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과학

저역 통과 필터

저역 통과 필터과학
영문명
Low-pass filter
약칭
LPF
통과시키는 성분
상대적으로 낮은 주파수
주요 특성
차단 주파수와 감쇠 기울기
저역 통과 필터는 낮은 주파수 성분을 통과시키고 높은 주파수 성분을 감쇠하는 필터다. LPF라고 줄여 부르며, 측정 신호의 대역 제한과 샘플링 전 처리 등에 사용한다.

경계 밖에서 바로 0이 되지는 않는다

실제 필터는 통과 구간과 차단 구간 사이에 전이 영역을 가진다. 차단 주파수를 넘었다는 이유만으로 성분이 완전히 없어졌다고 생각해서는 안 된다. 남는 신호의 크기는 필터의 차수와 응답 특성 등에 따라 달라진다.

단순한 RC 예

저항을 직렬로 연결하고 출력 지점에서 접지로 커패시터를 연결하는 회로는 저역 통과 특성을 만들 수 있다. 이상적인 전압원과 충분히 큰 부하 저항을 가정한 1차 RC 회로의 차단 주파수는 1/(2πRC)다. 실제 회로에서는 신호원과 부하의 영향도 확인한다.

수치로 보는 변화

R이 10 kΩ이고 C가 10 nF라면 RC는 0.0001초이며 차단 주파수는 약 1592 Hz다. 다른 조건을 유지하고 C를 두 배로 하면 약 796 Hz로 낮아진다. 같은 회로에서도 부품값이 달라지면 통과시키는 주파수 범위가 바뀐다는 계산이다.

낮게 잡을수록 좋은 것은 아니다

원치 않는 고주파 성분을 줄이면서 필요한 빠른 변화도 약해질 수 있다. 따라서 목적 신호의 주파수 범위와 허용 가능한 시간 응답을 함께 고려한다. 단순히 출력이 매끄러워졌다는 사실만으로 필요한 정보가 모두 보존됐다고 판단하지 않는다.

관련 문서

록인 증폭기 / 잡음 등가 전력 / 주파수 / 전기 저항 / 축전기 / 정전 용량 / 회로