Aktívne filtre

Čo sú aktívne filtre?

Ten aktívne filtre Sú to tie, ktoré majú kontrolované zdroje alebo aktívne prvky, ako sú prevádzkové zosilňovače, tranzistory alebo vákuové trubice. Prostredníctvom elektronického obvodu umožňuje filter dodržiavať modelovanie prenosovej funkcie, ktorá mení vstupný signál a dáva výstupný signál podľa návrhu.

Konfigurácia elektronického filtra je zvyčajne selektívna a kritériá výberu sú frekvenciou vstupného signálu. Z dôvodu vyššie uvedeného, ​​v závislosti od typu obvodu (v sérii alebo paralelne) filter umožní priechod určitých signálov a zablokuje zvyšok zvyšku.

Týmto spôsobom bude výstupný signál charakterizovaný tým, že bude vylepšený podľa konštrukčných parametrov obvodu, ktorý predstavuje filter.

Charakteristiky aktívnych filtrov

- Aktívne filtre sú analógové filtre, čo naznačuje, že modifikujú analógový signál (vstup) v závislosti od frekvenčných komponentov.

- Vďaka prítomnosti aktívnych komponentov (prevádzkové zosilňovače, vákuové trubice, tranzistory atď.), Tento typ filtrov zvyšuje časť alebo celý výstupný signál, vzhľadom na vstupný signál.

Dôvodom je zosilnenie energie v dôsledku použitia prevádzkových zosilňovačov (OPAMS). To uľahčuje rezonanciu získanie a vysokokvalitný faktor, bez použitia induktorov. Pokiaľ ide o svoju časť, faktor kvality - tiež známy ako Q -faktor je mierou ostrosti a účinnosti rezonancie.

- Aktívne filtre môžu kombinovať aktívne a záväzné komponenty. Posledne menované sú základné zložky obvodov: odpor, kondenzátory a induktory.

- Aktívne filtre umožňujú kaskádové pripojenia, sú nakonfigurované na zosilnenie signálov a v prípade potreby umožňujú integráciu medzi dvoma alebo viacerými obvodmi.

Môže vám slúžiť: 50 najslávnejších vynálezcov v histórii

- V prípade, že obvod má prevádzkové zosilňovače, výstupné napätie obvodu je obmedzené nasýtením napätiami týchto prvkov.

- V závislosti od typu obvodu a nominálnych hodnôt aktívneho a záväzkov môže byť aktívny filter navrhnutý tak, aby poskytoval vysokú vstupnú impedanciu a malú výstupnú impedanciu.

- Výroba aktívnych filtrov je ekonomická v porovnaní s inými typmi zostavení.

- Aktívne filtre vyžadujú zdroj kŕmenia, najlepšie symetrické.

Filtre prvej objednávky

Filtre prvého poriadku sa používajú na zmiernenie signálov, ktoré sú nad alebo pod stupňom odmietnutia, v násobkoch 6 decibelov zakaždým, keď sa frekvencia zdvojnásobí. Tento typ zostavy zvyčajne predstavuje nasledujúca funkcia prenosu:

Keď čitateľ a menovateľ výrazu, musíte:

- N (jΩ) je polynóm triedy ≤ 1

- t je inverzia uhlovej frekvencie filtra

- W_c Je to uhlová frekvencia filtra a je daná nasledujúcou rovnicou:

V uvedenom výraze f_c Je to rezná frekvencia filtra.

Frekvencia rezania je taká limitná frekvencia filtra, pre ktorú je indukovaná útlm signálu. V závislosti od konfigurácie filtra (nízky priechod, vysoký priechod, pásy prechádzajú alebo eliminujú pásy), účinok dizajnu filtra je presne prezentovaný z reznej frekvencie.

V konkrétnom prípade filtrov prvého riadku to môžu byť iba nízky alebo vysoký krok.

