ตัวเหนี่ยวนำ EP.5 (ทำวงจร Lowpass Fiter... 120Hz กรองความถี่ต่ำ Crossover network)

สวัสดีครับยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง ZimZimDIY
สำหรับวันนี้ ผมจะพาเพื่อนๆมาออกแบบ วงจร กรองความถี่ วงจรหนึ่ง
ซึ่งจะออกแบบ โดยใช้เพียงแค่ ตัวต้านทาน และ ก็เหนี่ยวนำ อย่างละตัว ก็สามารถทำเป็นวงจร LowPass Filter ได้แล้วละครับ
หรือเรียกง่ายๆ ว่าเป็น วงจรกรองความถี่ ซึ่งจะยอมให้เฉพาะความถี่ ต่ำเท่านั้น ที่สามารถไหลผ่านไปได้

ในวงจร Lowpass filter เอง ที่จริง ก็สามารถสร้างได้ หลากหลายรูปแบบ
ทั้งวงจร ที่เป็นแบบ Passive ก็คือ ใช้ R กับ C สร้างขึ้นมา

หรือ วงจรแบบ Acitive ที่ใช้พวก Opamp ในการสร้าง

แต่วงจร Passive อีกวงจรหนึ่ง ที่ผมจะทำการทดสอบ นี้
ก็คือจะใช้ ตัว R กับตัว L ก็พอครับ

อย่างที่ผมเคยพูดย้ำ ในคลิปก่อนๆ ก็คือ ตัวเหนี่ยวนำสามารถต้านการเปลี่ยนแปลงของกระแสได้
มันก็เลย ถูกประยุกต์ นำมาใช้เป็นตัวกรองสัญญาณ ตัดความถี่ สูงบางช่วงทิ้งออกไป + กับได้ตัวต้านทานมาช่วย
เมื่อเรานำมารวมกัน เราสามารถ คำนวณ กำหนดจุดตัดความถี่ ค่าที่เหมาะสม ออกมาใช้งานได้

แล้วเราจะคำนวณหาค่า R L ให้ได้ ความถี่ อย่างไร ?
เขาก็จะใช้สมการนี้ในการ หาคำตอบ ความถี่ Cutoff ของมันครับ
นั้นก็คือ Fcutoff

ถ้ามาดูที่ตัวอย่างนี้ สมมุติ ผมมีตัวเหนี่ยวนำ 100ไมโครเฮนรี และ
มีตัวต้านทาน ค่าอยู่ที่ 100โอม

ถ้าเรานำมาแทนค่าในสมการ
ก็จะได้ความถี่ คัตออฟอยู่ ที่ประมาณ 159,154 Hz
หรือ 159.15 KHz
ผมจะตีว่าประมาณ 160 kHz ละกันครับ

และนี่ก็คือ พล็อตกราฟ ของมัน
เพื่่อนๆจะเห็นว่าความถี่ที่ ต่ำกว่า 160kHz ยังสามาารถเดินผ่านตัวกรองได้ อย่างปกติไม่มีปัญหา
แต่เมื่อเราเข้าใกล้ จุดตัด Cutoff เมื่อไหร่ แอมปฟลิจูดของสัญญาณ
จะเริ่มตกลง
และ หลังจากนั้น ความถี่สูงที่เหลือ ก็ถูกกรองอย่างหนักหน่วย ความถี่ที่สูงกว่า 160kHz ต่างพากัน ดิ่งลง ในลักษณะโหม่งสู่พื้นโลก

มาดูอีกตัวอย่างหนึ่ง ผมจะขอใช้เป็นวงจร Crossover network ของตู้ลำโพง อย่างง่าย ละกันนะครับ

ในวงจรนี้ ผมก็จะวาง ตัวเหนี่ยวนำ ต่อแบบ อนุกรม คั่นไว้ก่อนถึงดอกลำโพง แบบนี้ 1 จุด
สำหรับตัวต้านทาน ผมก็จะใช้เป็น ความต้านทานของดอกลำโพง ดอกนั้นๆ ครับ

