설계 LC 저역통과 필터 초저주파(ULF) 애플리케이션(일반적으로 1Hz 미만)의 경우, 이러한 주파수에서 수동 부품을 사용하는 것이 현실적으로 불가능하기 때문에 몇 가지 고유한 과제가 발생합니다. 주요 과제는 다음과 같습니다.

1. 비실용적으로 큰 인덕터(L) 및 커패시터(C) 값

LC 저역통과 필터의 차단 주파수(\(f_c\))는 다음과 같습니다.

초저주파(예: 0.1Hz)의 경우 L과 C는 매우 커야 합니다(예: 헨리와 패럿). 이로 인해 수동 부품이 커지고, 가격이 비싸지고, 손실이 많아집니다.

2. 구성 요소의 비이상성

인덕터 문제:

대형 인덕터는 높은 DC 저항(DCR)으로 인해 상당한 I²R 손실이 발생합니다.

대형 인덕터의 코어 포화와 비선형성은 신호 동작을 왜곡합니다.

기생 용량이 문제가 되어 고주파 제거에 영향을 미칩니다.

커패시터 문제:

전해 콘덴서(대용량이 필요함)는 ESR(등가 직렬 저항)이 높아 필터 효율이 떨어집니다.

누설 전류와 유전율 흡수는 신호 무결성에 오류를 초래합니다.

3. 구성 요소 허용 오차에 대한 민감도

L 또는 C의 작은 변화(제조 허용 오차, 온도 변화 또는 노화로 인한)로 인해 차단 주파수가 크게 이동합니다.

초대형 부품에서 엄격한 허용 오차를 달성하는 것은 어렵고 비용이 많이 듭니다.

4. 과도 응답이 좋지 않고 시간 상수가 높음

필터의 시간 상수(τ = L/R 또는 RC)가 매우 커져서 다음과 같은 결과가 발생합니다.

정착 시간이 느림(단계적 반응에는 바람직하지 않음).

과도한 위상 지연으로 인해 이 필터는 실시간 제어 시스템에 적합하지 않습니다.

5. 소음 및 간섭 민감도

초저주파에서는 1/f 잡음(깜박임 잡음)이 지배적이어서 신호 품질이 저하됩니다.

대형 인덕터와 커패시터는 안테나 역할을 하여 전자파 간섭(EMI)을 수집합니다.

6. 대체 솔루션이 종종 필요합니다

비실용적인 수동 부품으로 인해 설계자는 종종 다음과 같은 방법을 사용합니다.

능동 필터(연산 증폭기, OTA 또는 자이레이터를 사용하여 큰 L/C 값을 시뮬레이션).

스위치드 커패시터 필터(프로그래밍 가능한 차단 주파수용).

디지털 필터링(정밀한 제어를 위한 DSP 기반 접근 방식)

결론:

하는 동안 LC 필터 고주파에서는 간단하고 효과적이지만, 초저주파 응용 분야에서는 부품 크기, 손실, 허용 오차 및 노이즈로 인해 사용이 제한됩니다. 이러한 경우에는 능동 필터링 기술이나 디지털 신호 처리가 더 나은 대안이 되는 경우가 많습니다.

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