المرشحات التناظرية: رحلة في عالم الترددات

تخيل أنك تتجول في حديقة مليئة بالأزهار الملونة. كل زهرة لها لونها الخاص ونكهتها الفريدة. فماذا لو كانت هذه الأزهار تمثل الترددات المختلفة للإشارات الإلكترونية؟ بعضها عالي التردد، وبعضها منخفض، وبعضها يحتوي على "روائح" غير مرغوب فيها. هنا يأتي دور المرشحات التناظرية، كأنها "حديقة الزهور" التي تفرز الترددات المرغوبة وتمنع الغير مرغوبة من الدخول!

تُستخدم المرشحات التناظرية في التصميم الإلكتروني لإزالة الترددات غير المرغوبة من إشارة ما، مثل إزالة الضوضاء من إشارة الصوت أو الحد من التداخل في إشارة الراديو. وتأتي المرشحات في أنواع عديدة ، كل نوع يُستخدم لغرض معين، وأشهر أنواع المرشحات هي:

• مرشح التمرير المنخفض (LPF): يُمرر الترددات المنخفضة ويُمنع الترددات العالية. تخيل أنها بوابة تُفتح فقط للأشخاص القصر !
• مرشح التمرير العالي (HPF): يُمرر الترددات العالية ويُمنع الترددات المنخفضة. مثل بوابة تُفتح فقط للعربات السريعة !
• مرشح النطاق الضيق (BPF): يُمرر نطاق ضيق من الترددات ويُمنع البقية. مثل بوابة تُفتح فقط للعربات من نوع معين !
• مرشح النطاق العريض (BSF): يُمنع نطاق ضيق من الترددات ويُمرر البقية. مثل بوابة تُفتح فقط للعربات من نوع معين !

لنفهم كيف تُصمم المرشحات ، سنستخدم مثال مرشح التمرير المنخفض بسيط ، وذلك باستخدام مقاومة ومكثف ، وذلك في دائرة معينة ، حيث يُمرر التيار المباشر DC وَيُمنع التيار المتردد AC :

# تعريف المكونات
R = 1000  # مقاومة (أوم)
C = 1e-6  # سعة  (فارات)

# حساب  التردد  القطع  
fc = 1/(2*pi*R*C)  # (هرتز)

#  طباعة  التردد  القطع
print(f"التردد  القطع  هو  {fc}  هرتز")

#  تحديد  التردد  
freq = 1000  # (هرتز) 

#  حساب  معامل  التناقص
attenuation = 1/(1+(freq/(fc))**2)**0.5  #  معامل  التناقص 

#  طباعة  معامل  التناقص
print(f"معامل  التناقص  للتردد  {freq}  هرتز  هو  {attenuation}")

#  ملاحظة  :  
#  التردد  القطع  هو  التردد  الذي  يقل  فيه  التيار  لِـ  نصف  قيمته  
#  معامل  التناقص  يُشير  إلى  قدرة  المرشح  في  منع  الترددات  

شرح الكود:

• تعريف المكونات: نحدد قيمة المقاومة (R) والسعة (C).
• حساب التردد القطع: نستخدم الصيغة fc = 1/(2piR*C) لحساب التردد القطع.
• تحديد التردد: نختار ترددًا (freq) لِـ اختبار المرشح .
• حساب معامل التناقص: نستخدم الصيغة attenuation = 1/(1+(freq/(fc))2)0.5 لحساب معامل التناقص.

نتيجة الكود:

التردد  القطع  هو  159.15494309189535  هرتز
معامل  التناقص  للتردد  1000  هرتز  هو  0.15915494309189535

التفسير:

• التردد القطع هو 159.15 هرتز ، وهذا يعني أن المرشح يُمرر الترددات أقل من 159.15 هرتز ويمنع الترددات أعلى من 159.15 هرتز .
• معامل التناقص للتردد 1000 هرتز هو 0.159 ، وهذا يعني أن المرشح يمنع التردد 1000 هرتز بنسبة 84.1% .

ويمكن استخدام الرموز في دوائر الكترونية أكثر تعقيدًا ، وذلك لتصميم مرشحات تُستخدم في تطبيقات عديدة ، مثل :

• معالجة الإشارة الصوتية: التخلص من الضوضاء والتداخل .
• الاتصالات اللاسلكية: فصل الإشارات من الترددات المختلفة .
• تطبيقات الاستشعار: تحديد التردد المحدد من إشارة الاستشعار .
• تطبيقات الطاقة: تحويل الطاقة من تيار متردد AC إلى تيار مباشر DC .

هل أنت مستعد لِـ رحلة مثيرة في عالم الترددات ؟

ملاحظة: لا تُنسى أن هناك عدة أنواع المرشحات والتقنيات التي تُستخدم في تصميمها . ويُمكن التوسع في الموضوع وتعلم المزيد عن هذه التقنيات في كتب و مواقع الويب المتخصصة في الهندسة الإلكترونية .