สมมุติว่าผมมี ดอกลำโพง 4โอม 1ตัว
ผมต้องการความถี่ต่ำออก ออกมา
เพราะฉะนั้น ผมต้องการจุดตัดความถี่ต่ำ ผม ก็ตีว่า ให้มันต่ำกว่า120hz ละกันครับ

ดังนั้นผมก็นำ ตัวแปร มาเข้าสมการ
แต่ ผมต้องจัดสมการใหม่ซะก่อน เพราะผมต้องการทราบค่าตัว L
เพราะความถี่ผมมี 120Hz ที่ต้องการไว้ อยู่ในใจอยู่แล้ว
ก็จะได้ เท่ากับ
L = R/ 2TT f(cutoff)

เอามาแทนค่าก็จะได้ L เท่ากับ 4 ohm ส่วนด้วย 2TT x 120 hz
กดเครื่องคิดเลข ก็จะเท่ากับ 5.305 mH

เราก็จะได้ค่า L มาแล้วครับ
แต่ตัวเหนี่ยว ค่า 5.305 mH ผมไม่มี หรอกนะครับ
ถ้าพอจะจำกันได้ ครับผมเคยพันไว้ ขดลวดไว้ ชุดหนึ่ง
อันหนึ่ง ค่ามันจะอยู่ที่ 5.91 mH

ถ้าผมตัวเหนี่ยวนำตัวนั้นมา มาคำนวณจุดตัดความถี่
ลองดูครับว่าจะได้ค่า เท่าไหร่
ก็จะได้ค่าราวๆ 107.71 Hz


เพื่อให้การทดลองสมบูรณ์ผมจะใช้ ตัวนี้แทนละกันครับ
มาดูในวงจรจริงกันบ้างครับ
เดี๋ยวผมจะทดสอบให้เพื่อนๆ ดู ระหว่างเสียง ที่ไม่มี วงจร Filter กับ เสียงที่มีวงจร Filter
เสียงที่ออกมา มันจะต่างกันอย่างไรครับ

สังเกตุว่า ตัวที่มี L ความถี่สูงจะถูกกรองออก เสียงจะทุ้มกว่าอย่างชัดเจนครับ
และ เพื่อให้ค่าการเหนี่ยวนำมันเที่ยงตรงแม่นยำมากที่สุด ส่วนใหญ่เขาจะใช้เป็น ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ
กันครับ ซึ่งก็จะช่วยลดค่าความผิดเพี้ยนให้มันน้อยลงได้

สำหรับการคำนวณค่า RL lowpassfiter เพื่อนๆไม่ต้องเป็นห่วงนะครับ สามารถ พิมพ์ตัวเลขเข้าไป คำนวณเอง ได้ง่ายๆ
จากเว็บไซต์ โดยใช้คำค้นหาคำว่า RL lowpassfiter Frequency Calculator ก็จะเด้งขึ้นๆมาหลายๆเว็บครับ

เพื่อนๆหลายท่านก็อาจจะสงสัยว่า
แล้ว วงจร RL มันต่างจากวงจร
RC อย่างไร ทั้งที่มัน กรองความถี่ ได้เหมือนๆกัน

ผมจะเรียนอย่างงี้ครับ ตัวกรอง Lowpassfilter แบบ RC ถ้าหากเราใช้กระแส มากๆ
พลังงานส่วนหนึ่ง จะสูญเสีย และ ตกคร่อมไป ที่ตัวต้านทาน เป็นพลังงานความร้อน อย่างไร้ประโยชน์
แต่ตัวกรองความถี่ ที่ใช้ตัวเหนี่ยวนำ ความต้านทานของมันจะน้อยมากๆ
หรือพูดได้ว่ามีการสูญเสียกระแสที่ต่ำๆ
เพราะฉะนั้นมันจึงเป็นทางเลือกที่ดี ในการนำมาประยกุต์ใช้งานครับ
สำหรับคลิปนี้ผมขอบอธิบายไว้เท่านี้ก่อน ขอบคุณเพื่อนๆทุกท่านที่ติดตามรับชมครับ