Tần Số Cắt: Khám phá Định Nghĩa và Công Thức Tính Tần Số Cắt

Bạn đã bao giờ nghe về “tần số cắt” nhưng không biết nó là gì và cách tính toán chưa? Đừng lo lắng! Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu định nghĩa và công thức tính tần số cắt. Đồng thời, một ví dụ về cách xác định tần số cắt của mạch lọc RC thông thấp cũng sẽ được đề cập. Hãy cùng khám phá ngay bên dưới nhé.

Có thể bạn quan tâm

Tần Số Cắt Là Gì? Định Nghĩa Tần Số Cắt

Tần số cắt, hay còn được gọi là tần số góc của mạch điện tử, là tần số khi đó tín hiệu đầu ra của hệ thống bắt đầu giảm dần. Cụ thể hơn, ở tần số cắt, tỷ số (Output power)/(Input power) suy giảm theo hệ số 1/2 hoặc độ lợi điện áp (Output voltage)/(Input voltage) giảm đi theo hệ số 1/√2.

Bạn đang xem: Tần Số Cắt: Khám phá Định Nghĩa và Công Thức Tính Tần Số Cắt

Để hình dung điều này, hãy xem xét hình 1 dưới đây, biểu đồ độ lợi của một mạch trên một dải tần số rộng. Ta có thể biểu thị mức tăng của mạch bằng đơn vị decibel như sau:

Gain (dB) = 20 log10 (Output voltage / Input voltage).

Ban đầu, khi Output voltage = Input voltage, ta có:

Gain (dB) = 20 log10(1).

Kể từ đó, ta có thể viết:

log10(1) = 0

Tại đó, tất cả chúng ta có thể viết:

Gain (dB) = 0

Ở tần số cắt, ta có:

(Output voltage) / (Input voltage) = 1 / √2

Từ đó, ta tính được:

Gain (dB) = 20 log10(0.707) = -3 dB

Như bạn thấy, ở tần số cắt, độ lợi của mạch là -3 dB. Do đó, tần số cắt đôi khi còn được gọi là -3 dB tần số.

Tần số cắt là đặc điểm quan trọng của bất kỳ mạch lọc nào. Trước khi đi sâu hơn, chúng ta hãy thử hiểu mạch lọc là gì.

Mạch Lọc Là Gì?

Mạch lọc là các mạch điện tử cho phép các tần số nhất định đi qua chúng và chặn các tần số khác. Hai mạch lọc thông thấp và thông cao là hai loại mạch lọc được sử dụng phổ biến nhất.

Mạch lọc thông thấp cho phép các tín hiệu tần số thấp (từ 0 Hz – tần số cắt) đi qua và làm suy giảm tín hiệu tần số cao. Trái lại, mạch lọc thông cao cho phép tín hiệu tần số cao (trên tần số cắt) đi qua và chặn tín hiệu tần số thấp.

Trong những phần sau, chúng ta sẽ tìm hiểu công thức tính tần số cắt của hai loại mạch lọc này.

Công Thức Tính Tần Số Cắt Của Mạch Lọc RC

Một mạch lọc RC gồm một điện trở (R) và một tụ điện (C). Hình 2 dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của một bộ lọc RC thông thấp đơn giản. Chúng ta biết rằng Dung kháng (tức là điện trở của tụ điện đối với dòng điện chạy qua nó) tỷ lệ nghịch với tần số. Do đó, nó sẽ cung cấp trở kháng rất cao ở tần số thấp, và chúng ta có thể coi mạch tụ điện là hở. Điều này có nghĩa là bằng ở tần số thấp. Ở tần số cao hơn, điện trở điện dung rất thấp và điều này dẫn đến điện áp đầu ra thấp hơn so với điện áp đầu vào.

Công thức tính tần số cắt cho mạch lọc RC là:

fc = 1 / (2 * π * R * C)

Ở đây, fc là tần số cắt, R là giá trị điện trở và C là giá trị tụ điện.

Công thức tần số góc cho mạch lọc thông cao và mạch lọc thông thấp là giống nhau.

Làm Thế Nào Để Tính Toán Tần Số Cắt?

Hãy tính tần số cắt của một mạch lọc RC thông thấp gồm một 10 kΩ điện trở mắc nối tiếp với một 25 nF tụ điện.

Ta có thể biểu thị các giá trị điện trở và tụ điện như sau: R = 10 10^3 Ω và C = 25 10^-9 F.
Ta có thể viết phương trình tần số cắt cho mạch lọc RC như sau: fc = 1 / (2 π R * C).
Thay các giá trị đã cho của điện trở và tụ điện vào phương trình trên, ta được: fc = 1 / (2 π 10 10^3 Ω 25 * 10^-9 F) = 636.6 Hz.

Ý Nghĩa Của Tần Số Cắt

Tần số cắt của bộ lọc là tần số đặc trưng cho ranh giới giữa Dải thông và dải dừng. Dải thông gồm có dải tần số mà bộ lọc được cho phép đi qua (suy hao tối thiểu) và dải dừng gồm có dải tần số mà bộ lọc vô hiệu (suy hao cao). Tần số cắt đôi lúc được coi là điểm trong cung ứng của bộ lọc, ví dụ, tại đó dải chuyển tiếp và Dải thông gặp nhau, được xác lập là điểm tại đó mức đầu ra từ bộ lọc giảm/tăng lên 50% (tức là, ± 3 dB, vì mức giảm/tăng 3 dB tương ứng với 50% hiệu suất) của mức trong dải, giả sử mức nguồn vào không đổi. Nó cũng đôi lúc được gọi là nửa hiệu suất hoặc tần số ± 3 dB.

Dải dừng của bộ lọc về cơ bản là dải tần số bị bộ lọc vô hiệu. Nó được coi là mở màn tại điểm mà bộ lọc đạt đến mức độ khước từ thiết yếu. Vì vậy, những bộ lọc RF hoàn toàn có thể có một hoặc hai tần số cắt tùy thuộc vào loại vô hiệu tần số của chúng.

Câu Hỏi Thường Gặp

Tần Số Cắt Trong Bộ Lọc Thông Thấp Là Gì? Tần Số Cắt Của Loa Là Gì?

Tần số cắt của bộ lọc là tần số tại đó cường độ của tín hiệu điện áp đầu ra giảm 70%. Một bộ lọc thông thấp cho phép các tần số giữa 0 Hz và tần số cắt đi qua và làm suy giảm các tần số cao hơn.

Tại Sao Tần Số Cắt Lại Được Thực Hiện Ở -3dB?

Đơn vị đo decibel là một thang đo logarit được biểu thị bằng 20 log(Output power/Input power). Độ lợi -3 dB tương ứng với tỷ lệ (Output power/Input power) là 0.5, tức là công suất đầu ra của mạch giảm đi một nửa. Điều này phục vụ như một tham chiếu tiêu chuẩn để xác định ranh giới trong đáp ứng tần số của một hệ thống.