Det aktive filtre Det er dem, der har kontrollerede kilder eller aktive elementer, såsom operationelle forstærkere, transistorer eller vakuumrør. Via et elektronisk kredsløb giver et filter mulighed for at udføre modelleringen af en overføringsfunktion, der ændrer indgangssignalet og giver et udgangssignal i henhold til designet.
Konfigurationen af et elektronisk filter er normalt selektiv, og udvælgelseskriteriet er frekvensen af indgangssignalet. Afhængigt af ovenstående vil filteret, afhængigt af typen af kredsløb (serie eller parallel), tillade passage af bestemte signaler og blokere resten af passagen..
På denne måde vil udgangssignalet blive karakteriseret ved at blive raffineret i henhold til designparametrene for det kredsløb, der udgør filteret..
Artikelindeks
- Aktive filtre er analoge filtre, hvilket betyder, at de ændrer et analogt signal (input) baseret på frekvenskomponenterne.
- Takket være tilstedeværelsen af aktive komponenter (driftsforstærkere, vakuumrør, transistorer osv.) Øger denne type filter et afsnit eller hele udgangssignalet i forhold til indgangssignalet..
Dette skyldes effektforstærkning ved brug af operationelle forstærkere (OPAMS). Dette gør det lettere at opnå resonans og en høj kvalitetsfaktor uden brug af induktorer. For sin del er kvalitetsfaktoren - også kendt som Q-faktoren - et mål for resonansens skarphed og effektivitet..
- Aktive filtre kan kombinere aktive og passive komponenter. Sidstnævnte er de grundlæggende komponenter i kredsløb: modstande, kondensatorer og induktorer..
- Aktive filtre tillader kaskadeforbindelser, er konfigureret til at forstærke signaler og muliggøre integration mellem to eller flere kredsløb, hvis det er nødvendigt.
- I tilfælde af at kredsløbet har driftsforstærkere, er udgangsspændingen af kredsløbet begrænset af mætningsspændingen for disse elementer.
- Afhængigt af kredsløbstypen og klassificeringen af de aktive og passive elementer kan det aktive filter konstrueres til at give en høj indgangsimpedans og en lille udgangsimpedans..
- Fremstillingen af aktive filtre er økonomisk sammenlignet med andre typer enheder.
- For at betjene kræver aktive filtre en strømforsyning, helst symmetrisk.
Førsteordensfiltre bruges til at dæmpe signaler over eller under afvisningsgraden med multipla på 6 decibel hver gang frekvensen fordobles. Denne type montage er normalt repræsenteret af følgende overføringsfunktion:
Når vi nedbryder tælleren og nævneren for udtrykket, har vi:
- N (jω) er et polynom med grad ≤ 1
- t er det omvendte af filterets vinkelfrekvens
- Wc er filterets vinkelfrekvens og er givet ved følgende ligning:
I dette udtryk fc er filterafskæringsfrekvensen.
Afskæringsfrekvensen er den grænsefrekvens for filteret, for hvilket en dæmpning af signalet induceres. Afhængig af filterkonfigurationen (lavpas, højpas, båndpas eller eliminationsbånd) vises effekten af filterdesignet nøjagtigt fra afskæringsfrekvensen..
I det særlige tilfælde af førsteordensfiltre kan disse kun være lavpas eller højpas.
Denne type filter tillader lavere frekvenser at passere igennem og dæmper eller undertrykker frekvenser over afskæringsfrekvensen..
Overførselsfunktionen for lavpasfiltrene er som følger:
Amplitude og faserespons for denne overføringsfunktion er:
Et aktivt lavpasfilter kan udføre designfunktionen ved at anvende input- og jordafledningsmodstande sammen med op-forstærkere og konfigurationer af modstande og kondensatorer parallelt. Et eksempel på et aktivt lavpas inverter kredsløb er vist nedenfor:
Parametrene for overføringsfunktionen for dette kredsløb er:
For deres del har højpasfiltre den modsatte effekt sammenlignet med lavpasfiltre. Med andre ord dæmper denne type filter de lave frekvenser og lader de høje frekvenser passere..
Selv afhængigt af kredsløbskonfigurationen kan aktive højpasfiltre forstærke signalerne, hvis de har operationelle forstærkere, der er specielt arrangeret til dette formål. Overføringsfunktionen for et første ordens aktive højpasfilter er som følger:
Systemets amplitude og faserespons er:
Et aktivt højpasfilter anvender modstande og kondensatorer i serie ved kredsløbets indgang såvel som en modstand i afladningsvejen til jorden for at tjene som en feedbackimpedans. Her er et eksempel på et inverter-højpas aktivt kredsløb:
Parametrene for overføringsfunktionen for dette kredsløb er:
Anden ordens filtre opnås normalt ved at oprette forbindelser af første ordens filtre i serie for at opnå en mere kompleks samling, der gør det muligt at indstille frekvenser selektivt.
Det generelle udtryk for overføringsfunktionen for et andet ordens filter er:
Når vi nedbryder tælleren og nævneren for udtrykket, har vi:
- N (jω) er et polynom med grad ≤ 2.
- Weller er filterets vinkelfrekvens og er givet ved følgende ligning:
I denne ligning feller er filterets karakteristiske frekvens. I tilfælde af at have et RLC-kredsløb (modstand, induktor og kondensator i serie) svarer filterets karakteristiske frekvens til resonansfrekvensen for filteret.
Til gengæld er resonansfrekvensen den frekvens, hvormed systemet når sin maksimale svingningsgrad.
- ζ er dæmpningsfaktoren. Denne faktor definerer systemets evne til at dæmpe indgangssignalet.
Fra dæmpningsfaktoren opnås filterkvalitetsfaktoren igen ved hjælp af følgende udtryk:
Afhængig af designet af kredsløbsimpedanserne kan anden ordens aktive filtre være: lavpasfiltre, højpasfiltre og båndpasfiltre.
Aktive filtre bruges i elektriske netværk for at reducere forstyrrelser i netværket på grund af tilslutning af ikke-lineære belastninger.
Disse forstyrrelser kan gennemtrænges ved at kombinere aktive og passive filtre og varierende inputimpedanser og RC-indstillinger i hele enheden..
I elektriske elektriske netværk bruges aktive filtre til at reducere de harmoniske strømme, der cirkulerer gennem netværket mellem det aktive filter og den elektriske energiproduktionsknude..
Ligeledes hjælper de aktive filtre med at afbalancere returstrømmene, der cirkulerer gennem det neutrale, og harmonerne forbundet med denne strømcirkulation og systemspændingen..
Derudover spiller aktive filtre en fremragende rolle i at korrigere effektfaktoren for sammenkoblede elektriske systemer..
Endnu ingen kommentarer