 때 사용된다. 여기서 필터는 말 그대로 필요한 것(신호)만 통과시키는 것이다. 예를 들어, LPF는 Low Pass Filter로 저주파 성분만 통과시키는 것이다. 반대로, HPF는 High Pass Filter로 고주파 성분만 통과시키는 것이다. BPF는 Band Pass Filter를 의미하고 중간 주파수 성분을 통과시킨다(중간 주파수라는 말이 애매한데 R,L,C의 파라미터 값을 정하여 주파수를 결정할 수 있다).

 

위의 그림은 LPF이다.

모든 신호는 DC와 AC의 합으로 이루어져있음을 알고있고,

Super Position 원리에 의하여 DC 성분으로만 본 회로와 AC 성분으로만 본 회로를 구분하여 분석할 수 있다.

 

1) DC성분

 

input이 DC성분, 즉 저주파이면 커패시터는 Open이 되어 저항이 무한대이다. 결국 DC성분 input이 모조리 output으로 나오게된다.

 

2) AC성분

 

input이 AC성분, 즉 고주파이면 커패시터는 Short가 되어 저항이 0이다. 결국 AC성분은 모조리 지나가게되어 측정할 수 없게된다.

 

1), 2)로 분리하여 해석했던 회로를 다시 합쳐서 생각하면, 어떤 Vin 신호가 들어왔을 때 Output인 Vout은 DC성분만 출력된다.

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더 직관적으로 해석할 수도 있다.

 

Vin 신호는 DC와 AC의 합이고, 커패시터는 AC를 통과시킨다. 즉 DC 성분만 1번에 그대로 남아있는 상태이다. Vout은 초록색 두 선(전위차)을 측정하는 것으로 결과적으로 1번에 남아있는 DC만 측정이 된다.

 

결과적으로 DC(저주파 성분)만 걸러내어 사용할 수 있게된다.

 

위 그림에서 R과 C의 위치를 바꾸면 어떻게 될까. DC성분은 3번에서부터 통과를 못한다. AC성분은 통과를하고 R에서 전력이 소비되면서 측정할 수 있게된다(Short와 부하(R)가 있는 것은 다른 상황이다). 즉, DC성분은 측정을 못하고 AC성분은 측정할 수 있으므로 HPF가 된다.

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1. 회로에서 필터는 필요한 신호만 통과시키는 것이다.
2. R, L, C를 적절히 사용하여 LPF, HPF, BPF를 설계할 수 있다.