Filtre s nízkym priechodom

Tento typ filtrov umožňuje najnižšie frekvencie a zoslabuje alebo potláča frekvencie väčšie ako frekvencia rezania.

Môže vám slúžiť: Vstupné zariadenia: Charakteristiky, aké sú použitie, typy, príklady

Funkcia prenosu pre filtre s nízkym priechodom je nasledovná:

Amplitúda a fázová odozva tejto funkcie prenosu je:

Filter s nízkym aktívnym priechodom môže splniť konštrukčnú funkciu pomocou odporov vstupných a pozemných výbojov spolu s prevádzkovými zosilňovačmi a konfiguráciami kondenzátorov paralelne. Nižšie je uvedený príklad kroku aktívneho obvodu pod investorom:

Parametre prenosovej funkcie pre tento obvod sú:

Filtre prechádzajú vysoko

Filtre s vysokým priechodom majú opačný účinok v porovnaní s filtrami s nízkym priechodom. To znamená, že tento typ filtrov zoslabuje nízke frekvencie a umožňuje prejsť vysoké frekvencie.

Dokonca aj v závislosti od konfigurácie obvodu môžu filtre s vysokým krokom zosilniť signály, ak majú na tento účel špeciálne usporiadané prevádzkové zosilňovače. Prenosová funkcia filtra s vysokým obsahom aktívneho kroku s vysokým obsahom je nasledovná:

Odpoveď v amplitúde a vo fáze systému je:

Aktívny filter s vysokým priechodom využíva odpor a sériové kondenzátory pri vchode do obvodu, ako aj odpor na uzemňovacej ceste, na splnenie funkcie funkcie impedancie spätnej väzby. Nižšie je uvedený príklad aktívneho obvodu s vysokým meničom:

Parametre prenosovej funkcie pre tento obvod sú:

Druhé filtre

Filtre druhej objednávky sa zvyčajne získavajú pri vytváraní pripojenia filtra na prvom poradí v sérii, aby sa získala zložitejšia zostava, ktorá umožňuje selektívne ladenie frekvencií.

Všeobecný výraz pre prenosovú funkciu filtra druhého poriadku je:

Keď čitateľ a menovateľ výrazu, musíte:

Môže vám slúžiť: 10 najdôležitejších prvkov Excelu

- N (jΩ) je polynóm triedy ≤ 2.

- W_ani Je to uhlová frekvencia filtra a je daná nasledujúcou rovnicou:

V tejto rovnici f_ani Je to charakteristická frekvencia filtra. V prípade, že je obvod RLC (odpor, induktor a sériový kondenzátor).

Frekvencia rezonancie je zase frekvenciou, v ktorej systém dosahuje svoj maximálny stupeň oscilácie.

- ζ je to faktor tlmenia. Tento faktor definuje schopnosť systému tlmiť vstupný signál.

Od tlmiaceho faktora sa naopak faktor kvality filtra získava nasledujúcim výrazom:

V závislosti od návrhu impedancií obvodu môžu byť druhé aktívne filtre: filtre s nízkym krokom, filtre s vysokým priechodom a filtre priechodných pásov.

Aktívne filtrované aplikácie

Aktívne filtre sa používajú v elektrických sieťach na zníženie porúch v sieti v dôsledku spojenia nelineárnych zaťažení.

Tieto poruchy môžu byť preniknuté kombináciou aktívnych a záväzkov a variáciou vstupných impedancií a konfigurácií RC počas celej zostavy.

V elektrických sieťach sa aktívne filtre používajú na zníženie prúdovej harmoniky, ktoré cirkulujú sieťou medzi uzlom aktívneho filtra a elektrickej energie.

Podobne aktívne filtre pomáhajú vyvážiť návratové prúdy, ktoré cirkulujú cez neutrál a harmonické spojené s týmto prúdovým obehom a napätím systému.

Okrem toho aktívne filtre plnia vynikajúcu funkciu, pokiaľ ide o korekciu účinného faktora vzájomne prepojených elektrických systémov.